RU2719797C1 - Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal - Google Patents
Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2719797C1 RU2719797C1 RU2019140375A RU2019140375A RU2719797C1 RU 2719797 C1 RU2719797 C1 RU 2719797C1 RU 2019140375 A RU2019140375 A RU 2019140375A RU 2019140375 A RU2019140375 A RU 2019140375A RU 2719797 C1 RU2719797 C1 RU 2719797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscous
- temperature
- brittle
- pulses
- acoustic emission
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
- G01N25/12—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of critical point; of other phase change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
- G01N3/54—Performing tests at high or low temperatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике и используется для определения температуры вязко-хрупкого перехода и использованием регистрации сигнала акустической эмиссии на основе классификации импульсов с использованием искусственной нейронной сети The invention relates to a testing technique and is used to determine the temperature of a viscous-brittle transition and using the registration of an acoustic emission signal based on the classification of pulses using an artificial neural network
Известен способ определения температуры вязко-хрупкого перехода по результатам фрактографического анализа изломов образцов, когда за температуру вязко-хрупкого перехода применяется температура, при которой доля хрупкой составляющей в изломе составляет 50%.A known method for determining the temperature of a viscous-brittle transition according to the results of fractographic analysis of fractures of samples, when the temperature at which the share of the brittle component in the fracture is 50% is used for the temperature of the viscous-brittle transition.
Недостатком данного способа является его высокая трудоемкость (необходимость исследования большого количества изломов образцов, испытанных при разных температурах) и необходимость применения дополнительного оборудования (оптических и электронных микроскопов) для получения точного результата. The disadvantage of this method is its high complexity (the need to study a large number of fractures of samples tested at different temperatures) and the need to use additional equipment (optical and electron microscopes) to obtain an accurate result.
Известен также способ оценки температуры вязко-хрупкого перехода с использованием регистрации и обработки сигнала акустической эмиссии [Патент RU 2027988 C1 от 06.09.1991 г., опубл. 27.01.1995 г.].There is also a method of estimating the temperature of a viscous-brittle transition using the registration and processing of an acoustic emission signal [Patent RU 2027988 C1 of 09/06/1991, publ. January 27, 1995].
Способ позволяет проводить оценку температуры вязко-хрупкого перехода за счет установления взаимосвязи температуры вязко-хрупкого перехода материала и акустической эмиссии, возникающей при хрупком разрушении образца. При этом для испытания используют образец из n элементов, каждый из которых представляет балку с защемленными концами. При различных температурах к середине элементов прикладывают усилие и регистрируют импульсы акустической эмиссии, а за температуру вязкохрупкого перехода материала принимают температуру, при которой доля P элементов, излучающих импульсы акустической эмиссии, находится в диапазоне 0 < P < 1.The method allows to evaluate the temperature of the viscous-brittle transition by establishing the relationship of the temperature of the viscous-brittle transition of the material and acoustic emission arising from brittle fracture of the sample. In this case, a sample of n elements is used for testing, each of which represents a beam with pinched ends. At various temperatures, a force is applied to the middle of the elements and acoustic emission pulses are recorded, and the temperature at which the fraction P of elements emitting acoustic emission pulses is in the
Недостатком способа является необходимость применения достаточно сложных по своей геометрии образцов для испытаний и их большое количество для получения точного результата, а также низкий уровень автоматизации процесса оценки температуры вязко-хрупкого перехода.The disadvantage of this method is the need to use sufficiently complex in their geometry test samples and their large number to obtain an accurate result, as well as a low level of automation of the process of estimating the temperature of a viscous-brittle transition.
