Summary
بروتوكول للموجات فوق الصوتية التعب التجارب في منطقة دورة عالية وعالية جداً في وضع تحميل ضغط التوتر المحوري.
Abstract
اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هي واحدة من عدد قليل من الطرق التي تسمح للتحقيق في خصائص التعب في منطقة دورة فائقة. ويستند الأسلوب تعريض العينة إلى اهتزازات طولية على ما تردد صدى ما يقرب من 20 كيلو هرتز. باستخدام هذا الأسلوب، من الممكن أن تنخفض إلى حد كبير الوقت اللازم للاختبار، مقارنة بأجهزة فحص التقليدية التي عادة ما تعمل بترددات تقل عن 200 هرتز. فإنه يستخدم أيضا لمحاكاة تحميل المواد أثناء عملية في ظروف عالية السرعة، مثل تلك التي يعاني منها مكونات المحركات النفاثة أو سيارة المضخات التوربينية. من الضروري أن تعمل فقط في المنطقة دورة عالية وعالية جداً، بسبب إمكانية معدلات التشوه عالية للغاية، والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على نتائج الاختبار. شكل العينة والأبعاد يجب أن تكون مختارة بعناية وتحسب للوفاء بالشرط صدى للنظام بالموجات فوق الصوتية؛ وهكذا، من غير الممكن لاختبار المكونات كاملة أو عينات من الشكل التعسفي. من الضروري قبل كل اختبار، للمواءمة بين العينة مع تواتر هذا النظام بالموجات فوق الصوتية للتعويض عن انحرافات الشكل الحقيقي من واحدة مثالية. من غير الممكن لتشغيل اختبار حتى كسر إجمالي للعينة، حيث يتم إنهاء الاختبار تلقائياً بعد بدء ونشر الكراك لمدة معينة، عند تغيير صلابة النظام ما يكفي لإزاحة النظام من صدى التردد. ويصف هذه المخطوطة في عملية تقييم التعب مواد خصائص في التعب بالموجات فوق الصوتية عالية التردد تحميل باستخدام الرنين الميكانيكي بتردد ما يقرب من 20 كيلو هرتز. البروتوكول يتضمن وصفاً مفصلاً لجميع الخطوات المطلوبة من أجل اختبار صحيحة، بما في ذلك تصميم العينة وحساب الإجهاد، ومواءمة مع تردد صدى، إجراء اختبار، وكسر الثابتة النهائية.
Introduction
الأضرار التعب من المواد الإنشائية بشدة متصلة بالتصنيع، وأساساً مع استخدام محرك بخارى والقاطرات البخارية للنقل بالسكك الحديدية، التي استخدمت فيها الكثير من المكونات المعدنية، أساسا من الحديد، وقد تحمل مختلف أنواع التحميل دوري. أحد الاختبارات أقرب فعل ألبرت (ألمانيا عام 1829)1 في سلاسل ملحومة لروافع الألغام. تواتر تحميل 10 الانحناءات الدقيقة، واختبارات الأعلى 100,000 بلغت مسجل تحميل دورات1. عمل مهم آخر نفذه فيربيرن ويليام في عام 1864. وأجريت اختبارات على عوارض الحديد المطاوع مع استخدام حمولة ساكنة، التي رفعت برافعة وأسقط تسبب الاهتزازات. العارضة كانت محملة بتحميل ضغط متزايد تدريجيا السعة. بعد التوصل إلى عدة مئات من الآلاف دورات على مختلف فشل تحميل ستريك الإجهاد، في نهاية المطاف العارضة بعد فقط حوالي خمسة آلاف تحميل دورات في سعة تحميل خمسي من قوة الشد في نهاية المطاف. كان ذلك أول دراسة شاملة ومنهجية عن تأثير الإجهاد المتكررة على المواد الإنشائية قبل آب/أغسطس Wöhler في 1860-18701. لهذه الاختبارات، أنه تم استخدام التواء والانحناء وطرق التحميل المحوري. Wöhler صمم العديد من التعب فريدة اختبار آلات، ولكن صالحهم سرعات التشغيل منخفضة، على سبيل المثال آلة الانحناء الدورية الأسرع يعمل 72 لفة في الدقيقة (1.2 هرتز)، ومن ثم الانتهاء من البرنامج التجريبي استغرق 12 سنة1. بعد إجراء هذه الاختبارات، فقد اعتبر أن بعد بلوغ سعة تحميل الذي يقاوم المواد 107 دورات، تدهور التعب لا يكاد يذكر والمواد التي يمكن أن تحمل عدد لا حصر له من تحميل دورات. السعة تحميل هذا كان اسمه "حد التعب" وأصبحت المعلمة الرئيسية في التصميم الصناعي للعديد من السنوات2،3.
