5.5. Определение типа металла, сплава, лома по измерению скорости распространения упругих волн
Измерение скорости упругих волн производят с достаточно высокой точностью и она связана со многими физико-механическими характеристиками металлов: модулями упругости, плотностью, прочностью, внутренними напряжениями и др. Для измерения скорости распространения, как правило, измеряют время распространения упругих волн.
Структурная схема прибора импульсного измерителя скорости аналогично показанной на рис.4. Прибор УТ-93П позволяет определять скорость с погрешностью не более 1%. Обычно измеряют скорость продольных волн, так как ее легче возбудить, и рассчитывают модуль продольной упругости (модуль Юнга) из уравнения:
,
(5.5.1)
где Е – модуль продольной упругости;
ρ
– плотность материала, равная
,
m – масса, V – объем образца;
υе
– скорость продольной волны, равная
,
l – длина образца,t
– время распространения продольной
упругой волны.
При использовании преобразователей поперечных (сдвиговых) волн измеряют скорость распространения поперечной волны и рассчитывают модуль сдвига из уравнения:
,
(5.5.2)
где G – модуль сдвига;
ρ – плотность образца;
Vt
– скорость распространения поперечной
волны, равная
;
l – длина образца;
tt – время распространения поперечной волны.
В обоих случаях измеряется время распространения волн, а скорости и модули рассчитываются.
При известных модулях E и G по таблице 5.5.1 и таблице 5.5.2 определяют тип металла, сплава или лома.
Модуль упругости E и коэффициент Пуассона μ Таблица 5.5.1
|
Вещество |
E, 1010 Н/м2 |
E, 105 кгс/см2 |
μ |
|
Алюминий |
7,1 |
7,1 |
0,34 |
|
Вольфрам |
39 |
40 |
0,29 |
|
Германий |
8,1 |
8,3 |
0,31 |
|
Дюралюминий |
7,3 |
7,4 |
0,34 |
|
Иридий |
52,8 |
53,8 |
0,26 |
|
Кварцевое стекло |
7,5 |
7,6 |
0,17 |
|
Константан |
16,3 |
16,6 |
0,33 |
|
Латунь |
9,8 |
10 |
0,35 |
|
Манганин |
12,4 |
12,6 |
0,33 |
|
Медь |
12,3 |
12,5 |
0,35 |
|
Плексиглас |
0,32 |
0,33 |
0,35 |
|
Полистирол |
0,32 |
0,33 |
0,35 |
|
Свинец |
1,6 |
1,6 |
0,44 |
|
Серебро |
7,9 |
8,1 |
0,37 |
|
Серый чугун |
10,8 |
11 |
0,22 |
|
Сталь |
20,6 |
21 |
0,28 |
|
Стекло |
≈7 |
≈7 |
≈0,25 |
|
Фарфор |
5,8 |
5,9 |
0,23 |
Модуль сдвига G Таблица 5.5.2
|
Вещество |
G | |
|
1010 Н/м2 |
105 кгс/см2 | |
|
Алюминий |
2,6 |
2,7 |
|
Германий |
3,1 |
3,2 |
|
Дюралюминий |
2,7 |
2,8 |
|
Кварцевое стекло |
3,2 |
3,3 |
|
Константан |
6,2 |
6,3 |
|
Латунь |
3,6 |
3,7 |
|
Манганин |
4,6 |
4,7 |
|
Медь |
4,55 |
4,64 |
|
Свинец |
0,57 |
0,58 |
|
Серебро |
2,8 |
2,9 |
|
Серый чугун |
4,4 |
4,5 |
|
Сталь |
8,0 |
8,2 |