Применение метода ультразвукового контроля для оценки трещиностойкости низкоуглеродистой мартенситной стали 07Х3ГНМЮА

Цель работы - исследование влияния структурного состояния после термической обработки стали 07Х3ГНМЮА на значения критического коэффициента интенсивности напряжений K_1c, полученного при температуре –50 °C, и на скорость распространения ультразвуковых волн, а также установление между ними корреляционной связи для оперативной оценки трещиностойкости с использованием акустических характеристик. Механические характеристики материала и критический коэффициент интенсивности напряжений K_1c получены на испытательной машине Inspekt 100 table. При определении K_1c применяли метод касательных, в эксперименте использовали по 3 образца на одно значение K_1c и реализовывали схему трехточечного изгиба при рабочей температуре T = –50 °C. Акустические параметры измеряли эхо-импульсным методом. Результаты работы показали возможность неразрушающей количественной оценки значений критического коэффициента интенсивности напряжений, основанную на ультразвуковом сканировании термоупрочненных образцов из стали 07Х3ГНМЮА. Получены новые представляющие научный интерес данные по механическим свойствам стали 07Х3ГНМЮА, а также корреляционная зависимость между скоростью прохождения продольных упругих волн и значениями критического коэффициента интенсивности напряжений конструкций. Отклонение расчетных значений K_1c, найденных по результатам акустических измерений, от экспериментальных данных не превысило 10 %. Предложенная модель, объясняющая изменение акустических характеристик стали 07Х3ГНМЮА на основе фазовых изменений, протекающих в структуре во время отпуска, позволит проводить подобные исследования для других режимов термической обработки и других марок сталей. Использование данного метода существенно снижает затраты времени и труда на определение механических характеристик изделий из стали 07Х3ГНМЮА, поскольку не требует изготовления образцов и проведения испытаний. Разработанная методика может быть предложена для внедрения в производство как основная или дополнительная для оценки механических параметров материала после различных режимов термической обработки.

1. Воробьев Р. А., Евстифеева В. В., Дубинский В. Н. Влияние процессов самоотпуска и отпуска на механические характеристики и характер разрушения закаленной на воздухе низкоуглеродистой мартенситной стали / Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. № 10. С. 1 – 6. DOI: 10.1134/S0015323019100139.

2. Березин С. К., Шацов А. А., Теренина О. С. Формирование структуры и свойств низкоуглеродистого мартенсита при закалке / Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т. 20. № 2. С. 144 – 159. DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-144-159.

3. Воробьев Р. А., Дубинский В. Н., Евстифеева В. В. Оценка трещиностойкости среднеуглеродистой хромникельмодибденовой стали на основе комплексного исследования изломов, микроструктуры и физико-механических свойств / Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 10. С. 1065 – 1071.

4. Бутусова Е. Н., Мишакин В. В. Исследование коррозионнго растрескивания под напряжением малоуглеродистых низколегированных сталей вихревым методом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 3. С. 52 – 58. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-3-52-58.

5. Ботаки А. А., Ульянов В. Л., Шарко А. В. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. — М.: Машиностроение, 1983. — 79 с.

6. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. — М.: Мир, 1972. — 308 с.

7. Утевский Л. М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. — М.: Металлургия, 1973. — 584 с.

8. Березин С. К., Шацов А. А., Быкова П. О., Лиринин Д. М. Мартенситное превращение в низкоуглеродистых сталях / Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 8(746). С. 8 – 14.

9. Клейнер Л. М., Шацов А. А. Конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситного класса: учеб. пособие. — Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. — 303 с.

10. Стародубов К. Ф. Процессы, происходящие при отпуске. — М.: Профиздат, 1960. — 32 с.

11. Курдюмов Г. В. Явления закалки и отпуска стали. — М.: Металлургиздат, 1960. — 64 с.

12. Гуляев А. П. Металловедение. — М.: Книга по требованию, 2013. — 542 с.

13. Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1979. — 496 с.

14. Воробьев Р. А., Дубинский В. Н., Евстифеева В. В., Литовченко В. Н., Мишакин В. В. Применение ультразвуковой диагностики для оценки трещиностойкости стали 38ХН3МФА / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 2. С. 64 – 68. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-2-64-69.

15. Евстифеева В. В., Мишакин В. В. Ультразвуковой контроль ударной вязкости стали 38ХГ3МФА-Ш после термической обработки / Научно-практические исследования. 2019. № 3.1(18). С. 16 – 19.