أن المزيد من تطوير الآلات الصناعية الجديدة، التي تتطلب مستوى أعلى من الكفاءة وتحقيق وفورات في التكاليف، توفر إمكانية تحميل أعلى، أعلى بسرعة العملية والمدد العالي وموثوقية عالية مع متطلبات صيانة منخفضة. على سبيل المثال، العناصر للقطار فائق السرعة شينكانزين، بعد 10 سنوات عملية، يجب أن تحمل حوالي 109 دورات، ويمكن أن يكون فشل المكون الرئيسي عواقب مهلكة4. وعلاوة على ذلك، كثيرا ما تعمل مكونات المحركات النفاثة في 12,000 دورة في الدقيقة، وكثيراً ما تتجاوز مكونات المخبرين توربو 17,000 لفة في الدقيقة. بسرعة هذه العملية عالية زيادة الاحتياجات من التعب اختبار الحياة في منطقة ما يسمى دورة فائقة، وتقييم ما إذا كانت قوة التعب من مادة يمكن حقاً النظر المستمر لدورات أكثر من 10 مليون. بعد التجارب الأولى التي يؤديها تتجاوز هذا التحمل، فمن الواضح أن فشل التعب يمكن أن يحدث حتى في الاتساع الإجهاد المطبق أقل من الحد الأقصى، والتعب بعد عدد من دورات أكثر بكثير من 107، وأن الآلية الأضرار والفشل يمكن أن يكون مختلفاً عن المعتاد منها5.
إنشاء برنامج اختبار تعب الرامية إلى التحقيق في منطقة دورة فائقة تتطلب تطوير أجهزة الاختبار الجديد بشدة زيادة تواتر تحميل. وركزت على هذا الموضوع عقدت ندوة في باريس في حزيران/يونيه 1998، حيث تجريبية عرضت النتائج التي تم الحصول عليها التي ستنزل تشيج6 وأغلقت باتيس7 في 20 كيلوهرتز تحميل الترددات، ريتشي8 باستخدام 1 كيلو هرتز حلقة مضاعفات الهيدروليكية اختبار الجهاز، وقبل ديفيدسون8 مع آلة اختبار 1.5 كيلو هرتز مغناطيسي-ستريكتيفي4. من ذلك الوقت، تم اقتراح العديد من الحلول، لكن لا يزال الأكثر استخداماً تستخدم آلة لهذا النوع من اختبار يستند إلى مفهوم مانسون من عام 1950 ويستخدم ترددات قريبة من 20 كيلوهرتز9. هذه الآلات يحمل توازن جيد بين معدل الإجهاد، ودقة تحديد عدد الدورات، ووقت الاختبار التعب (1010 دورات تتحقق في 6 أيام تقريبا). أجهزة أخرى كانت قادرة على توفير ترددات التحميل حتى أعلى، مثل تلك المستخدمة من قبل جيرالد في 1959-92 كيلو هرتز وكيكوكاوا في عام 1965-199 كيلوهرتز؛ ومع ذلك، نادراً ما تستخدم هذه نظراً لأنها تخلق معدلات عالية للغاية من التشوه، وحيث يستمر الاختبار لبضع دقائق فقط، خطأ ملحوظ في عد دورة المتوقع. عامل مهم آخر الحد من تواتر تحميل أجهزة الرنين لاختبار التعب هو حجم العينة، وفي علاقة مباشرة مع تردد صدى. كلما زاد التردد التحميل المطلوبة، وكلما صغر حجم العينة. وهذا هو السبب الذي يجعل ترددات فوق 40 كيلو هرتز نادراً ما تستخدم10.
