Для современной техники большой интерес представляет опреде­ление характеристик упругости металлов при обычной (комнатной) и высоких температурах. Упругие храктеристики Е, G, ц связаны со скоростями распространения продольных и сдвиговых (поперечных) волн. Измерив скорость УЗК в каком-либо металле, можно рассчитать его упругие характеристики по формулам, приведенным в табл. 3.

В качестве испытуемых образцов берут тонкие стержни, попереч­ные размеры которых на порядок меньше их длины.

Существует несколько способов определения скорости ультразву­ка в материалах [46].

Способ, основанный на измерении времени t прохождения упругим импульсом известного отрезка длиной I в образце. Это время опре­деляют по развертке на экране ЭЛТ, куда поступают сигналы от передающего и приемного преобразователей (при совмещенной схе­ме преобразователь один). Искомое значение скорости находят но формуле c=l/t, где / — путь, проходимый упругим импульсом за время t.

Способ, основанный на измерении углов преломления и отраже­ния пучков УЗК при переходе из одной среды в другую. Если упру­гая волна переходит из среды I в среду II, то на границе раздела сред наблюдается преломление волн, подчиняющееся соотношению cr/sin ai=cn/sin ап, где Сі и сп — скорости распространения волн в средах I и II; а—-угол падения в среде I; ап-—угол преломле­ния в среде II. В этом случае необходимо заранее знать скорость для одной из сред.

Этот способ имеет ограниченное применение, так как он пригоден только для материалов со сравнительно малым поглощением УЗК, и для проведения эксперимента требуется создать специальные ус­ловия (например, погрузить образец в жидкость).

Способ, основанный на измерении собственных частот колебаний стержневых образцов. Модуль нормальной упругости Е определяют этим способом, возбуждая в испытуемом образце продольные или изгибные колебания. Крутильные колебания стержней используют для определения модуля G. Расчетная формула для модуля упру­гости продольно колеблющегося с частотой fa стержня имеет вид

Uu = VWp. (32)

В зависимости от формы колебаний на длине стержня / может уложиться то или иное целое число полуволн, т. е.

I = і (%/2), (33)

где і— номер формы колебаний.

Таким образам, формула для модуля нормальной упругости примет вид

Е=4£2р/2/2п; (34)

в случае первой формы колебаний (при /=1)

Е = 4р12 /2. (35)

Аналогично выводится формула для модуля сдвига. Для пер­вого тона крутильных колебаний цилиндрического образца с часто­той /к

G = 4р/2 /2. (36)

Установка УП-1 для определения модуля упругости Е при ком­натной температуре. На установке измеряют резонансную частоту продольных колебаний стержневых образцов. Блок-схема ее пока­зана на рис. 99.

Пьезопластина 6, жестко закрепленная в держателе 7, является источником колебаний. На электроды пластины подается напряже-

ние переменной частоты от генератора 8, управляемого задающим генератором 13. Питание установки осуществляется от блока 12, Образец 3 закрепляют в листовой резине 4 и устанавливают на сто. лике 5, перемещающемся с помощью механизма 9. Колебания об - разца регистрируются пьезоэлементом 2, прикрепленным к корпу­су 1. Напряжение с электродов пластины 2 подается на усилитель 10 и на отметчик резонанса И, которым является осциллоскоп. По­воротом лимба частоты задающего генератора осуществляют на­стройку на резонансные колебания образца. Определив собственную частоту продольных колебаний исследуемого образца, его модуль упругости рассчитывают по формуле. Установку используют при оп - ределении модуля нормально^ упругости металлов и сплавов, ме-

таллокерамических материалов, некоторых пластиков, керамики и гра - фита.

Измерение скорости ультразвука в металлах при высоких темпе­ратурах. Требует более сложной методики и контрольной аппарату­ры, так как при высокой температуре пьезоэлементы деполяризуют­ся и выходят из строя. Поэтому при контроле в этом случае при­меняют звукопроводы, позволяющие охлаждать преобразователь, используют локальное охлаждение изделий, уменьшают время со­прикосновения преобразователя с изделием, применяют новые ма­териалы для контактной среды и пьезоэлементов и т. д.

Так, например, по данным А. М. Ободова [43, с. 448—451], в ка­честве контактной среды при повышенных температурах использо­вали пасту ПСВШ-4, представляющую собой гомогенизированную смесь силиконового масла ПФМС-4 и борной кислоты Н3ВО3 с до­бавкой диспергатора. Паста обеспечивает акустический контакт пре­образователя с изделием при температурах от —50 до +600 °С. По данным В. М. Лантуха [44, с. 82—84] в качестве контактной среды для этих же целей применяют расплавы эвтектик солей КС1, ZnS04 и кремнийорганические жидкости, которые можно использовать до + 500 °С.

ватели для контроля труб и листов из цветных металлов в произ­водстве при температуре поверхности 300—500 °С.

На рис. 100 показана схема измерения скорости ультразвука при высокой температуре.

Образец 1 выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стерж­ня. Рабочий участок / образца помещают в печь 9, которая paBHOj ліерно нагревает его по всей длине до высокой температуры. Другой (буферный) участок охлаждают в холодильном устройстве 10 до температуры допустимой для работы преобразователя 2, укреплен­ного на торце образца. Преобразователь излучает через контактную среду 3 импульсы продольных волн 4, которые распространяются в охлаждаемой и нагретой частях образца и, достигнут конца, от­ражаются к преобразователю. На экране 5 ЭЛТ при э*°м видны три сигнала: начальный 6, от уступа 7 и от конца образна 8. Рас­стояние I' на экране ЭЛТ (между сигналами 7 и 8) соответствует участку образца I. Зная длину участка I и измерив промежуток времени между отраженными сигналами от уступа и конца образца, можно определить скорость продольных волн на этом участке [47].

По литературным данным, при использовании импульсных спосо­бов измерения скорости распространения упругих волн образец мож­но нагревать до 900 °С.