Влияние электролитического наводороживания на механические и акустические свойства нержавеющей стали

Влияние электролитического наводороживания на механические и акустические свойства нержавеющей стали

Автор: Баранникова С.А., Никонова А.М.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 6, 2024 года.

Бесплатный доступ

Целью настоящего исследования является изучение влияния водородного охрупчивания на мартенситную нержавеющую сталь марки AISI 420 с использованием акустического метода с целью разработки стандартизированных методов диагностики и унификации измеряемых параметров для различных типов материалов. Была проведена оценка изменения механических характеристик и информативных параметров акустического контроля в процессе нагружения образцов, предварительно насыщенных водородом электролитическим методом. Установлено, что параметры рэлеевских волн зависят от степени водородного охрупчивания как в ненагруженном, так и нагруженном состоянии, начиная с предела текучести и вплоть до разрушения. Исследования показали, что анализ зависимостей скорости распространения рэлеевских волн открывает новые перспективы в области разработки методов для раннего обнаружения и оценки водородного охрупчивания стали. Полученные результаты исследований влияния концентрации водорода на параметры рэлеевских волн служат основой для построения комплексного акустического метода определения физико-механических характеристик конструкционных материалов. Эти данные дают возможность оценить критическую концентрацию водорода, при котором сохраняется 80 % исходных механических свойств. Кроме того, они позволяют сформировать критерий предельного состояния стали при статическом нагружении при использовании параметров акустических волн. Были рассчитаны значения скоростей распространения рэлеевских волн для материалов, находящихся в предельном состоянии при водородном охрупчивании. Обнаружены взаимосвязи между коэффициентами деградации прочности и водородного охрупчивания, зависящие от коэффициента деградации акустических свойств. Эти взаимосвязи могут быть аппроксимированы сигмоидальной функцией Больцмана с высокими коэффициентами корреляции.

Еще

Водородное охрупчивание, прочность, пластичность, механические свойства, разрушение, скорость звука, нержавеющая сталь, коэффициент деградации, деформация, aisi 420

Короткий адрес: https://sciup.org/146283067

IDR: 146283067   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2024.6.01

Список литературы Влияние электролитического наводороживания на механические и акустические свойства нержавеющей стали

