Использование коэффициента Пуассона и параметра акустической анизотропии для оценки поврежденности и накопленной пластической деформации при усталостном разрушении аустенитной стали

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовалось влияние усталостного разрушения на упругие характеристики метастабильной аустенитной стали AISI 321: коэффициент Пуассона и параметр акустической анизотропии. Расчет упругих характеристик производился по данным ультразвуковых измерений времени распространения продольных и поперечных упругих волн. Объемная доля мартенсита деформации определялась вихретоковым методом. Теоретические исследования показали, что основными факторами, влияющими на коэффициент Пуассона, являются накопление микроповреждений и изменение фазового состава. Изменение параметра акустической анизотропии связано с влиянием циклического деформирования на кристаллографическую текстуру матрицы материала и образованием ориентированных кристаллов деформационного мартенсита. На основании анализа экспериментальных результатов получены выражения для расчета по данным акустических измерений поврежденности и относительной накопленной пластической деформации, широко используемых в инженерной практике для определения усталостного ресурса материалов конструкций.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Мишакин

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ndt@ipmran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

В. А. Клюшников

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»

Email: ndt@ipmran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

А. В. Гончар

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»

Email: ndt@ipmran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

О. А. Сергеева

ООО «Волга-Спецгидроэнергомонтаж» — «Камспецэнерго»

Email: sergeevaoa_kse@mail.ru
Россия, 423800 Набережные Челны, Шлюзовая ул., 8

Список литературы

  1. Гольдштейн М.И., Литвинов В.С., Бонфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов. М.: Металлургия, 1986. 312 с.
  2. Ригмант М.Б., Корх М.К. Контроль фазового состава и магнитных свойств изделий ответственного назначения из аустенитно-ферритных и аустенитно-мартенситных сталей // Вестник Концерна ВКО «Алмаз—Антей». 2020. № 3. С. 45—53.
  3. Корх М.К., Ригмант М.Б., Давыдов Д.И., Шишкин Д.А., Ничипурук А.П., Корх Ю.В. Определение фазового состава трехфазных хромоникелевых сталей по магнитным свойствам // Дефектоскопия. 2015. № 12. С. 20—31.
  4. Ригмант М.Б., Казанцева Н.В., Кочнев А.В., Коэмец Ю.Н., Корх Ю.В., Корх М.К., Карабана- лов М.С. Выявление магнитной анизотропии в аустенитной хромоникелевой стали после прокатки // Дефектоскопия. 2021. № 12. С. 56—62.
  5. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Шишкин Д.А., Ежов И.В. Давыдов Д.И., Ригмант М.Б., Кочнев А.В. Магнитное исследование деформированной медицинской аустенитной стали, изготовленной на лазерном 3D принтере // Физика металлов и металловедение. 2022. Т. 123. № 11. С. 1210—1217.
  6. Саврай Р.А., Коган Л.Х. Вихретоковый контроль усталостной деградации метастабильной аустенитной стали при гигацикловом контактно-усталостном нагружении // Дефектоскопия. 2021. № 5. С. 56—63.
  7. Пасманик Л.А., Камышев А.В., Радостин А.В., Зайцев В.Ю. Параметры акустической неоднородности для неразрушающей оценки влияния технологии изготовления и эксплуатационной поврежденности на структуру металла // Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 24—36.
  8. Баранникова С.А., Надежкин М.В., Исхакова П.В. Исследование механических и акустических свойств деформируемых сплавов // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2023. Т. 66 (2). С. 162—167.
  9. Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г., Блинов В.М. Влияние мартенсита деформации на усталость аустенитных коррозионно-стойких сталей // Деформация и разрушение материалов. 2007. № 6. С. 2—9.
  10. Sayers C. M., Allen D. R. The influence of stress on the principal polarisation directions of ultrasonic shear waves in textured steel plates // J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17. P. 1399—1413.
  11. Хлыбов А.А., Углов А.Л. Об акустическом методе контроля пространственной неоднородности пластической деформации слабо анизотропных ортотропных материалов // Дефектоскопия. 2023. № 1. С. 25—36.
  12. Хлыбов А.А., Углов А.Л., Рябов Д.А., Аносов М.С. Оценка поврежденности конструкционных металлических материалов акустическими методами // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2022. Т. 25. № 4. С. 18—26.
  13. Carvajal L., Artigas A., Monsalve A., Vargas Y. Acoustic birefringence and Poisson’s ratio determined by ultrasound: tools to follow-up deformation by cold rolling and recrystallization // Mat. Res. 2017. V. 20. P. 1—7.
  14. Mishakin V.V., Gonchar A.V., Kurashkin K.V., Klyushnikov V.A., Kachanov M.L. On low-cycle fatigue of austenitic steel. Part I: Changes of Poisson’s ratio and elastic anisotropy // Int. J. Eng. Sci. 2021. V. 168. No. 103567.
  15. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение / Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 624 с.
  16. Романов А.Н. Малоцикловая усталость конструкционных металлических материалов // Вестник научно-технического развития. 2015. № 12 (100). С. 42—62.
  17. Krupp U., West C., Christ H.-J. Deformation-induced martensite formation during cyclic deformation of metastable austenitic steel: Influence of temperature and carbon content // Mat. Sci. Eng. A. 2008. V. 481—482. P. 713—717.
  18. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. М.: Мир, 1972. 308 с.
  19. Ерофеев В.И. Волновые процессы в твердых телах с микроструктурой. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1999. 328 с.
  20. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 400 с.
  21. Сергеева О.А., Мишакин В.В., Клюшников В.А. Исследование связи характеристик циклического деформирования с модулями упругости метастабильных аустенитных сталей // Проблемы прочности и пластичности. 2024. Т. 86. № 1. С. 94—105.
  22. Gonchar A.V., Mishakin V.V., Klyushnikov V.A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on the elastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel // Int. J. Fatigue. 2018. V. 106. P. 153—158.
  23. Kachanov M., Sevostianov I. Micromechanics of Materials, with Applications. Cham: Springer, 2018. 712 p.
  24. Салганик Р.Л. Механика тел с большим числом трещин // Механика твердого тела. 1973. № 4. C. 149—158.
  25. Kachanov M. L, Mishakin V. V., Pronina U.G. On low-cycle fatigue of austenitic steel. Part II: Extraction of information on microcrack density from a combination of the acoustic and eddy current data // Int. J. Eng. Sci. 2021. V. 169. No. 103569.
  26. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. 488 с.
  27. Klyushnikov V. Influence of plastic deformation temperature on ultrasonic and electromagnetic properties of austenitic steel // Materials Today: Proceedings. 2019. V. 19 (5). P. 2320—2322.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Образец для усталостных испытаний и схема установки преобразователей.

Скачать (946KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Амплитудно-временные диаграммы эхо-импульсов продольной (а) и поперечной волн (б).

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости изменения параметра А (а) и коэффициента Пуассона ν (б) от величины накопленной деформации εp.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости изменения объемной доли деформационного мартенсита Ф от величины накопленной пластической деформации εp.

Скачать (863KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Связь параметров Δν и ΔA.

Скачать (890KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Корреляционное поле между поврежденностью Пальмгрена—Майера и ее расчетным значением.

Скачать (822KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Корреляционное поле между расчётной и экспериментальной относительной накопленной пластической деформации.

Скачать (824KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024