Исследование поврежденности образцов из стали 12Х18Н10Т при малоцикловой усталости методами неразрушающего контроля

Показана возможность определения степени поврежденности плоских образцов в области малоцикловой усталости на стадии накопления рассеянных повреждений до появления макроскопической трещины. Образцы изготавливали из аустенитной стали 12Х18Н10Т. Плоские образцы испытывали на консольный изгиб при комнатной температуре с постоянной амплитудой нагружения до появления усталостной трещины. В процессе испытаний контролировали скорость (время распространения) упругих волн в материале и коэрцитивную силу. Замеры проводили с интервалом в 500 циклов. Определяли величину упрочнения (по измерениям микротвердости) в пределах 15 мм от образовавшейся трещины, проводили анализ зоны развития поврежденности. Исследовали изображения микроструктур сплава в зоне наиболее вероятного распространения трещины — после разного числа циклов в одной и той же точке на поверхности образца. Результаты проведенных исследований показали, что возникающие при циклическом нагружении структурные изменения (образование мартенсита деформации), зарождение и развитие повреждений с последующим образованием усталостных трещин приводят к изменению упругих и магнитных свойств материала. Так, на начальных этапах нагружения наблюдали некоторое изменение начальных как акустических, так и магнитных характеристик материала, далее они стабилизировались либо слабо изменялись. При наработке более 80 % от числа циклов до разрушения происходило существенное изменение измеряемых параметров. Полученные зависимости акустических и магнитных характеристик материала дают достоверную информацию о текущей поврежденности и могут быть использованы в задачах оценки остаточного ресурса конструкций из стали 12Х18Н10Т.

1. Терентьев В. Ф. Усталость металлических материалов. — М.: Наука, 2003. — 248 с.

2. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. — М.: Металлургия, 1975. — 451 с.

3. Владимиров В. И. Физическая природа разрушения металлов. — М.: Металлургия, 1984. — 280 с.

4. Горицкий В. М. Диагностика металлов. — М.: Металлургиздат, 2004. — 408 с.

5. Митенков Ф. М., Кайдалов В. Б., Коротких Ю. Г., Панов В. А., Пичков С. Н. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок. — М.: Машиностроение, 2007. С. 445.

6. Судаков А. В. Ресурс энергооборудования при пульсациях температур / Надежность и безопасность энергетики. 2008. № 9. С. 10 – 18.

7. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / Под ред. В. В. Клюева. Изд. 3-е, испр. и доп. — М.: Машиностроение, 2005. — 656 с.

8. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. — Новосибирск: Наука, 1996. — 183 с.

9. Хлыбов А. А., Васильев В. Г., Углов А. Л. Определение физико-механических характеристик образцов, подвергаемых радиационному облучению / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 12. С. 46 – 49.

10. Khlybov A. A., Ryabov D. A. Assessment of Residual Stresses in Specimens of Ferritic-Pearlitic Steel with Austenitic Cladding / Metal Science and Heat Treatment. 2019. Vol. 61. Issue 1 – 2. P. 114 – 119. DOI: 10.1007/s11041-019-00385-3

11. Шермергор Т. Д. Теория упругости микронеоднородных сред. — М.: Наука, 1977. — 399 с.

12. Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. — СПб.: Политехника, 1993. — 389 с.

13. Паршин А. М. Структура и пластичность нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в судостроении. — Л.: Судостроение, 1972. — 288 с.

14. Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. — М.: Металлургия, 1967. — 798 с.

15. Салганик Р. Л. Механика тел с большим числом трещин / Механика твердого тела. 1973. № 4. С. 149 – 158.

16. Углов А. Л., Ерофеев В. И., Смирнов А. Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации / Отв. редактор академик РАН Ф. М. Митенков. — М.: Наука, 2009. — 280 с.

17. Uglov A. L., Khlybov A. A., Pichkov S. N., Shishulin D. N. An acoustic method for estimating the thermal-pulsation-induced damage in austenitic steel / Russ. J. Nondestr. Testing. 2016. Vol. 52. N 2. P. 53 – 59. DOI: 10.1134/S106183091602008X