منذ السعة التشرد يقتصر عادة ضمن الفاصل الزمني بين 3 و 80 ميكرومتر، الفحص بالموجات فوق الصوتية التعب يمكن بنجاح تطبيقها على المواد المعدنية الأكثر، على الرغم من تقنيات لاختبار المواد البوليمرية مثل البولي ميثيل ميثا اكريلات11 و كما تم تطوير المركبة12 . اختبار الموجات فوق الصوتية التعب عموما، أن من الممكن لتنفيذ في وسائط التحميل المحوري: الشد-ضغط متناظرة دورة13،14، التوتر--دورة التوتر15، ثلاث نقاط الانحناء15، وهناك أيضا عدد قليل دراسات مع تعديلات خاصة للنظام لالتواء اختبار15،16 و17بياكسيال الانحناء. من غير الممكن استخدام عينات عشوائية، لأن لهذا الأسلوب، والهندسة دقة تتصل بتحقيق تردد صدى 20 كيلوهرتز. للتحميل المحوري، عدة أنواع من العينات قد تم استخداماً، عادة مع شكل زجاج ساعة قياس طول قطرها من 3 إلى 5 مم. للانحناء ثلاث نقاط، ويشيع استخدام صفائح رقيقة، لأساليب أخرى يتم تصميم أنواع خاصة من العينات، وفقا لنوع الأسلوب واختبار الشروط. الأسلوب الذي صمم للتقييم لحياة التعب في منطقة دورة عالية وعالية جداً، وهذا يعني أنه في التحميل 20 كيلوهرتز، هو الحصول على دورات 1 مليون في 50 ثانية؛ ولذلك، وهذا يعتبر عادة الحد السفلي لتحميل الدورات التي يمكن أن تحقق بدرجة معقولة من الدقة، وفيما يتعلق بعدد تصميم دورة. كل العينة يجب أن تكون متسقة مع القرن الأفريقي بالموجات فوق الصوتية عن طريق تغيير كتلة العينة توفير تردد صدى الحق للنظام: القرن بالموجات فوق الصوتية مع العينة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: قد الهندسة كل عينة مختارة وتحسب وفقا للخصائص الميكانيكية والفيزيائية للمواد التي تم اختبارها، حيث يحتوي تردد صدى متطابقة كنظام الفحص بالموجات فوق الصوتية.
1-تحديد الأبعاد عينة الاختبار التعب
ملاحظة: هندسة العينة القياسية "الساعة الرملية" ضغط التوتر، مع الأبعاد الرئيسية المحددة، يرد في الشكل 1. أبعاد د ود، و r هي المعرفة من قبل المستخدم (مستقل)، بينما l و L الأبعاد يجب أن تحسب، وفقا لظروف تردد صدى الصحيح (تابع). طول قياس l النتائج فقط من نسبة الهندسة بين د،، البحث و التطوير ، ويمكن حسابها بسهولة أو التي تم الحصول عليها من نموذج عنصر؛ وهكذا، فإنه لن كائن لمزيد من المناقشة.
-
تحديد أبعاد مستقلة
ملاحظة: ويتم اختيار الأبعاد الرئيسية للعينة (د، D, r) وفقا لمعايير مادية وشروط الاختبار.- تحديد قياس القطر د وفقا لحجم المواد للاختبار المطلوب. في حالة المجهرية متجانسة مع لا عيوب داخلية، قياس قطرها أصغر المفضل. وفي حالة مواد مع العيوب الداخلية الهامة (مثل الفراغات وشرينكاجيس في مواد المدلى بها)، قياس قطرها أكبر أمر ضروري. قياس القطر د عادة من 3 مم إلى 5 مم.
- تحديد قطر الرأس د وفقا لحجم المواد التجريبية المتاحة. قطر الرأس تستخدم د عادة من 10 ملم إلى 15 ملم.
ملاحظة: د أكبر، وأقصر سوف يكون طول الرأس (L).
- تحديد قياس دائرة نصف قطرها r وفقا لتوزيع الإجهاد الميكانيكية المطلوبة في العينة لقياس الطول. يتم قياس القطر r أكبر، سلاسة هو توزيع الضغط الميكانيكي. دائرة نصف قطرها قياس استخداماً r = 20 ملم أو r = 32 مم.