Для расширения области использования способа оценки температуры вязко-хрупкого перехода, упрощения геометрии испытуемых образцов, а также исключения человеческого фактора при оценке температуры вязко-хрупкого перехода предлагается испытания проводить на твердомере методом индентирования на образцах в виде пластин металла, а для классификации импульсов в сигнале акустической эмиссии использовать обученную нейронную сеть классификации импульсов.To expand the scope of use of the method for estimating the temperature of a viscous-brittle transition, simplifying the geometry of the test samples, and also eliminating the human factor in assessing the temperature of the viscous-brittle transition, it is proposed that tests be carried out on a hardness tester by indentation on samples in the form of metal plates, and for classifying pulses in an acoustic signal Emissions use a trained neural network for classifying pulses.
Целью изобретения является снижение металлоемкости, трудоемкости и повышение уровня автоматизации при определении температуры вязко-хрупкого перехода металла. The aim of the invention is to reduce the intensity, complexity and increase the level of automation when determining the temperature of the viscous-brittle transition of the metal.
Технический результат изобретения, заключается в повышении точности оценки температуры вязко-хрупкого перехода металла.The technical result of the invention is to increase the accuracy of estimating the temperature of the viscous-brittle transition of the metal.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки температуры вязко-хрупкого перехода материала, заключающемся в том, что образец, установленный на столе твердомера подвергают индентированию при разных температурах с регистрацией сигнала акустической эмиссии, полученный сигнал акустической эмиссии подвергают обработке с выделением отдельных импульсов, определением их параметров и последующей их классификацией с использованием обученной искусственной нейронной сети, а за температуру вязко-хрупкого перехода принимают температуру, при которой количество импульсов характеризующих хрупкий и вязкий механизмы разрушения совпадают.за счет использования в процессе испытаний одного образца, а также обученной искусственной нейронной сети классификации импульсов сигнала акустической эмиссии. The technical result is achieved by the fact that in the method for estimating the temperature of the viscous-brittle transition of the material, namely, that the sample mounted on the table of the hardness tester is subjected to indentation at different temperatures with the registration of the acoustic emission signal, the obtained acoustic emission signal is subjected to processing with the allocation of individual pulses, determining their parameters and their subsequent classification using a trained artificial neural network, and for the temperature of the viscous-brittle transition take eraturu at which the number of pulses characterizing brittle and ductile fracture mechanisms sovpadayut.za by the use in the process of testing a sample, as well as trained artificial neural network classification pulses of acoustic emission signal.
Технический результат достигается за счет использования в процессе испытаний одного образца, а также обученной искусственной нейронной сети классификации импульсов сигнала акустической эмиссии.The technical result is achieved through the use of a single sample during testing, as well as a trained artificial neural network, of the classification of pulses of an acoustic emission signal.
Для оценки характера разрушения металлов и температуры вязко-хрупкого перехода был разработан специализированный стенд на базе твердомера ТШ-2М. В качестве индентора использовался шарик диаметром 2,5 мм. Также возможно использование других видов инденторов. Стенд включает в себя датчик акустической эмиссии (АЭ), 4 датчика температуры, устанавливаемые на образец металла (пластина 4х100х100 мм). Принципиальная схема стенда показана на Фиг. 1.To assess the nature of the destruction of metals and the temperature of the viscous-brittle transition, a specialized stand was developed based on the TSh-2M hardness tester. A ball with a diameter of 2.5 mm was used as an indenter. It is also possible to use other types of indenters. The stand includes an acoustic emission sensor (AE), 4 temperature sensors mounted on a metal sample (plate 4x100x100 mm). A schematic diagram of the stand is shown in FIG. 1.
Образцы для испытаний (Фиг. 1) охлаждались при помощи подведенных к ним медных хладопроводов от смеси жидкого азота и спирта в необходимых пропорциях для установления температуры испытания. Контроль температуры осуществляли при помощи температурных датчиков pt100, устанавливаемых на поверхность образца. Для регистрации сигнала АЭ применялись широкополосные датчики АЭ фирмы ГлобалТест (GT350) и АЦП фирмы National Instruments модели 6636 (Фиг. 1). Test samples (Fig. 1) were cooled using copper refrigerant pipes supplied to them from a mixture of liquid nitrogen and alcohol in the required proportions to establish the test temperature. Temperature control was carried out using pt100 temperature sensors mounted on the surface of the sample. To record the AE signal, GlobalTest (GT350) broadband AE sensors and National Instruments model 6636 ADCs were used (Fig. 1).
Принципиальная схема предложенного способа оценки температуры вязко-хрупкого перехода индентированием с регистрацией сигнала АЭ представлена на Фиг. 2.A schematic diagram of the proposed method for estimating the temperature of a viscous-brittle transition by indentation with registration of the AE signal is presented in FIG. 2.
Суть способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
На стол твердомера (1) устанавливается образец металла (2) с подведенными к нему медными хладопроводами (3) и резистором для регулирования температуры испытания. Контроль температуры осуществляется датчиками температуры (4) установленными по периметру образца. По центру образца устанавливается датчик АЭ (5).A metal sample (2) is installed on the table of the hardness tester (1) with copper refrigerant pipes (3) brought to it and a resistor for regulating the test temperature. Temperature control is carried out by temperature sensors (4) installed around the perimeter of the sample. AE sensor (5) is installed in the center of the sample.
В ходе испытания на твердость сигнал акустической эмиссии с датчика (5) поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (6), после преобразования сигнал подается на персональный компьютер (ПК) со специальным программным обеспечением (7). Для фильтрации исходного сигнала в разработанном ПО используются, как цифровые фильтры (полоса пропускания 100 - 800 кГц), так и Wavelet фильтр в модуле (8). После этого в модуле (9) происходит выделение импульсов сигнала АЭ с построением огибающей импульса. Пример выделенного импульса с огибающей и параметрами импульса показан на Фиг. 3. During the hardness test, the acoustic emission signal from the sensor (5) is fed to an analog-to-digital converter (ADC) (6), after the conversion, the signal is fed to a personal computer (PC) with special software (7). To filter the initial signal in the developed software, both digital filters (bandwidth 100 - 800 kHz) and the Wavelet filter in module (8) are used. After that, in the module (9), the AE signal pulses are extracted with the construction of the pulse envelope. An example of a distinguished pulse with an envelope and pulse parameters is shown in FIG. 3.
В модуле (10) определяются параметры импульсов (амплитуда, длительность, энергия и др. параметров)In module (10), pulse parameters (amplitude, duration, energy, and other parameters) are determined
Выделенные импульсы (параметры импульсов - Xi) поступают на вход обученной искусственной нейронной сети (ИНС) классификации импульсов (11). Структура ИНС и процесс классификации показан на Фиг. 4. На основе классификации определяется принадлежность импульсов к одному из трех классов (табл. 1) импульсов в модуле (12), а именно импульс характеризующий хрупкий (Х), вязкий (В) или смешанный (С) механизм разрушения металла. Определяется количество импульсов характеризующих хрупкий механизм разрушения (N1), смешанное разрушение (N2) и вязкое разрушение (N3) и общее количество импульсов в сигнале АЭ (N).The allocated pulses (pulse parameters - X i ) are input to a trained artificial neural network (ANN) pulse classification (11). The structure of the ANN and the classification process are shown in FIG. 4. Based on the classification, the impulses belong to one of three classes (Table 1) of impulses in module (12), namely, an impulse characterizing a brittle (X), viscous (B), or mixed (C) mechanism of metal destruction. The number of pulses characterizing the brittle fracture mechanism (N 1 ), mixed fracture (N 2 ) and viscous fracture (N 3 ), and the total number of pulses in the AE signal (N) are determined.
На основе полученных классов импульсов определяется характер разрушения образца в модуле (13) для этого определяется параметр, характеризующий преимущественно хрупкое разрушение А1=((N1/N)+0,5*(N2/N))*100% и параметр, характеризующий преимущественно вязкое разрушение А2=((N3/N)+0,5*(N2/N))*100%. При сопоставлении соответствующих параметров определяется преобладающий механизм разрушения и доля каждого механизма. Температура, при которой А1≈А2 принимаем за температуру вязко-хрупкого перехода. Based on the nature of the sample breaking module (13) of pulses received classes determined for this parameter is determined characterizing predominantly brittle fracture A 1 = ((N 1 / N) + 0,5 * (N 2 / N)) * 100% and the parameter characterizing predominantly viscous fracture A 2 = ((N 3 / N) + 0.5 * (N 2 / N)) * 100%. When comparing the corresponding parameters, the prevailing fracture mechanism and the proportion of each mechanism are determined. The temperature at which A 1 ≈ A 2 is taken as the temperature of the viscous-brittle transition.
Данные по твердости (14), параметры импульсов, определенные в модуле (10), а также преобладающий характер разрушения, определенный в модуле (13) записываются в таблицу результатов испытаний (15) и в базу данных параметров испытаний (16). Дополнительные параметры импульсов сигнала АЭ (амплитуда, длительность, энергия импульса) могут быть использованы для уточнения температуры вязко-хрупкого перехода.Hardness data (14), pulse parameters defined in module (10), as well as the prevailing nature of failure defined in module (13), are recorded in the test results table (15) and in the database of test parameters (16). Additional parameters of the AE signal pulses (amplitude, duration, pulse energy) can be used to specify the temperature of the viscous-brittle transition.
Для оценки погрешности предложенного способа определения температуры вязко-хрупкого перехода были проведены испытания на углеродистых сталях (сталь 20, сталь 45, сталь У8 и т.д.). Полученные данные в ходе классификации сопоставлялись с результатами фрактографических исследований образцов, испытанных на ударный изгиб в широком диапазоне температур.To assess the error of the proposed method for determining the temperature of the viscous-brittle transition, tests were performed on carbon steels (steel 20, steel 45, steel U8, etc.). The data obtained during the classification were compared with the results of fractographic studies of samples tested for impact bending in a wide temperature range.
Погрешность определения температуры вязко-хрупкого перехода металлов не превышала 6%.The error in determining the temperature of the viscous-brittle transition of metals did not exceed 6%.
Преимущества данного подхода по сравнению с существующими способами состоят в следующем: достигается высокая точность и исключается человеческий фактор при оценке температуры вязко-хрупкого перехода за счет использования искусственной нейронной сети классификации импульсов в сигнале акустической эмиссии. Уменьшается металлоемкость испытаний, т.к. для выявления температуры вязко-хрупкого перехода металла достаточно использовать один образец. Снижается трудоемкость испытаний, т.к. испытания с использованием индентора просты и не требуют применения дорогостоящего испытательного оборудования (копров, установок для испытаний).The advantages of this approach compared to existing methods are as follows: high accuracy is achieved and the human factor is excluded when estimating the temperature of a viscous-brittle transition due to the use of an artificial neural network for classifying pulses in an acoustic emission signal. The intensity of the tests decreases, because to identify the temperature of the viscous-brittle transition of the metal, it is enough to use one sample. The complexity of the tests is reduced, because tests using an indenter are simple and do not require the use of expensive testing equipment (drivers, test rigs).
Табл. 1 Классы импульсов сигнала АЭTab. 1 Pulse classes of AE signal
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140375A RU2719797C1 (en) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140375A RU2719797C1 (en) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2719797C1 true RU2719797C1 (en) | 2020-04-23 |
Family
ID=70415609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019140375A RU2719797C1 (en) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2719797C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775515C1 (en) * | 2021-09-29 | 2022-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for determining the viscosity of metallic materials |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1460659A1 (en) * | 1987-07-17 | 1989-02-23 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Method of determining the temperature of viscous-brittle transition in destruction |
RU2027988C1 (en) * | 1991-09-06 | 1995-01-27 | Мстислав Андреевич Штремель | Method of determination of temperature of tenacious-brittle transition of material |
SU1349466A1 (en) * | 1986-01-22 | 2004-04-27 | И.А. Гиндин | METHOD FOR DETERMINING THE TEMPERATURE OF THE VISCO-LARGE TRANSITION OF METAL MATERIALS |
CN101726506B (en) * | 2009-12-08 | 2016-03-02 | 武汉嘉仪通科技有限公司 | A kind of phase-change temperature testing system |
-
2019
- 2019-12-09 RU RU2019140375A patent/RU2719797C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1349466A1 (en) * | 1986-01-22 | 2004-04-27 | И.А. Гиндин | METHOD FOR DETERMINING THE TEMPERATURE OF THE VISCO-LARGE TRANSITION OF METAL MATERIALS |
SU1460659A1 (en) * | 1987-07-17 | 1989-02-23 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Method of determining the temperature of viscous-brittle transition in destruction |
RU2027988C1 (en) * | 1991-09-06 | 1995-01-27 | Мстислав Андреевич Штремель | Method of determination of temperature of tenacious-brittle transition of material |
CN101726506B (en) * | 2009-12-08 | 2016-03-02 | 武汉嘉仪通科技有限公司 | A kind of phase-change temperature testing system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775515C1 (en) * | 2021-09-29 | 2022-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for determining the viscosity of metallic materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chai et al. | A new qualitative acoustic emission parameter based on Shannon’s entropy for damage monitoring | |
CN104569154B (en) | The detection method and device of quick nondestructive fruit quality | |
RU2570592C1 (en) | Method of detecting and analysing acoustic emission signals | |
RU2719797C1 (en) | Method of temperature estimation of viscous-brittle transition of metal | |
KR20040002417A (en) | Significant signal extracting method, recording medium, and program | |
Martinez-Gonzalez et al. | Filtering of acoustic emission signals for the accurate identification of fracture mechanisms in bending tests | |
WO2020223616A3 (en) | System and method for device specific quality control | |
DE10133510C1 (en) | Fault detection method for glass or ceramic body uses correlation coefficient obtained from 2 time offset oscillation response characteristics | |
CN110596142A (en) | Defect detection method and system based on terahertz imaging | |
RU2138038C1 (en) | Method testing physical and mechanical properties of articles | |
WO2023164669A3 (en) | Determination of structural characteristics of an object | |
RU99107094A (en) | METHOD FOR SELECTION OF ELECTRONIC EQUIPMENT PRODUCTS BY RESISTANCE OR RELIABILITY | |
Marshall | Quantitative high-throughput assays for flagella-based motility in Chlamydomonas using plate-well image analysis and transmission correlation spectroscopy | |
Dzudzev et al. | Testing of automaticized system for complex non-destructive study of metallic materials | |
CN113302467A (en) | Method for inspecting a component, in particular an injector | |
RU2461808C2 (en) | Method of determining parameters of endurance curve of metals | |
RU2767028C1 (en) | Method of determining embrittlement of material | |
RU2747473C1 (en) | Method for predicting the resistance to cyclic loads of plate and belleville springs from spring steel | |
Ricci et al. | Performance and trends of the results of the Interlaboratory Trials held between 2002-2017 for the serological tests employed for the diagnosis of Equine Infectious Anemia | |
RU2727316C1 (en) | Method for acoustic emission control of structures | |
Livings et al. | Characterizing polymer O-rings nondestructively using resonant ultrasound spectroscopy | |
Тарасенко et al. | ASSESSMENT OF THE HUMAN FACTOR INFLUENCE ON THE RESULTS OF LABORATORY MEASUREMENTS OF ARMAMENT AND MILITARY EQUIPMENT SAMPLES | |
WO2019016842A1 (en) | Method of detecting bacteria | |
Mendis et al. | Use of local field potentials of dissociated cultures grown on multi-electrode arrays for pharmacological assays | |
Ince et al. | CRACK GROWTH MONITORING WITH HIERARCHICAL CLUSTERING OF AE. |