Экспериментальное исследование микродеформации конструкционной стали при моделировании эксплуатационных условий

Диагностику несущей способности машин и конструкций, служебных свойств конструкционных материалов проводят разрушающими и неразрушающими методами. В системе неразрушающих методов исследования служебных свойств материалов и изделий особое место занимают радиационные способы, обладающие инструментальными возможностями диагностирования и контроля изменений сплошности твердого тела на разных структурных уровнях. Методом рентгеновской дифрактометрии установлена стабильность напряженно-деформированного состояния образцов конструкционной стали, подвергнутых действию длительных (более 5 лет) статических нагрузок, не превышающих предела текучести материала. Цель данной работы — экспериментальное определение влияния упругих напряжений, постоянно действующих в течение длительного времени, и климатического фактора на изменение полуширины профиля дифракционной линии. Установлено, что прямолинейная зависимость полуширины профиля дифракционной линии сохраняется в диапазоне упругих напряжений, не превышающих 0,5σ_т. Представлены результаты изменения микроструктурного состояния (микродеформаций), полученные по характеристикам профиля дифракционных линий. Экспериментально установлено, что длительное действие малых упругих напряжений при периодическом годовом колебании температур (2013 – 2018 гг.) существенно не изменяет характеристики профиля дифракционных линий образцов конструкционной стали 08пс. Напротив, низкие климатические температуры способствовали устранению отдельных инструментальных погрешностей, обусловленных конструктивными условиями эксперимента. Резкое изменение значений истинной полуширины профиля дифракционных линий при напряжениях σ > 0,5σ_т указывает, возможно, на минимальный предел запаса прочности конструкционной стали 08пс при установлении величины допускаемого напряжения (σ). Обнаруженные новые закономерности изменений микропластической деформации в конструкционных сталях в диапазоне упругих напряжений, соответствующих реальным эксплуатационным нагрузкам, требуют дальнейшего изучения и анализа.

1. Арабей А. Б. Развитие технических требований к металлу труб магистральных газопроводов / Изв. вузов. Черная металлургия. 2010. № 7. С. 3 – 10.

2. Воробьёв Ю. Л., Акимов В. А., Соколов Ю. И. Системные аварии и катастрофы в техносфере России. — М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, 2012. — 308 с.

3. Кушнаренко В. М., Чирков Ю. А., Материнко К. Н., Лукашов А. В., Щепинов Д. Н. Методы прогнозирования остаточного ресурса опасных производственных объектов / Машиностроение и машиноведение. Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. № 7. С. 177 – 123.

4. Бондарева Н. Н. Опыт и перспективы освоения Арктики промышленно развитыми странами: сб. науч. тр. «Стратегические приоритеты развития Российской Арктики» / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. — М.: Наука, 2014. С. 154 – 179.

5. Костюченко С. Л. Стратегия освоения минеральных ресурсов Российской Арктики / Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2017. № 1. С. 3 – 12.

6. Москвичев В. В. Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений. — Новосибирск: Наука, 2002. — 106 с.

7. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты, Управление ресурсом эксплуатации высокорисковых объектов / Под общ. ред. Н. А. Махутова. — М.: МГОФ «Знание», 2015. — 600 с.

8. Доронин С. В. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. — Новосибирск: Наука, 2005. — 250 с.

9. Алешин Н. П. Оценка остаточного ресурса сварных конструкций / Сварка и диагностика. 2007. № 2. С. 4 – 10.

10. Клюев В. В., Артемьев Б. В., Матвеев В. И. Состояние и развитие методов технической диагностики / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Том 81. № 4. С. 73 – 78.

11. Алешин Н. П. Возможности методов неразрушающего контроля при оценке напряженно-деформированного состояния нагруженных металлоконструкций / Сварка и Диагностика. 2011. № 6. С. 44 – 47.

12. Gulyaev V. P., Petrov P. P., Stepanova K. V. Diagnostics of critical states of constructions operated under low temperature conditions / Polar Mechanics 2018, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 193. 012015. DOI: 10.1088/1755-1315/193/1/012015.

13. Гуляев В. П., Сибиряков М. М., Петров П. П., Степанова К. В. Влияние формы включений графита в чугунах на искажения кристаллической решетки и трещиностойкость при моделировании эксплуатационных нагрузок на рабочие органы горных машин, работающих в условиях естественных низких температур / Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2018. Т. 24. № 2. С. 58 – 65.

14. Барахтин Б. К., Лебедев М. П., Петров П. П., Макаров В. В. Оптимизация внутреннего строения материалов для работы в экстремальных условиях. — М.: Академия, 2000. — 156 с.

15. Бокучава Г. Д., Папушкин И. В., Сумин В. В., Балагуров А. М., Шептяков Д. В. Изучение микродеформации в дисперсионно-упрочненных сталях / Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 1. С. 165 – 169.

16. Конева Н. А., Киселева С. Ф., Попова Н. А., Козлов Э. В. Распределение избыточной плотности дислокаций при деформации аустенитной стали / Изв. РАН. Серия физическая. 2015. Т. 79. № 9. С. 1311 – 1313.

17. Киле Е. О., Корчевский В. В., Сюй А. В. Влияние инструментальных погрешностей рентгеновского дифрактометра на ширину дифракционной линии / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. № 4. С. 7 – 10.

18. Перевалова О. Б., Панин А. В. Влияние пластической деформации на микроискажения и среднеквадратичные смещения атомов в твердом растворе α-фазы малоуглеродистой ферритно-мартенситной стали / Известия РАН. Сер. физическая. 2012. Т. 76. № 10. С. 1257 – 1261.

19. Балагуров А. М., Благов А. Е., Занавескина И. С., Ковальчук М. В., Писаревский Ю. В., Таргонский А. В. Изучение дефектной структуры кристаллических материалов на основе нейтронной и рентгеноакустической дифрактометрии. Разработка рентгеноакустического метода изучения динамики механической деформации кристаллов «in situ» / Вестник РФФИ. 2015. Т. 86. № 2. С. 85 – 89.