ملاحظة: r أكبر، كلما طالت فترة العينة. -
تحديد الأبعاد تعتمد
- تحديد عدد الموجات ك وفقا للصيغة9،التالية18:
ملاحظة: هنا هو وr تردد صدى للنظام بالموجات فوق الصوتية (هرتز)، ρ كثافة حجم (م-3كجم)، وهو هد المعامل الحيوي من مرونة (م-3كجم). - تحديد التقريب القطعي لقياس نصف قطر، وفقا للصيغة9،التالي19:
ملاحظة: هنا l هو طول قياس (m) وهو د قطر الرأس (م) د هو قياس القطر (m) (الشكل 1). - تحديد انحراف فعالة وفقا للصيغة9،التالية18:
ملاحظة: هنا هو تقريب القطع الزائد (م-1) تحدد بالمعادلة (2) ، و K هو عدد الموجات (-) تحدد وفقا لتعبير (1). - تحديد طول الرأس (L) وفقا للمعادلة التالية9،18:
ملاحظة: هنا هو ك عدد الموجات (-) تحدد وفقا لتعبير (1) في النقطة 1.2.1 وبيتا هو انحراف فعالة (م-1) تحدد بالمعادلة (3) l هو طول قياس (m) (الشكل 1).
- تحديد عدد الموجات ك وفقا للصيغة9،التالية18:
2-حساب الضغط الميكانيكي في قياس طول العينة
- تحديد عامل المعايرة على أسس هندسية
وفقا للمعادلة التالية9،18:
- تحديد ɛ السعة تشوه وفقا للمعادلة التالية9،18:
ملاحظة: هنا هو عامل هندسية (-) وهو يو السعة التشرد المطلوبة من الطرف الحر من العينة (m). - تحديد الضغط الميكانيكي السعة σ وفقا للمعادلة التالية9،18:
ملاحظة: هنا ɛ تشوه السعة (-) تحدد وفقا لتعبير (5)، وهو هد المعامل الحيوي من مرونة (م-3كجم). إذا كان الضغط الميكانيكي المحسوبة منخفضة جداً، من الضروري زيادة السعة التشرد u (m)، والعكس بالعكس.
وفقا للمعادلة التالية9،18:
3-الصناعات التحويلية العينة مع عمليات القطع
- بسبب انحرافات صغيرة مختلف العينات تشكيلة من شكل مثالي، تصنيع العينات مع أطول رؤساء، وعادة ما تكون ل + 0.5 مم.
4-المواءمة بين تردد صدى للعينة بنظام الموجات فوق الصوتية
ملاحظة: تنسيق هو عملية تعويض الانحرافات الصغيرة المختلفة للعينة الحقيقية من الشكل المثالي، ومحسوب، للحصول على تردد الرنين الصحيح، الذي في وئام مع سونوترودي الصوتية بالموجات فوق الصوتية.
- اختيار النوع المناسب من سونوترودي الصوتية، وفقا لنطاق التشريد المطلوبة، التي قادرة على توفير الضغط الميكانيكي السليم في العينة.
ملاحظة: تصميم كل نوع من سونوترودي ومعايرة لمجموعة مختلفة من تشرد، وهكذا يتم اختيار سونوترودي المناسبة حسب السعة المطلوبة التشرد المحسوبة وفقا للمادة 2. -
جبل في سونوترودي على المحول الكهربائي بيزو.
- المسمار المسمار اتصال داخل الحفرة المركزية على سونوترودي حتى يصل إلى الأسفل.
- نشر جل الصوتية على وجه سونوترودي.
ملاحظة: يتم استخدام كمية صغيرة من هلام، ما يكفي لملء هذه مخالفة السطوح، مما يحسن نقل موجه ميكانيكية بين محول كهربائي بيزو وسونوترودي. - المسمار سونوترودي في المحول الكهربائي بيزو.
- تشغيل النظام بالموجات فوق الصوتية مع محول كهربائي بيزو مع سونوترودي المحملة لقياس تردد صدى لنظام معين في درجة الحرارة الفعلية.
- قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية (مثلاً، Win20k).
- اختر نوع سونوترودي المستخدمة في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".
- أدخل السعة ممكن التشريد أدنى سونوترودي خاصة في المربع "السعة".
- انقر فوق الزر "ابدأ".
- قراءة تردد صدى الفعلي للنظام في مربع "تردد".
- انقر فوق الزر "إيقاف".
- تحميل العينة في نهاية سونوترودي.
- المسمار المسمار اتصال في حفرة المركزية للعينة حتى يصل إلى الأسفل.
- برغي العينة إلى سونوترودي.
