Деформирование и разрушение материалов и конструкций в условиях диффузии

Деформирование и разрушение материалов и конструкций в условиях диффузии

Автор: Ребяков Юрий Николаевич, Чернявский Олег Федорович, Чернявский Александр Олегович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Рубрика: Расчет и конструирование

Статья в выпуске: 10 (186), 2010 года.

Бесплатный доступ

Приведен обзор публикаций по влиянию сред (в основном - водорода) на процессы деформирования и разрушения. Выделен ряд нерешенных проблем. Предложено новое решение связанной задачи расчета диффузии и напряженно-деформированного состояния. На примере установок для производства водорода показано, что напряжения от диффузионной дилатации, не учитывавшиеся ранее, могут быть основной причиной разрушения, а понимание механизмов явлений позволяет эффективно влиять на долговечность и безопасность конструкций. Описаны созданные в ЮУрГУ установки для малоцикловых испытаний материалов в газовых средах и результаты пробных испытаний циркониевого и титанового сплавов.

Еще

Диффузия, дилатация, напряжения, прочность, разрушение, долговечность

Короткий адрес: https://sciup.org/147151483

IDR: 147151483

Список литературы Деформирование и разрушение материалов и конструкций в условиях диффузии

  • Chapelle, D. Optimal design of a Type 3 hydrogen vessel: Parti -Analytic modelling of the cylindrical section/D. Chapelle, D. Perreux//International Journal of Hydrogen Energy. -2006. -№31. -P. 627-638.
  • Scaling up effects of Mg hydride in a temperature and pressure-controlled hydrogen storage device/M. Verga, F. Armanasco, C. Guardamagna et al.//International journal of hydrogen energy. -2009. -№ 34. -P. 4602-4610.
  • Возможность промышленного внедрения РУ с ВТГР для промышленного производства водорода/В.И. Костин, Н.Г. Кодочигов, А.В. Васяев и др.//Тяжелое машиностроение. -2007. -№ 3. -С. 9-14.
  • Inaba, Y. Analytical study on fire and explosion accidents assumed in HTGR hydrogen production system/Y. Inaba, T. Nishinara, Y. Nitta//Nuclear technology. -2004. -V. 146, № l.-P. 49-57.
  • Водород в металлах: пер. с англ. В 2 т. -М.: Наука, 1981. -Т. 1: Основные свойства. -475 с.; Т. 2: Прикладные аспекты. -437 с.
  • Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения/Г.П. Черепанов. -М.: Наука, 1974. -640 с.
  • Колачев, Б.А. Водородная хрупкость металлов/Б.А. Колачев. -М.: Металлургия, 1985. -216 с.
  • Фот, А.П. Разработка комплекса экспериментального оборудования и методик коррозионно-механических испытаний: дис.... д-ра техн. наук/А.П. Фот. -Курган, 1998. -447 с.
  • Gokhfeld, D.A. Limit analysis of structures at thermal cycling/D.A. Gokhfeld, O.F. Cherniavsky. -Netherlands, Alphen aan den Rijn, USA, Rockville, Maryland: Sijthoff and Noordhoff Int. -Publ, 1980. -537p.
  • Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -524 с.
  • Баранов, А.А. Фазовые превращения и термоциклирование металлов/А.А. Баранов. -Киев: Изд-во «Наукова думка», 1974. -232 с.
  • Clouet, E. The vacancy-edge dislocation interaction in fcc metals: A comparison between atomic simulations and elasticity theory/E. Clouet//Acta Materialia. -2006. -№ 54. -P. 3543-3552.
  • Itsumi, Y. Electronic bonding characteristics of hydrogen in bec iron. Part I: Interstitials/Yoshio Itsumi//Journal of materials research. -1996. -V. 11, № 9. -P. 2206-2213.
  • Domain, C. Atomic-scale Ab-initio study of the Zr-H system: Bulk properties/C. Domain, R. Besson, A. Legris//Acta Materialia. -2002. -№50.-P. 3513-3526.
  • Gavriljuk, V.G. Change in the electron structure caused by C, N and H atoms in iron and its influence on their interaction with dislocations/V.G. Gavriljuk, V.N. Shivanyuk, B.D. Shanina//Acta Materialia. -2005. -№ 53. -P. 5017-5024.
  • Vlasov, N.M. Structural and impurity traps for hydrogen atoms/N.M. Vlasov, LI. Fedik//International Journal of Hydrogen Energy. -2006. -№ 31. -P. 265-267.
  • Taketomi, S. Atomistic study of hydrogen distribution and diffusion around a {112} edge dislocation in alpha iron/Shinya Taketomi, Ryosuke Matsumoto, Noriyuki Miyazaki//Acta Materialia. -2008. -№ 56. -P. 3761-3769.
  • Influence of shear strain on the hydrogen trapped in bcc-Fe: A first-principles-based study/Ryosuke Matsumoto, Yoshinori Inoue, Shinya Taketomi and Noriyuki Miyazaki//Scripta Materialia. -2009. -№ 60. -P. 555-558.
  • Johnson, W.C. Thermodynamics of stress-induced interstitial redistribution in body-centered cubic metals/W. С Johnson, J. Y. Huh//Metallurgical and Materials Transactions A. -2003. -V. 34, №12. -P. 2819-2825.
  • Chateau, J.P. Numerical simulations of hydrogen-dislocation interactions in fcc stainless steels. Part I: hydrogen-dislocation interactions in bulk crystals/J.P. Chateau, D. Delafosse, T Magnin//Acta Materialia. -2002. -№ 50. -P. 1507-1522.
  • Кинетика тепловых и диффузионных процессов при растворении газов N2, Н2 в дисперсном титане/Т.П. Садлий, Л.Г. Милова, ТА. Баранова и др.//Физика аэродисперсных систем: межведомств. науч. сб./Одесса: Одесский национальный ун-т, 2004. -№41. -С. 124-129.
  • Micro structures and hydrogen permeability of directionally solidified Nb-Ni-Ti alloys with the Nb-NiTi eutectic microstructure/Kyosuke Kishida, Yuji Yamaguchi, Katsushi Tanaka et al.//Intermetallics. -2008. -№ 16. -P. 88-95.
  • Studying permeation of hydrogen (H and D) through Palladium membrane dynamically with ERDA method/S. Markelj, P. Pelicon, J. Simcic et al.//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. -2007. -№ 261. -P. 498-503.
  • The permeability of hydrogen in bulk palladium at elevated temperatures and pressures/B.D. Morreale, M.V. Ciocco, R.M. Enick et al.//Journal of Membrane Science. -2003. -№ 212. -P. 87-97.
  • Баранов, В.П. Определение эффективных коэффициентов диффузии водорода в деформированных высокопрочных сталях/В.П. Баранов//Современные проблемы науки и образования. -2007. -№2.-С. 23-26.
  • Определение коэффициента диффузии водорода в поковках из легированных сталей/Е.А. Фоминых, O.K. Токовой, Н.И. Воробьев и др.//Известия Челябинского научного центра. -2007. -Вып. 4 (38). -С. 29-34.
  • Influence of residual stresses and strains generated by cold drawing on hydrogen embrittlement of prestressing steels/J. Toribio, V. Kharin, D. Vergara et al.//Corrosion Science. -2007. -№ 49. -P. 3557-3569.
  • Toribio, J. Effect of residual stress-strain profiles on hydrogen-induced fracture of prestressing steel wires/J. Toribio, V. Kharin//Materials Science. -2006. -V. 42, №2.-P. 263-271.
  • Waisman, J.L. Diffusion of hydrogen in titanium alloys due to composition, temperature, and stress gradients/J.L. Waisman, G. Sines, L.B. Robinson//Metallurgical transactions. -1973. -V. 4, №1.-P. 291-302.
  • Zhang, T.-Y. The equilibrium concentration of hydrogen atoms ahead of a mixed mode I-Mode III crack tip in single crystal iron/T.-Y. Zhang, J.E. Hack//Metallurgical and Materials Transactions A. -1999. -V. 30, № 1. -P. 155-159.
  • Liang, Y. Interaction of hydrogen with crack-tip plasticity: effects of constraint on void growth/Y. Liang, P. Sofronis, R.H. Dodds Jr.//Materials Science and Engineering. -2004. -A 366. -P. 397-411.
  • Effect of hydrogen trapping on void growth and coalescence in metals and alloys/Y. Liang, D.C. Ahn, P. Sofronis et al.//Mechanics of Materials. -2008. -№ 40. -P. 115-132.
  • Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации технического титана ВТ10 при температурах до 750 °С/Ю.А. Аксенов, И.О. Башкин, В.Л. Колмогоров и др.//Физика металлов и металловедение. -1989. -Вып. 5. -Т. 67. -С. 993-999.
  • Effect of hydrogen on mechanical properties of j3-titanium alloys/H.-J.Christ, A. Senemmar, M. Decker, K. Prusner//Sadhana. -2003. -V. 28, № 3-4. -P. 453-465.
  • Cyclic plastic deformation behaviour of Ni single crystals oriented for single slip as a function of hydrogen content/T. Magnin, С. Bosch, K. Wolski, D. Delafosse//Materials Science and Engineering. -2001. -A 314.-P. 7-11.
  • Elkebir, O.A. Comparison of hydrogen embrittlement of stainless steels and nickel-base alloys/O.A. Elkebir, A. Szummer//International Journal of Hydrogen Energy. -2002. -№ 27. -P. 793-800.
  • Cohesive zone modeling of hydrogen-induced stress cracking in 25 % Cr duplex stainless steel/V. Olden, С. Thaulow, R. Johnsen, E. Ostby//Scripta Materialia. -2007. -№57.-P. 615-618.
  • Карпинский, Д.Н. Расчет коэффициента интенсивности напряжения в наводороженном пластичном кристалле с трещиной/Д.Н. Карпинский, С.В. Санников//Письма в ЖТФ. -2003. -Вып. 20. -Т. 29. -С. 16-20.
  • Ahn, D.C. Modeling of hydrogen-assisted ductile crack propagation in metals and alloys/D.C. Ahn, P. Sofronis, R. Dodds Jr.//International Journal of Fracture. -2007. -V. 145, №2. -P. 135-157.
  • Taha, A. A micromechanics approach to the study of hydrogen transport and embrittlement/A. Taha, P. Sofronis//Engineering Fracture Mechanics. -2001. -№ 68. -P. 803-837.
  • Delafosse, D. Hydrogen induced plasticity in stress corrosion cracking of engineering systems/D. Delafosse, T. Magnin//Engineering Fracture Mechanics. -2001. -№ 68. -P. 693-729.
  • Application of hydrogen influenced cohesive laws in the prediction of hydrogen induced stress cracking in 25 % Cr duplex stainless steel/V. Olden, C. Thaulow, R. Johnsen et al.//Engineering Fracture Mechanics. -2008. -№ 75. -P. 2333-2351.
  • Effects of alloy composition and strain hardening on tensile fracture of hydrogen-precharged type 316 stainless steels/С. San Marchi, B.P. Somerday, X. Tang, G.H. Schirоку//International Journal of Hydrogen Energy. -2008. -№33. -P. 889-904.
  • On hydrogen-induced plastic flow localization during void growth and coalescence/D.С. Ahn, P. Sofronis, R.H. Dodds Jr.//International Journal of Hydrogen Energy. -2007. -№32.-P. 3734-3742.
  • Спивак, Л.В. Синергетические эффекты микропластичности в системе «никель -водород»/Л.В. Спивак, Л.Н. Малинина//Альтернативная энергетика и экология. -2007. -№3(47). -С. 84-87.
  • Olden, V. Modelling of hydrogen diffusion and hydrogen induced cracking in supermartensitic and duplex stainless steels/V. Olden, С. Thaulow, R. Johnsen//Materials and Design. -2008. -№29. -P. 1934-1948.
  • Спивак, Л.В. Влияние водорода на модуль сдвига поликристаллического алюминия/Л.В. Спивак, Л.А. Лунарска//Письма в ЖТФ. -2006. -Вып. 2. -Т. 32. -С. 15-20.
  • Sinning, H.-R. The inter crystalline Gorsky effect/H.-R. Sinning//Materials Science and Engineering.-2004. -A 370. -P. 109-113.
  • Vengallatore, S. Gorsky damping in nanomechanical structures/S. Vengallatore//Scripta Materialia. -2005. -№ 52. -P. 1265-1268.
  • Yang, F. Interaction between diffusion and chemical stresses/F. Yang//Materials Science and Engineering. -2005. -A 409. -P. 153-159.
  • Власов, Н.М. Термодиффузия водорода в цирконии с учетом термонапряжений/Н.М. Власов, В.А. Зазноба//Журнал технической физики. -2009. -Вып. 5. -Т. 79. -С. 49-53.
  • Vlasov, N.M. Hydrogen permeability of metals at presence of internal stresses transport/N.M. Vlasov, LI. Fedik//NATO Science for Peace and Security, Series C: Environmental Security, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems/eds. B. Baranowski. -Netherlands: Springer, 2008. -P. 587-594.
  • Paukshto, M.V. Diffusion-induced stresses in solids/M. V. Paukshto//International Journal of Fracture. -1999. -V. 97, № 1-4. -P. 227-236.
  • Результаты прикладных исследований в области водородной мембранной технологии/М.Н. Сивков, К.Н. Саханская, Д.И. Словецкий и др.//Цветные металлы. -2007. -№ 1.-С. 36-38.
  • Новый сплав В-2 на основе палладия для диффузионных фильтров водорода/В.А. Гольцов, Н.И. Тимофеев, Г.Е. Каган и др.//Известия вузов. -1977. -№4. -С. 117-120.
  • Гапонцев, А.В. Диффузия водорода в неупорядоченных металлах и сплавах/А.В. Гапонцев, В.В. Кондратьев//Успехи физических наук. -2003. -Т. 173, № 10.-С. 1107-1129.
  • Товбин, Ю.К. Оценка влияния растворенного водорода на механические свойства палладия/Ю.К. Товбин, Е.В. Вотяков//ФТТ.-2000. -Вып. 7. -Т. 42. -С. 1158-1160.
  • Производство отливок из сплавов цветных металлов/А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин, Е.Л. Бибиков. -М.: Металлургия, 1986. -С. 332-333.
  • Спивак, Л.В. Синергетические эффекты микропластичности в системе «никель -водород»/Л.В. Спивак, Л.Н. Малинина//Альтернативная энергетика и экология. -2007. -№ 3(47). -С. 84-87.
  • Волков, А.Ю. Влияние пластической деформации на кинетику фазовых превращений в сплаве Cu-47Pd/А.Ю. Волков, НА. Кругликов//Физика металлов и металловедение. -2008. -Т. 105. -С. 215-224.
  • Волков, А.Ю. Получение высоких физико-механических свойств в упорядоченном по типу В2 сплаве палладий-медь/А.Ю. Волков, Е.Г. Волкова//Материаловедение. -2006. -Вып. 6. -С. 25-30.
  • Холл, Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений/Дж. Холл, Дж. Уайт. -М.: Мир, 1979. -312 с.
  • Горский, С.В. Определение характеристик сопротивления длительному малоцикловому разрушению: базовый эксперимент и испытательное оборудование/С.В. Горский, К.М. Кононов, В.Б. Порошин//Экспериментальные методы в механике твердого деформируемого тела: тез. докл. Всесоюзной научн.-техн. конф. -Калининград, 1987. -С. 46-47.
  • Мартыненко, Н.Е. Испытательная установка для исследования термической усталости конструкционного графита/Н.Е. Мартыненко, С.В. Горский//Прочность машин и аппаратов при переменных нагружениях: темат. сб. науч. трудов. -Челябинск: ЧПИ, 1989.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp