Акустико-эмиссионные особенности распространения усталостной трещины в титановом сплаве вт6 после лазерной ударной проковки

Автор: Изюмова А.Ю., Вшивков А.Н., Мубассарова В.А., Пантелеев И.А., Угольников М.В., Ильиных А.В., Плехов О.А.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 5, 2024 года.

Бесплатный доступ

Исследование посвящено установлению характерных особенностей сигналов акустической эмиссии (АЭ) при развитии усталостной трещины в поле остаточных напряжений, предварительно созданном лазерной ударной (ЛУ) обработкой. Этот метод заключается в формировании поля остаточных напряжений путем высокомощного короткоимпульсного лазерного воздействия и генерации в материале упругопластической волны. В результате такого воздействия структура материала в поверхностном слое претерпевает изменения, которые влияют не только на возможности зарождения и развития усталостной трещины, но и характеристики АЭ в процессе циклического деформирования. В ходе работы серия образцов из титанового сплава Вт6 подвергалась ЛУ-воздействию в зоне концентратора напряжений с целью замедления зарождения и развития усталостной трещины. Далее обработанные образцы испытывались в условиях циклического деформирования для демонстрации эффективности выбранного режима ЛУ упрочнения. На исследуемых образцах в процессе испытаний регистрировались длина трещины методом падения электрического потенциала и сигналы АЭ. На основе полученных экспериментальных данных был проведен кластерный анализ сигналов АЭ, в результате которого было показано, что сигналы АЭ явно разделяются на два кластера, что может свидетельствовать о наличии двух доминирующих источников, качественно отражающих два преобладающих механизма разрушения. Выявлено, что на образцах после ЛУ-обработки величина кумулятивной энергии сигналов АЭ в каждом из кластеров значительно выше, по сравнению с базовыми образцами, до момента начала активного роста усталостной трещины. Таким образом, в результате ЛУ-обработки наблюдаются значительные изменения в эволюции сигналов АЭ в процессе циклического деформирования образцов из титанового сплава Вт6 с боковым полукруглым надрезом. Это косвенно свидетельствует, что ЛУ-обработка оказывает влияние на структурные характеристики материала, создавая поле остаточных напряжений и продлевая усталостный ресурс образцов.

Еще

Акустическая эмиссия, лазерная ударная обработка, остаточные напряжения, кластерный анализ сигналов акустической эмиссии

Короткий адрес: https://sciup.org/146283055

IDR: 146283055 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.5.03

Список литературы Акустико-эмиссионные особенности распространения усталостной трещины в титановом сплаве вт6 после лазерной ударной проковки

Степанова, Л.Н. Акустико-эмиссионный контроль раннего зарождения дефектов в образцах из углепластика при статическом и тепловом нагружении / Л.Н. Степанова, В.В. Чернова, И.С. Рамазанов // Дефектоскопия. – 2020. – № 10. – С. 12–23. DOI 10.31857/S0130308220100024.
Применение метода акустической эмиссии к исследованию процесса накопления повреждений функционального керамического покрытия / Е.М. Зубова и [др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 1. – С. 38–48. DOI:10.15593/perm.mech/2019.1.04.
Дмитриев, А.А. Применение вейвлет-обработки к акустико-эмиссионным измерениям при растяжении титанового сплава ВТ 1-0 / А.А. Дмитриев // Известия Алтайского государственного университета. – 2021. – № 4(120). – С. 30–34. DOI: 10.14258/izvasu(2021)4-04.
Experimental Study of Postcritical Deformation Stage Realization in Layered Composites during Tension using Digital Image Correlation and Acoustic Emission / V. Wildemann, E. Strungar, D. Lobanov, A. Mugatarov, E. Chebotareva // Acta Mechanica Sinica. – 2023. DOI: 10.1007/s10409-023-23468-x
Увеличение твердости поверхности титана и его сплавов лазерным излучением с сохранением геометрии изделий / С.Н. Акимов [и др.] // Journal of Advanced Research in Technical Science. – 2024. – № 41. – С. 48–53. DOI: 10.26160/2474-5901-2024-41-48-53
Исследование влияния обработки лазерными импульсами наносекундной длительности на микроструктуру и сопротивление усталости технически чистого титана / Ю.Р. Колобов [и др.] // Письма в Журнал технической физики. – 2022. – Т. 48, № 2. – С. 15–19. DOI: 10.21883/PJTF.2022.02.51913.19025
Соколова, И.С. Упрочнение титанового сплава ВТ20 методом ионно-вакуумного азотирования / И.С. Соколова, А.А. Князев // Химия. Экология. Урбанистика. – 2021. – Т. 1. – С. 288–292.
Effect of shot peening and nitrogen ion implantation on the fatigue behavior of TA15 titanium alloys / Y. Wang, X. Wang, C. Xu, S. Qiu, K. Wang, K. Tian, B. Yu, Y. Yu // International Journal of Fatigue Volume. – 2023. – Vol. 172. – P. 107649. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2023.107649
Luo, X. The effect of laser shock peening, shot peening and their combination on the microstructure and fatigue properties of Ti-6Al-4V titanium alloy / X. Luo, N. Dang, X. Wang // International Journal of Fatigue. – 2021. – Vol. 153. – P. 106465. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2021.106465
Ultrasonic rolling strengthening of TC11 titanium alloy surface: Corrosion and wear properties under extreme conditions / K. Zheng, X. Zhao, L. Pan, Z. Ren // Wear. – 2024. – Vol. 550–551. – P. 205415. DOI: 10.1016/j.wear.2024.205415
Progressive developments, challenges and future trends in laser shock peening of metallic materials and alloys: A comprehensive review / W. Deng, C. Wang, H. Lu, X. Meng, Z. Wang, J. Lv, K. Luo, J. Lu // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2023. – Vol. 191. – P. 104061. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2023.104061
Recent progress in laser shock peening: Mechanism, laser systems and development prospects / M. Jia, Y. Wang, J. Yue, C. Cao, K. Li, Y. Yu, Y. Li, Z. Lu // Surfaces and Interfaces. – 2024. – Vol. 44. – P. 103757. DOI: org/10.1016/j.surfin.2023.103757
Strengthening mechanism in thermomechanical fatigue properties of Ti6Al4V titanium alloy by laser shock peening / Z. Wang, W. Zhou, K. Luo, H. Lu, J. Lu // International Journal of Fatigue. – 2023. – Vol. 172. – P. 107631. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2023.107631
Effects of different laser shock processes on the surface morphology and roughness of TC4 titanium alloy / M. Wang, X. Chen, F. Dai, A.N. Siddiquee, S. Konovalov // Journal of Materials Processing Technology. – 2024. – Vol. 325. – P. 118301. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2024.118301
Effect of overlap pattern on the residual stress, surface morphology and fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy by multiple laser shock peening / X. Luo, Z. Xu, K. Tian, Y. Wang, X. Wang, K. Wang, Y. Yu, C. Ye, N. Dang // Optics & Laser Technology. – 2025. – Vol. 180. – P. 111486. DOI: 10.1016/j.optlastec.2024.111486
Laser shock processing of titanium alloys: A critical review on the microstructure evolution and enhanced engineering performance / Q. Liu, S. Chu, X. Zhang, Y. Wang, H. Zhao, B. Zhou, H. Wang, G. Wu, B. Mao // Journal of Materials Science & Technology. – 2025. – Vol. 209. – P. 262–291. DOI: 10.1016/j.jmst.2024.04.075
Studies on Laser Shock Peening on Nanomechanical and Mechano-Chemical Properties of Titanium Alloy (Ti6Al4V) / D. Madapana, H. Ramadas, A. Kumar Nath, J.D. Majumdarm // Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 2023. – Vol. 75, no. 1. – P. 109–119. DOI: 10.1007/s11837-022-05504-9
Twin and dislocation induced grain subdivision and strengthening in laser shock peened Ti / X. Huang, W. Zhu, K. Chen, R.L. Narayan, U. Ramamurty, L. Zhou, W. He // International Journal of Plasticity. – 2022. – Vol. 159. – P. 103476. DOI: 10.1016/j.ijplas.2022.103476
Effect of dynamic recrystallization on texture orientation and grain refinement of Ti6Al4V titanium alloy subjected to laser shock peening / X. Pan, X. Wang, Z. Tian, W. He, X. Shi, P. Chen, L. Zhou // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 850. – P. 156672. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156672
Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин. – М.: ВИЛС – МАТИ, 2009. – 520 c.
Поляк, М.С. Технология упрочнения. Технолог. методы упрочнения: в 2 т. Т. 2 / М.С. Поляк. – М.: Л.В.М. – «СКРИПТ», «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1995. – 688 с.
Идентификация источников акустической эмиссии при деформации и разрушении стали 12Х18Н10Т / О.В. Башков и [др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2009. – Т. 75. – т. №10. – С. 51–57.
Применение вейвлет-преобразования для обработки данных акустической эмиссии. Ч. 1. Идентификация сигналов / А.В. Бяков [др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2014. – Т. 57. – № 9-3. – С. 10-14.
Loutas, T.H. Damage evolution in center-holed glasspolyester composites under quasi-static loading using timefrequency analysis of acoustic emission monitored waveforms / T.H. Loutas, V. Kostopoulos, C. Ramirez-Jimenez // Composites Science and Technology. – 2006. – Vol. 66. – P. 1366–1375.
Monitoring of acoustic emission damage during tensile loading of 3D woven carbon/epoxy composites / S.V. Lomov, M. Karahan, A.E. Bogdanovich [et al.] // Textile Research Journal. – 2014. – Vol. 84, no. 13. – P. 1373–1384.
Kinetics of cyclically-induced mechanical twinning in γ- TiAl unveiled by a combination of acoustic emission, neutron diffraction and electron microscopy / A. Vinogradov, M. Heczko, V. Maz´anov´ac, M. Linderov, T. Kruml // Acta Mater. – 2021. – Vol. 212. – P. 116921. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116921
Deformation mechanisms in austenitic TRIP/TWIP steels at room and elevated temperature investigated by acoustic emission and scanning electron microscopy / M. Linderov, C. Segel, A. Weidner, H. Biermann, A. Vinogradov // Mater Sci Eng A. – 2014. – Vol. 597. – P. 183–93. DOI: 10.1016/j.msea.2013.12.094
Dislocation kinetics explains energy partitioning during strain hardening: Model and experimental validation by infrared thermography and acoustic emission / A. Sendrowicz, A.O. Myhre, A.V. Danyuk, A. Vinogradov // Mater Sci Eng A. – 2022. – Vol. 856. – P. 143969. DOI: 10.1016/j.msea.2022.143969
Deformation Mechanisms Underlying Tension- Compression Asymmetry in Magnesium Alloy ZK60 Revealed by Acoustic Emission Monitoring / A. Vinogradov, D. Orlov, A. Danyuk, Y. Estrin // Mater Sci Eng A. – 2015. – Vol. 621. – P. 243–51. DOI: 10.1016/j.msea.2014.10.081
The effect of aluminium on twinning in binary alphatitanium / A. Fitzner, D.G. Leo Prakash, J.Q. Fonseca, M. Thomas, S-Y. Zhang, J. Kelleher, P. Manuel, M. Preuss // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 103. – P. 341–351. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.09.048

Еще

Статья научная