- تشغيل النظام بالموجات فوق الصوتية مع محول كهربائي بيزو مع سونوترودي المحملة، وعينه لقياس تردد صدى لنظام معين في درجة الحرارة الفعلية.
- قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية.
- اختر نوع سونوترودي المستخدم في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".
- أدخل السعة ممكن التشريد أدنى سونوترودي خاصة في المربع "السعة".
- انقر فوق الزر "ابدأ".
- قراءة تردد صدى الفعلي للنظام في مربع "تردد".
- انقر فوق الزر "إيقاف".
- عندما تردد صدى للنظام مع العينة المركبة أقل من ذلك دون العينة، والحد من كتلة العينة بقطع وجوه رئيس العينة.
ملاحظة: إذا تردد صدى مع عينة محمل أعلى، أنه سيكون من الضروري تخفيض في قياس القطر د، التي تتغير ظروف الاختبار. وهذا هو السبب يتم إضافة 0.5 مم على طول الرؤساء في عملية التصنيع.- تركيب العينة من سونوترودي.
- جبل العينة في مخرطة وانتقل بانخفاض 0.1 مم وجه أول رئيس.
- جبل العينة في مخرطة وانتقل بانخفاض 0.1 مم وجه الرأس الثاني.
- كرر الخطوة 4.6 حتى تردد صدى داخل التسامح ± 10 هرتز.
5-النهائي تركيب العينة إلى سونوترودي قبل الاختبار التعب
- تطبيق هلام الصوتية على وجوه لإنشاء اتصالات بين سونوترودي والعينة.
- المسمار المسمار اتصال في حفرة المركزية للعينة حتى يصل إلى الأسفل.
- انتشار الهلام الصوتية على وجه العينة.
ملاحظة: يتم استخدام فقط كمية صغيرة من هلام الصوتية لملء في المخالفات على السطح لتحسين نقل الموجات الصوتية من سونوترودي للعينة. - برغي العينة إلى سونوترودي.
6-تشغيل نظام التبريد للعينة
- إذا تم استخدام تبريد الهواء، تركز مجرى الهواء مباشرة في منتصف طول القياس للعينة، وانتظر حوالي 20 ثانية، حيث تدفق تيار الهواء يشبع العينة.
- إذا تم استخدام مياه التبريد، تركز فوهات المياه على رأس أعلى من العينة، وضبط كثافة تيار حيث يتدفق الماء بسلاسة على طول المقياس، لتجنب التجويف.
ملاحظة: غمر العينة في الماء أو النفط ممكن أيضا، ولكن يمكن استخدام هذا فقط لوقت قصير الاختبارات نظراً لتأثير التجويف كبيرا، مما يسرع عملية بدء الكراك التعب.
7-تشغيل نظام تبريد المحول الكهربائي بيزو
- فتح الصمام لمجرى الهواء وضبط الضغط في الفاصل الزمني بين 0.5 و 1 بار.
8-تشغيل الاختبار في السعة المطلوبة التشرد
- قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية.
- اختر نوع سونوترودي المستخدمة في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".
- أدخل السعة المطلوبة التشرد سونوترودي خاصة في المربع "السعة".
- انقر فوق الزر "ابدأ".
9-التعب بدء الكراك ونشر
- ويلاحظ أنه بعد التعب الكراك البدء والنشر من خلال جزء من المقطع العرضي، وهو إزاحة النظام من تردد الرنين والاختبار يتم إنهاؤها بطبيعة الحال.
- إذا كان الاختبار لا ينتهي بكسر، بعد بلوغ العدد المطلوب من تحميل دورات، (وهو الاختبار تشغيل السحب) إنهاء باستخدام الزر "إيقاف" في برنامج الفحص بالموجات فوق الصوتية.
10-تركيب العينة من سونوترودي
- برغي قبالة العينة من سونوترودي بالموجات فوق الصوتية.
11-ثابت تحميل كسر القوة
- استخدام القوة تحميل ثابت لكسر بقية المقطع العرضي مع استخدام جهاز تحميل ثابت.
ملاحظة: ناقلات ونوع القوة تحميل لكسر ثابتة ينبغي أن تتوافق مع نوع التعب تحميل حيث يحتوي سطح الكسر حرف متسقة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تشمل التعب نتائج اختبار الإجهاد، وعدد من الدورات، تحميل تحميل ويمكن رؤية حرف الإنهاء اختبار (الكسر أو تشغيل السحب) في الجدول 1، حيث ترد الصلب خفف وتطفئ النتائج من حياة التعب من 50CrMo4. تفسير نتائج اختبار الحياة التعب الأكثر شيوعاً هو ما يسمى S-ن الأرض (S-الإجهاد، N-عدد الدورات)، يعرف أيضا باسم الأرض Wöhler. اعتماد الحياة التعب على الإجهاد تحميل التطبيقية المرسومة في رسم تخطيطي مع محور المقلوب معطى تاريخيا، حيث قيمة مستقلة (تحميل الإجهاد) على المحور y وتعتمد القيمة (عدد الدورات) على المحور س . هي أنواع مختلفة من تحليل الانحدار التطبيقي19 بشأن نتائج الحياة التعب، وفي حالة نوبة يضاف إلى الرسم التخطيطي، فإنه يسمى عادة S-N منحنى. ومع ذلك، لم يكن هناك فرق بالمؤامرة الأصلي، والذي يشمل فقط احتواء بيانات. إذا كان الاختبار لا ينتهي بكسر، وإنهائه بعد بلوغ العدد المطلوب من تحميل دورات دون أضرار، نتيجة هذا يسمى مهلة تشغيل وفي ق-ن مؤامرة تتسم عادة بالسهم. ويبين الشكل 2 S نموذجي-N قطعة من الفولاذ اختبار ثلاثة: 450 هارد و MC 700 سترينكس S355 J2.
وباﻹضافة إلى ذلك، السطوح كسر العينات يتم تحليل، عادة باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM)، حيث حرف التعب الكراك البدء ونشر هو تحديد وتفسير. ويبين الشكل 3 سطح كسر تعب بعد اختبار الموجات فوق الصوتية التعب 50CrMo4 مروي وخفف من الفولاذ. الكراك بدأ على سطح الحر للعينة وثم نشرها من خلال المقطع العرضي حتى تم نقل نظام الموجات فوق الصوتية من تردد الرنين (منطقة مظلمة). ونتيجة لذلك، تم كسر بقية المقطع العرضي عن طريق تحميل ثابت أن إنشاء منطقة أخف على رأس هذا الرقم. ويبين الشكل 4 مجال نشر الكراك التعب في مقذوف فصيل عبد الواحد 7075-سبائك الألومنيوم T6511. يبين الشكل 5 تجويف تم إنشاؤها على السطح بسبب غمر من العينة في التبريد السائل (الماء المقطر مع مثبط لمكافحة التآكل في درجة حرارة الغرفة) لاختبار منذ فترة طويلة (عدة ساعات). التجويف تعجيل بدء الكراك التعب ونتيجة لهذا الاختبار لا يمكن اعتباره صحيحاً.
الشكل 1 : الرسم للعينة اختبار الموجات فوق الصوتية التعب ضغط التوتر القياسية. يتم تعريف الأبعاد كما يلي: د -قياس القطر، د-قطر الرأس، r-قياس نصف قطرها، L-طول الرأس، l-قياس الطول. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2 : S - ن الأرض من الفولاذ 450 هاردوكس، سترينكس 700 MC و S355 J2- اختبار تشغيل السحب يتسم بالسهم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3 : كسر الحرف السطحية للعينة 50CrMo4 الصلب المحملة في 365 الآلام والكروب الذهنية وكسور بعد 1.97 × 10 8 تحميل دورات. كسر شرع على سطح العينة مجاناً. سطح الكسر يتكون من مجال إكثار الكراك التعب مستقرة (منطقة مظلمة) ومجال نشر الكراك غير مستقرة، كسر ثابت يسمى (منطقة الخفيفة). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4 : مجال نشر الكراك التعب في العينة سبائك الألومنيوم 7075 فصيل عبد الواحد المحملة في 203 الآلام والكروب الذهنية، وكسر بعد 8.3 × 10 6 تحميل دورات. نشر الكراك مع إليه تعب ترانسكريستاليني وطابع الفرقة-نوع سطح الكسر نتيجة لنسيج تشوه قوي بعد قذف المواد في عملية التصنيع. يظهر السهم باتجاه نشر الكراك التعب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5 : تجويف في سطح العينة 50CrMo4 الصلب عندما استخدمت عملية تبريد غير لائق. وكان غمر العينة في السائل (الماء المقطر مع مثبط لمكافحة التآكل في درجة حرارة الغرفة). تجاويف تسريع عملية بدء الكراك التعب نظراً لأنها بمثابة التأكيد على تركيز من الشقوق، وبالتالي نتيجة هذا الاختبار التعب غير صالحة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| رقم العينة | السعة الإجهاد | عدد دورات التحميل | النتيجة |
| (MPa) | |||
| 1 | 449 | 1.22 × 107 | كسر |
| 2 | 505 | 4.87 × 106 | كسر |
| 3 | 421 | 2.08 × 107 | كسر |
| 4 | 449 | 8.50 × 106 | كسر |
| 5 | 421 | 1.59 × 107 | كسر |
| 6 | 393 | 8.90 × 107 | كسر |
| 7 | 365 | 1.22 × 108 | كسر |
| 8 | 337 | 2.39 × 108 | كسر |
| 9 | 337 | 5.55 × 108 | كسر |
| 10 | 309 | 7.28 × 108 | كسر |
| 11 | 365 | 1.97 × 108 | كسر |
الجدول 1: نتائج من الفولاذ 50CrMo4 التعب تحليل الحياة عن طريق اختبار الموجات فوق الصوتية التعب. وتمثل النتائج الحياة التعب الاعتماد على عدد من دورات التحميل على الإجهاد تحميل التطبيقية. يمكن إنهاء الاختبار مع كسر، أو بتشغيل السحب عند حدوث لا كسر التعب بعد العدد المطلوب من تحميل دورات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هي واحدة من الطرق القليلة التي يسمح لاختبار المواد الإنشائية في منطقة دورة فائقة. ومع ذلك، شكل العينة وحجم محدودة جداً فيما يتعلق بتردد صدى. على سبيل المثال، اختبار من صفائح رقيقة في وضع التحميل المحوري ليس عموما ممكن. وبالإضافة إلى ذلك، اختبار عينات كبيرة لأنه عادة غير ممكنة، آلات الاختبار لا توفر مثل هذه السلطة، ويتطلب تصميم نظام الموجات فوق الصوتية الخاصة.
السليم التصميم والحساب، ومواءمة للعينة ينبغي عدم الاستهانة، حتى عندما تكون قادراً على بنجاح صدى عينة مع أبعاد مختلفة قليلاً وتعدل الموجات مولدات الموجات فوق الصوتية الحديثة. ومع ذلك، يؤدي هذا تحول من العقدة للموجات بعيداً عن الجزء الأوسط من طول قياس، وثم العينة غير محمل بشكل صحيح في قياس طول. وقد قدر كبير من العناية لنفس السبب، الواجب اتخاذها لضمان التماثل لاختبار العينة فيما يتعلق بكل محاور.
جرت مناقشة كبيرة حول الربط بين نتائج اختبار أداء على ترددات عالية مع البيانات التي تم الحصول عليها على أجهزة الاختبار التقليدية مع الترددات المنخفضة تحميل. وقد أظهرت العديد من الاختبارات أن نتائج عالية التردد الاختبارات الموسعة بطلاقة النتائج التي تم الحصول عليها في الترددات المنخفضة، وأيضا قد تتداخل بعض جزء من النتائج، عند النظر في وضع تحميل نفسه10. في وقت لاحق، من المفهوم عموما أن تواتر تحميل ليس المعلمة تحديد خصائص التعب، ولكن معدل التشوه، وتشوهات كبيرة في الترددات المنخفضة للتحميل توفر معدلات تشوه مشابهة كتحميل مع الصغيرة التشوهات في الترددات العالية. ومع ذلك، هذا هو السبب الرئيسي لماذا يمكن استخدام هذا الأسلوب للاختبارات في نطاق منطقة دورة عالية وفائقة أساسا، ستريك تشوه فيها صغيرة. زيادة الترددات العملية لمختلف عناصر جعلت هذه المناقشة أقل أهمية، كذلك، منذ هذا الأسلوب يوفر شروط تحميل مماثلة أكثر من تلك التي في تشغيل عالية السرعة.