  • Труэлл, Р. Ультразвуковые методы в физике твердого тела / Р. Труэлл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. – М.: Мир, 1972. – 307 с.
  • Механическая спектроскопия металлических материалов / М.С. Блантер [и др.]. – М.: МИА, 1994. – 254 с.
  • Исследование выявляемости поверхностных объемных дефектов при ультразвуковом контроле с применением волн Рэлея, генерируемых электромагнитно-акустическим преобразователем / Н.П. Алешин [и др.] // Дефектоскопия. – 2021. – № 5. – С. 22–30. DOI: 10.31857/S0130308221050031
  • Горкунов, Э.С. Использование метода электромагнитно-акустического преобразования для оценки микронапряжений в сталях / Э.С. Горкунов, С.М. Задворкин, М.Н. Соломин // Дефектоскопия. – 2004. – № 7. – С. 26–33.
  • Wang, P. Method of measuring the mechanical properties of ferromagnetic materials based on magnetostrictive EMAT characteristic parameters / P. Wang, Y. Zhang, E. Yao // Measurement. – 2021. – Vol. 168. – P. 108187. DOI: 10.1016/j.measurement.2020.108187
  • Guz, A.N. The physical fundamentals of the ultrasonic nondestructive stress analysis of solids / A.N. Guz, F.G. Makhort // International Applied Mechanics. – 2000. – Vol. 36, no. 9. – P. 1119–1149. DOI: 10.1023/A:1009442132064
  • Зуев, Л.Б. Малые изменения скорости ультразвука после отпуска закаленной стали / Л.Б. Зуев, В.В. Муравьев // Перспективные материалы. – 1996. – № 3. – С. 84–87.
  • Муравьев, В.В. Скорость звука и структура сталей и сплавов / В.В. Муравьев, Л.Б. Зуев, К.Л. Комаров. – Новосибирск: Наука, 1996. – 184 с.
  • Зуев, Л.Б. О возможности оценки прочности металлов и сплавов неразрушающим ультразвуковым методом / Л.Б. Зуев, Б.С. Семухин, А.Г. Лунев // Прикладная механика и техническая физика. – 2002. – Т. 43, № 1(251). – С. 202–204.
  • Муравьев, В.В. Структурно-чувствительные акустические параметры конструкционных сталей / В.В. Муравьев, О.В. Муравьева, А.В. Байтеряков. – Ижевск: Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2020. – 152 с.
  • Махутов, Н.А. Спектральный акусто-эмиссионный анализ процесса деформирования и повреждения / Н.А. Махутов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2018. – Т. 84, № 10. – С. 53–58. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-10-53-58
  • Исследование кинетики разрушения сплава Д16ч методами акустической эмиссии, корреляции цифровых изображений и изучения реальной поврежденности / Л.Р. Ботвина [и др.] // Металлы. – 2022. – № 4. – С. 15–23.
  • Метод ультразвукового зондирования при оценке предельного состояния металлоконструкций, связанного с появлением пластических деформаций / В.И. Ерофеев [и др.] // Физическая мезомеханика. – 2019. – Т. 22, № 3. – С. 65–70. DOI: 10.24411/1683-805X-2019-13007
  • Sheng, H. Evaluation of pipeline steel mechanical property distribution based on multi-micromagnetic NDT method / H. Sheng, P. Wang // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2023. – Vol. 72. – P. 6001715. DOI: 10.1109/TIM.2023.3241060
  • Хлыбов, А.А. Об использовании параметров структурного шума при контроле поверхностными акустическими волнами Рэлея стали 20ГЛ в процессе упругопластического деформирования / А.А. Хлыбов, А.Л. Углов // Дефектоскопия. – 2021. – № 7. – С. 3–10. DOI: 10.31857/S0130308221070010
  • The Influence of the Hardness of the Tested Material and the Surface Preparation Method on the Results of Ultrasonic Testing / J. Kowalczyk [et al.] // Applied Sciences. – 2023. – Vol. 13, no. 17. – P. 9904. DOI: 10.3390/app13179904
  • Dixon S., Edwards C., Palmer S.B. Texture measurements of metal sheets using wideband Electromagnetic Acoustic Transducers // Journal of Physics D Applied Physics. – 2002. – Vol. 35, no. 8. – P. 816–824. DOI: 10.1088/0022-3727/35/8/314
  • Исследование влияния пластического деформирования на кристаллографическую текстуру и ультразвуковые характеристики низколегированной стали / В.В. Мишакин [и др.] // Проблемы прочности и пластичности. – 2021. – Т. 83, № 3. – С. 255–264. DOI: 10.32326/1814-9146-2021-83-3-255-264
  • Анализ сравнительной достоверности акустических методов контроля пруткового проката из рессорно-пружинных сталей / В.В. Муравьев [и др.] // Дефектоскопия. – 2014. – № 8. – С. 3–12.
  • Акустический волноводный контроль линейно-протяженных объектов / О.В. Муравьева [и др.]. – Новосибирск: Издательство Сибирского отделения РАН, 2017. – 234 с.
  • Смирнов, А.Н. Эволюция структурно-фазового состояния теплоустойчивых сталей и акустический критерий работоспособности металла / А.Н. Смирнов // Сварка и диагностика. – 2007. – № 6. – С. 13–17.
  • Березин, А.В. Акустическая эмиссия и деструкция пластически деформированного металла / А.В. Березин, А.И. Козинкина, Л.М. Рыбакова // Дефектоскопия. – 2004. – № 3. – С. 9–14.
  • О чувствительности вихретокового контроля деталей железнодорожного подвижного состава / Г.. Дымкин [и др.] // Дефектоскопия. – 2019. – № 8. – С. 47–53. DOI: 10.1134/S0130308219080062
  • Acoustic guided wave techniques for detecting corrosion damage of electrical grounding rods / J. Zhao [et al.] // Measurement. – 2019. – Vol. 147. – P. 106858. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.106858
  • Нечаев, Ю.С. Актуальные проблемы старения, водородного охрупчивания и стресс-коррозионного поражения сталей и эффективные пути их решения / Ю.С. Нечаев // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. – 2007. – № 11(55). – P. 108–117.
  • Колачев, Б.А. Водородная хрупкость металлов / Б.А. Колачев. – М.: Наука, 1985. – 216 с.
  • Ткачев, В.И. Проблемы водородной деградации металлов / В.И. Ткачев // Физико-химическая механика материалов. – 2000. – Т. 36, № 4. – С. 7–14.
  • Водородная хрупкость как результат поверхностных явлений при деформации металлов / В.А. Полянский [и др.] // Физическая мезомеханика. – 2022. – Т. 25, № 3. – С. 27-37. DOI: 10.55652/1683-805X_2022_25_3_27
  • Связь механических характеристик стали 35Г2 с содержанием водорода и параметрами акустической эмиссии / Д.Л. Мерсон [и др.]// Заводская Лаборатория. Диагностика материалов. – 2008. – Т. 74, № 2. – С. 57–60.
  • Шашкова, Л.В. О методическом подходе к изучению кинетики водородного охрупчивания сталей / Л.В. Шашкова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2012. – № 5 (5). – С. 30–36.
  • Belyaev, A.K. Stresses in pipeline affected by hydrogen / A.K. Belyaev, V.A. Polyanskiy, Yu.A. Yakovlev // Acta Mechanica. – 2012. – Vol. 223, no. 3–4. – Р. 1611–1619. DOI: 10.1007/s00707-012-0670-8
  • Применение методов физической акустики для оценки водородного охрупчивания титанового сплава ПТ-7М / А.А. Хлыбов [и др.] // Материаловедение. – 2022. – № 7. – С. 7–14. DOI: 10.31044/1684-579X-2022-0-7-7-14
  • Бурнышев, И.Н. Об акустической эмиссии при наводороживании малоуглеродистой стали / И.Н. Бурнышев, К.А. Абрамов // Письма в Журнал технической физики. – 2009. – Т. 35, № 2. – С. 90–94.
  • Скальский, В.Р. Водородная деградация стали 12Х1МФ и ее оценка методом акустической эмиссии /В.Р. Скальский, Д.В. Рудавский, Т.В. Селивончик // Дефектоскопия. – 2009. – № 9. – С. 56–69.
  • Исследование стадийности процесса разрушения высокоуглеродистой стали, охрупченной водородом, с применением метода акустической эмиссии / Е.Д. Мерсон [и др.] // Деформация и разрушение материалов. – 2012. – № 9. – С. 41–48.
  • Characterization of hydrogen concentration in Zircaloy-4 using ultrasonic techniques / P.M. Gomes [et al.] // Journal of Nuclear Materials. – 2006. – Vol. 353. – P. 167–176. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2006.01.024
  • Experimental study of hydrogen embrittlement on AISI 304 stainless steels and Rayleigh wave characterization / Y. Chunjie [et al.] // Engineering Failure Analysis. – 2013. – Vol. 34. – P. 228–234. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.07.021
  • Assessment of hydrogen levels in Zircaloy-2 by nondestructive testing / P.K. Dea [et al.] // Journal of Nuclear Materials. – 1998. – Vol. 252. – P. 43–54. DOI: 10.1016/S0022-3115(97)00315-2
  • Водородное охрупчивание сталей. I. Анализ кинетики процесса по измерениям акустической эмиссии / В.Г. Ханжин [и др.] // Деформация и разрушение материалов. – 2011. – № 8. – С. 44–48.
  • Обзор исследований коррозионностойких сталей на основе Fe – ~13 % Cr: термическая обработка, коррозионная- и износостойкость / М.В. Костина [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2023. – T. 66, № 1. – C. 8–26. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-8-26
  • Изменение скорости ультразвука при пластической деформации высокохромистой стали / С.А. Баранникова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2016. – Т. 59, № 8. – С. 558–564. DOI: 10.17073/0368-0797-2016-8-558-564
  • О возможности оценки водородного охрупчивания высокохромистой стали ультразвуковым методом / С.А. Баранникова [и др.] // Деформация и разрушение материалов. – 2016. – № 1. – С. 41–45.
  • Зуев, Л.Б. От макро к микро. Масштабы пластической деформации / Л.Б. Зуев, С.А. Баранникова, А.Г. Лунев. – Новосибирск: Наука, 2018. – 132 c.
  • Баранникова, С.А. Исследование механических и акустических свойств деформируемых сплавов / С.А. Баранникова, М.В. Надежкин, П.В. Исхакова // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2023. – Т. 66, № 2. – С. 162–167. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-2-162-167
  • Петров, А.И. Анализ влияния предела текучести на коррозионное растрескивание под напряжением мартенситных и ферритных сталей в кислых средах / А.И. Петров, М.В. Разуваева // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92, № 10. – С. 1588–1594. DOI: 10.21883/JTF.2022.10.53251.154-22
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp