В процессе пластической деформации пластичных металлических материалов происходит постепенное накопление и взаимодействие дефектов кристаллической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дисклинаций, двойников, границ блоков и зерен и др.). Вследствие этого на определенной стадии деформации в материале зарождаются субмикротрещины и затем микротрещины. При их критическом размере повреждаемость материала становится необратимой, что приводит к его катастрофическому разрушению.

Определение степени критической повреждаемости особенно важно для металлических конструкционных материалов, работающих в условиях циклических нагрузок, поскольку критический размер дефекта в этом случае чрезвычайно мал, а высокая частота нагружения может привести к быстрому его развитию и разрушению материала. В этих условиях зарождение микротрещин обычно происходит в отдельных наиболее благоприятно ориентированных зернах поликристаллических материалов при напряжениях ниже статического предела текучести [1−4].

Методы неразрушающего контроля (НК), такие как акустико-эмиссионная (АЭ) диагностика [5−14] и кинетическая твердость [15−19], позволяют получить количественные характеристики структурного состояния и остаточного ресурса работы металлических конструкций.

При пластической деформации и разрушении металлических материалов рассматриваются следующие источники дислокационной акустической эмиссии [14]: размножение дислокаций; отрыв дислокаций и их скоплений от точек закрепления; движение дислокаций и преодоление ими различных барьеров (после преодоления барьера дислокация ускоряется полем внешних напряжений и излучает упругие волны); взаимодействие дислокаций с препятствиями (примесными атомами, другими дислокациями, границами зерен и др.); аннигиляция дислокаций, при которой исчезновение упругого поля порождает упругую волну. Импульсы АЭ при пластической деформации металлов можно объединить в условные группы [12]:

Метод кинетической твердости позволяет определять основные характеристики прочностных свойств без разрушения металла. Этот метод незаменим при оценке структурных изменений и повреждаемости трубопроводов, ответственных конструкций, ядерных реакторов и др.

Принципиально новый уровень исследований и контроля структурного состояния металлических материалов достигается при объединении методов акустико-эмиссионной диагностики и кинетической твердости с одновременной регистрацией комплекса акустико-эмиссионных и механических характеристик материала в процессе вдавливания шарового индентора. В настоящей работе с использованием этих методов исследовали процессы пластической деформации и разрушения при статическом растяжении и циклическом нагружении конструкционных сталей.