Сопоставили изменение интенсивности и суммарного числа сигналов АЭ ( и соответственно) с изменением напряженно-деформированного состояния образца из стали 19Г (рис.3). Установлено, что изменение параметров АЭ коррелирует с основными стадиями деформации. Изменение для образцов из стали 20X13 было аналогичным.

Процесс пластической деформации до образования шейки в поликристаллических металлических металлах при статическом растяжении состоит из следующих стадий:

В случае отсутствия площадки текучести за макроупругой деформацией следует деформационное упрочнение.

Первый максимум зарегистрирован в области микротекучести (ниже предела текучести), второй (с наивысшим пиком) — в районе предела текучести (см. рис. 3), при этом в спектре сигналов АЭ преобладают высокочастотные компоненты (выше 400 кГц) [5].

Известно, что в железе, углеродистых и низколегированных сталях обычно резко возрастает, начиная с напряжений меньше предела текучести [20−22]. Для отожженного железа этот максимум наступает примерно при напряжении 0,7σ_т [21]. Известно также, что в макроупругой области у этих материалов наблюдается преимущественное пластическое течение поверхностных слоев металла [1, 2, 23, 24].

рис. 3.  Зависимость интенсивности сигналов и суммарного числа импульсов акустической эмиссии от длительности деформирования при статическом растяжении образца из стали 19Г в исходном структурном состоянии

Первый пик на стадии микротекучести можно связать с коллективным движением и размножением дислокаций в области границ зерен преимущественно поверхностного слоя, а также выходом их на поверхность. Зарождение дислокаций в основном происходит на границах зерен и микроконцентраторов напряжений непосредственно на поверхности металла. Считают [20], что единичный импульс акустической эмиссии в области микротекучести может произойти при одновременном прорыве примерно 4·10⁵ дислокаций. Пики при прохождении деформации Людерса-Чернова на площадке текучести связаны с процессами прорыва дислокационной лавины во всем объеме металла на линии фронта текучести, а также выходом дислокаций на поверхность и преимущественным увеличением плотности дислокаций у границ зерен.

Для стадии деформационного упрочнения характерно преобладание мощных дискретных импульсов АЭ. На этой стадии происходит значительное увеличение плотности дислокаций с выходом дислокационных скоплений на границы зерен и когерентные границы фазовых включений, формированием дислокационной ячеистой структуры с критической плотностью дислокаций и образованием субмикротрещин. Было показано [25], что уже на стадии деформационного упрочнения существует критическое напряжение, при котором на поверхности металлов зарождаются субмикротрещины длиной ~ 1−5 мкм. Для железа это критическое напряжение при комнатной температуре соответствует пластической деформации 7−9 %.

В распределении спектральной плотности мощности АЭ на стадии деформационного упрочнения выделяются два максимума [4]: первый в диапазоне 100−350 кГц, второй — в диапазоне 350–800 кГц, при этом ширина спектра достигает 1 МГц (рис. 4). Высокочастотный максимум спектральной плотности мощности АЭ (350−800 кГц) связан с релаксацией упругой энергии в связи с увеличением плотности подвижных дислокаций, а низкочастотный (100−350 кГц) — с релаксацией упругой энергии при выходе дислокационных скоплений на межзеренные или межфазные границы, а также в момент образования микротрещин. Увеличение плотности дислокаций приводит к сокращению длины свободного пробега и плотности подвижных дислокаций, при этом уменьшается амплитуда и энергия сигналов АЭ. Сокращение активно деформируемого объема обусловливает постепенное снижение уровня АЭ, который достигает минимума в момент локализации деформации (образования шейки).

рис. 4.  Спектральная плотность мощности сигналов акустической эмиссии при статическом растяжении образца из стали 19Г в исходном структурном состоянии (деформация в области деформационного упрочнения)