7.5.1. Общие сведения

Прочность - это способность мате­риала сопротивляться разрушению. Испы­тания на прочность выполняют на образ­цах материала, нагружаемых на машинах, обеспечивающих деформации растяжения, сжатия, изгиба, скручивания и др. Нераз­рушающий контроль прочности позволяет выполнять экспрессные испытания без вырезки образцов.

Типичные кривые напряжение ст - деформация е при испытаниях на растя­жение образцов из различных металлов приведены на рис. 7.19. Пропорциональ­ная зависимость наблюдается только вблизи начала координат до значения на­пряжения, соответствующего пределу уп­ругости сте.

Далее кривая имеет сложный харак­тер, разный для разных материалов. Пре­делом текучести стт называют напряже­ние, при котором пластическая деформа­ция составляет 0,2 % от длины образца, поэтому стт иногда обозначают ст0>2. На

рис. 7.19, б и в напряжения сте и стт практи­чески неразличимы. Максимальное значе­ние напряжения определяет величину так называемого временного сопротивления или предела прочности ств. Это значение обычно принимают за меру прочности.

Акустические колебания обычно со­вершаются с малой амплитудой, т. е. они соответствуют начальному участку кривой напряжение - деформация. Прогнозиро­вать по параметрам акустических волн поведение кривой при больших напряже­ниях и деформациях аналитически невоз­можно. В связи с этим ищут корреляцион­ные зависимости акустических парамет­ров от прочности материалов. Наиболее информативный акустический параметр для оценки прочности материала это ско­рость распространения волн. Она анали­тически связана с упругими постоянными, описывающими начальный участок кри­вой напряжение - деформация.

Теория, основанная на модели пра­вильной кристаллической решетки [37], дает следующую связь прочности ст со скоростью звука с:

ст ~ с4.

Однако неизбежные нарушения по­ложения атомов в решетке, поликристал­личность структуры эту зависимость на­рушают.

Другим информативным акустиче­ским параметром для оценки прочности служит затухание УЗ-волн. По величине затухания, иногда совместно со скоростью звука, оценивают прочность ПКМ и дру­гих неметаллических материалов.

В некоторых случаях, например для контроля прочности бетона, используют нелинейную зависимость деформации от амплитуды колебаний, приводящую к из­менению скорости звука и нелинейным искажениям прошедшей через ОК упругой волны.

Для повышения точности предсказа­ния иногда используют несколько акусти­ческих параметров или помимо акустиче­ских учитывают другие свойства (элек­
трические, магнитные), контролируемые соответствующими неразрушающими ме­тодами. В [42], показано, что комплекс­ный контроль с измерением скорости УЗ, коэрцитивной силы и твердости позволяет значительно точнее прогнозировать проч­ность материала, конкретно - стали 12Х1МФ. Контроль выполняют в два эта­па: сначала отбирают определенные уча­стки одним из методов, а потом проверя­ют другими методами.

Конкретные примеры применения акустических методов для оценки прочно­сти различных материалов рассмотрены ниже. Так как в процессе контроля одно­временно с прочностью часто определяют некоторые другие физико-механические свойства материала (например, упругие постоянные), будем рассматривать проч­ность как одно из этих свойств.

В современной теории прочности вводится также параметр разрывная проч­ность (fracture toughness). Это свойство поликристаллического материала, завися­щее от его микроструктуры и определяю­щее сопротивление материала разруше­нию [394]. Разрывная прочность опреде­ляет критическое напряжение, при кото­ром трещина определенного размера ста­новится нестабильной и катастрофически растет. Разрывная прочность зависит не только от среднего размера зерна, но и от формы зерен, состояния границ зерен, плотности дислокаций и других парамет­ров структуры материала.