초음파 피로 긴장-압축 모드에서 테스트

이 실험의 전반적인 목표는 초고 사이클 영역에서 재료의 피로 수명을 평가하는 것입니다. 이 방법은 작동 중 천만 번의 로딩 주기를 견뎌야 하는 금속 부품의 안전성 및 신뢰성에 대한 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술은 각 20 킬로헤르츠 공명 주파수에 경도 진동으로 견본을 몰기에 근거를 둡니다, 대략 20의 선적 주기가 초에서 실행된다는 것을 의미하는.

특정 공진 주파수에서 시편을 진동으로 구동할 수 있으려면 공진 조건에 맞게 시편의 크기와 모양을 신중하게 설계해야 합니다. 시험은 초음파 피로 시험 장치로 수행됩니다. 실험 재료의 시편은 인장 압축 시험을 위한 표준 모래시계 형상을 갖도록 가공해야 합니다.

이 테스트 표본 그림에는 관련 치수가 표시되어 있습니다. 헤드 직경, 게이지 직경 및 게이지 반경을 재료 매개변수 및 테스트 조건에 따라 선택하면 게이지 길이가 결정됩니다. 헤드 길이는 시편의 총 질량을 정의하며 20킬로헤르츠에서 공진 조건을 충족하도록 계산해야 합니다.

테스트 장치를 준비하는 것으로 시작합니다. 필요한 변위 범위에 적합한 sonotrode를 선택합니다. 바닥에 닿을 때까지 연결 나사를 sonotrode에 나사로 조인 다음 sonotrode의 얼굴에 소량의 음향 젤을 펴 바릅니다.

다음으로, sonotrode를 압전 변환기에 나사로 고정합니다. 초음파 시스템을 위해 컴퓨터로 이동합니다. 제어 소프트웨어를 사용하여 시스템의 실제 공진 주파수를 찾으십시오.

이제 시편을 장착하는 작업을 합니다. 바닥에 도달할 때까지 연결 나사를 견본으로 조이고 그 후에 견본을 sonotrode에 조입니다. 이 표본은 다음 공진 주파수 측정을 위해 적절하게 장착됩니다.

이제 제어 소프트웨어를 사용하여 시편과 함께 시스템의 공진 주파수를 찾으십시오. 공진 주파수가 시스템의 공진 주파수보다 낮으면 시편을 수정할 준비를 합니다. 수정을 위해 선반을 준비하십시오.

다음으로, sonotrode에서 표본을 제거한 다음 표본을 선반에 장착하여 질량을 줄입니다. 선반을 사용하여 각 헤드의 10분의 1mm를 낮추고 시편의 각 측면에서 동일한 질량을 제거하여 공진 주파수를 높이고 형상을 유지합니다. 완료되면 표본을 sonotrode에 반환합니다.

다음으로, 시편으로 시스템의 공진 주파수를 다시 측정합니다. sonotrode에서 견본을 계속 제거하고 두 개의 공명 주파수가 10 헤르츠 이내가 될 때까지 질량을 줄입니다. 시편을 제거한 상태에서 시험 장치에서 시작합니다.

연결 나사가 표본의 바닥에 도달하는지 확인한 다음 표본의 표면에 소량의 음향 젤을 펴십시오. 표본을 sonotrode로 다시 가져 가서 제자리에 나사로 고정하십시오. 이 수냉식 시스템의 경우 물 노즐을 시편의 상단 헤드에 집중시켜 물이 게이지 길이를 따라 부드럽게 흐르도록 합니다.

마지막으로 압전 변환기의 냉각 시스템을 조정하십시오. 제어 컴퓨터에서 테스트를 시작합니다. 시편에서 피로 균열이 시작되면 시험이 자동으로 종료됩니다.

냉각 시스템을 중지하고 시편을 분리합니다. 이 경우와 마찬가지로 시편 표면의 균열을 볼 수 있는 경우가 많습니다. 시편에서 피로 균열이 시작되면 초음파 시스템의 강성이 변경되어 시스템이 공진 주파수에서 벗어나게 되므로 균열이 시작될 때 시험이 자연스럽게 종료됩니다.

피로 균열이 시험의 최대 사이클 수 이전에 시작되지 않으면 시험이 런아웃된 것으로 기록되고 안전 하중 진폭이 표시됩니다. 이 데이터는 Hardox 450, Strenx 700MC 및 S355J2의 세 가지 강재에 대한 것입니다. 하중 응력은 수직 축을 따릅니다.

테스트의 로딩 주기 수는 수평 축을 따릅니다. 모든 테스트는 화살표로 표시된 데이터 포인트 하나를 제외하고 10에서 10번째 주기 이전에 파괴로 끝났습니다. 이 테스트는 런아웃으로 종료되었습니다.

이 주사 전자 현미경 이미지는 피로 균열 시작 및 전파에 대한 정보를 제공합니다. 피로 균열은 자유 표면에서 시작되었습니다. 균열 전파는 초음파 시스템이 공진에서 벗어나 테스트가 종료되었을 때 종료되었습니다.

더 가벼운 영역은 정적 하중에 의한 파괴에 해당합니다. 샘플은 50 크롬 말리 티늄 4 템퍼링 스틸에서 담금질입니다. 이것은 부적절한 냉각 과정 후 50 크롬 말리티넘 4 개의 강철 표본 표면에있는 공동의 주사 전자 현미경 이미지입니다.

캐비티는 응력 집중 노치 역할을 하여 피로 균열 시작 과정을 가속화합니다. 이 피로 테스트의 결과는 허용되지 않습니다. 이 주사 전자 현미경 이미지는 AW7075 알루미늄 합금 시편의 피로 균열 전파 영역입니다.

화살표는 피로 균열 전파 방향을 나타냅니다. 균열은 transcrystalline 피로 메커니즘으로 전파되었습니다. 이 기술의 주요 장점은 단 몇 시간 또는 며칠 만에 수년간의 작동을 시뮬레이션할 수 있다는 것입니다.

일단 마스터되면 시편을 조화롭게 만들고 기계에서 적절하게 설계한 경우 20분 안에 실행할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 시편의 게이지를 집중적으로 냉각해야 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 개발 후, 이 기술은 피로 분야의 연구자들이 초고 주기 영역을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 초음파 피로 시험 시편을 조화시키고, 실행하고, 냉각하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 초음파 작업은 귀에 매우 위험할 수 있으므로 이 절차를 수행하는 동안 항상 귀마개와 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오. 우리 그룹은 우리의 연구 노력에 대한 Otakar Bokuvka 교수의 기여에 감사를 표하고 싶습니다.