التخميد القدرة الداخلية للمواد التي تم اختبارها ويحدد كمية الحرارة المنتجة أثناء الاختبار (التخميد الداخلية هو قدرة المواد على تحويل الطاقة الميكانيكية للحرارة). في حالة عدم كفاية التبريد، ساخنة طول المقياس هو إلى حد كبير، مما يعجل بالشروع في وجود صدع التعب بسبب انخفاض الخواص الميكانيكية للمواد التي تم اختبارها في درجات حرارة مرتفعة. في حالة معظم سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم، تيار هواء البارد كافياً لتهدئة العينة أثناء الاختبار. ويستخدم للمواد بأعلى القدرات التخميد الداخلية مثل الصلب والنيكل وسبائك التيتانيوم، تيار من سائل التبريد. أثناء التبريد بسائل التبريد السائل، له التجويف في الجزء الأوسط من طول قياس التي ينبغي تجنبها، لأن تجاويف التعجيل ببدء الكراك، الذي قد يؤدي إلى إبطال نتائج الاختبار.
نهاية اختبارات التعب في معظم الأجهزة الاختبارات التقليدية مع كسر كاملة في المقطع العرضي. بعد أن يتم تقليل المقطع العرضي للعينة بالصدع المتزايد باستمرار لما يسمى "عبر مقطع حرج"، العينة ثم أصيب بكسر في دورة واحدة ويتسم بطابع كسر ثابتة. عملية الموجات فوق الصوتية اختبار، عندما يصل طول صدع بطول حرجة التي التحولات صلابة النظام من تردد الرنين، توقف الاهتزاز مما تسبب في إنهاء طبيعية للاختبار. وهذا يعني أن من غير الممكن التوصل إلى المقطع العرضي الحرجة والاختبار لا ينتهي بكسر كاملة، التي تتم في وقت لاحق مصطنع. منذ صدع التعب الشروع في سلسة التعب العينات (بدون الشق اصطناعية) يمثل أكثر من 95% عدد دورات للكسر، عند النظر في عدد كبير من الدورات، يعتبر الفرق لا يعتد بها.
اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هو أسلوب هام جداً، مما يسمح لمحاكاة لشروط تحميل عالي السرعة، ويقلل من وقت الاختبار. في هذا البروتوكول، ابرزنا أهم النقاط الحرجة والإمكانيات والقيود المفروضة على طريقة للتطبيقات الناجحة في التحقق من المواد البحثية والسلامة في العمليات الصناعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدينا شيء الكشف عنها.
Acknowledgments
وأيده العمل المشاريع: "مركز البحوث التابع لجامعة Žilina-2nd المرحلة"، منح ITMS 313011 011، العلم منحة وكالة وزارة التربية والتعليم والعلوم والرياضة في الجمهورية السلوفاكية والأكاديمية السلوفاكية للعلوم، رقم: 1/0045/ 17, 1/0951/17 و 1/0123/15 ومنح البحوث السلوفاكية ووكالة التنمية، رقم أبفف-16-0276.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ultrasonic fatigue testing device | Lasur | - | 20 kHz, used for fatigue tests |
| Nyogel 783 | Nye Lubricants | - | Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system |
| Win 20k software | Lasur | - | Software for operation of the Lasur fatigue testing machine |
References
- Moore, H. F., Kommers, J. B. The fatigue of metals. , McGraw-Hill book company, inc. New York. 321 (1927).
- Nicholas, T. High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. , Elsevier Science. (2006).
- Schijve, J. Fatigue of Structures and Materials. , Springer. Netherlands. (2008).
- Murakami, Y. Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. , Elsevier Science. (2002).
- Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel. Mater. Design. 57, 103-113 (2014).
- Stanzl, T. Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).
- Bathias, C. There is no infinite fatigue life in metallic materials. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).
- Ritchie, R. O., et al. High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 621-631 (1999).
- Bathias, C., Paris, P. C. Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. , CRC Press. (2004).
- Bokuvka, O., et al. Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. , 2nd, University of Zilina. Zilina. (2015).
- Almaraz, G. M. D., et al. Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications. Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).
- Flore, D., et al. Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing. Compos. Sci. Technol. 141, 130-136 (2017).
- Trško, L., et al. Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy. J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).
- Mayer, H., et al. Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios. Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).
- Bathias, C. Piezoelectric fatigue testing machines and devices. Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).
- Mayer, H. Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy. Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).
- Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime. Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).
- Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel. J. Propul. Power. 1 (1), 29-35 (2012).
- Kohout, J., Vechet, S. A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits. Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).
