Выявление дефектов структуры и их влияние на характеристики магнитной памяти, статическую и циклическую прочность тонколистовой трип-стали ВНС9-Ш

Выявление дефектов микроструктуры, являющихся источниками концентрации напряжений (КН) в процессе эксплуатации изделий машиностроения — важная научно-практическая задача, актуальная для производственных предприятий и эксплуатирующих организаций. Для ответственных деталей вертолетной техники, изготовленных из листовой трип-стали ВНС9-Ш (23Х15Н5АМ3-Ш) и работающих в условиях циклических нагрузок, эта задача особенно актуальна и трудна из-за сложной микроструктуры этой стали и малой толщины лент и листов. В целях оценки влияния дефектов структуры на циклическую прочность изделий, изготавливаемых из тонколистовой стали ВНС9-Ш, проведены испытания предварительно подготовленных образцов. Их сортировали на основе результатов контроля методом магнитной памяти металла (МПМ) и металлографических исследований. Метод МПМ — структурно-чувствительный метод исследования, позволяющий получать информацию о наличии дефектов структуры, возникающих в процессе изготовления изделий. В результате контроля методом МПМ на поверхности листов, вырезанных из новых лент пяти разных партий, выявлены магнитные аномалии в виде резкого локального изменения собственного магнитного поля рассеяния (СМПР) (H) и его градиента |ΔH| по длине контролируемого участка Δx. Выполнена условная классификация выявленных аномалий по величине градиента магнитного поля. В зонах магнитных аномалий и вне их из листов вырезали образцы двух типов: 1 — для статистических и циклических испытаний; 2 — для металлографических исследований. Геометрические параметры и значения градиента поля магнитных аномалий на образцах типа 1 и типа 2 были одинаковыми. Металлографическими исследованиями в зонах максимальных значений градиента магнитного поля на образцах типа 2 выявлены дефекты в виде полосы на границе разных структур, являющейся структурным концентратором напряжений (СКН), — источником неоднородности и изменения магнитных свойств. Затем были отобраны образцы типа 1 с аналогичными магнитными аномалиями, а также без магнитных аномалий для статических и циклических испытаний. Проведены сравнительные испытания образцов с указанными СКН и образцов без СКН на статическую и циклическую прочность. Показано, что наличие в образцах зон СКН практически не влияет на статическую прочность, однако уменьшает число циклов до разрушения при циклических испытаниях на один-два порядка по сравнению с образцами без СКН. На основе циклических испытаний образцов на растяжение установлено предельное значение градиента магнитного поля, соответствующее допустимому уровню концентрации напряжений на дефектах структуры. Это значение рекомендовано для применения в качестве браковочного критерия при контроле новой ленты методом МПМ.

1. Терентьев В. Ф., Слизов А. К., Просвирнин Д. В., Сиротинкин В. П., Ашмарин А. А. Влияние скорости деформирования растяжением на механические свойства и фазовый состав трип-стали ВНС 9-Ш / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 10. С. 40 – 43.

2. Терентьев В. Ф., Слизов А. К., Просвирнин Д. В. Оценка оптимального количества мартенсита деформации для тонколистовой аустенитно-мартенситной трип-стали ответственного назначения / Деформация и разрушение материалов. 2017. № 3. С. 33 – 37.

3. Матюнин В. М., Терентьев В. Ф., Марченков А. Ю., Слизов А. К. Методика определения твердости и других механических свойств тонколистовой трип-стали индентированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 49 – 53.

4. Wadley H. N. G., Mehrabian R. Acoustic emission for materials processing: a review / Materials Science and Engineering. 1984. Vol. 65. N 2. P. 245 – 263. DOI: 10.1016/0025-5416(84)90086-7

5. Tilak J. V., Sudha J., Padmanabhan K. A., Frolova A. V., Stolyarov V. V. Influence of strain rate and strain at temperature on TRIP effect in a metastable austenitic stainless steel / Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 777. N 2. 139046. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139046

6. Ефимов А. Г. Электромагнитные и магнитные методы неразрушающего контроля для контроля накопления поврежденности в конструкционных сталях и сплавах (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 8. С. 49 – 57. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57

7. Тютин М. Р., Ботвина Л. Р., Левин В. П., Ефимов А. Г., Кузелев Н. Р. Исследование механических свойств конструкционных сталей акустическими и магнитными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 44 – 48.

8. Загидулин Р. В., Загудулин Т. Р., Осипов К. О. Исследование влияния структуры и элементного состава сплава на результаты магнитного контроля напряжённого состояния металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 7. С. 55 – 61. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-55-61

9. Махутов Н. А., Дубов А. А., Денисов А. С. Исследование статических и циклических деформаций с использованием метода магнитной памяти металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 3. С. 42 – 47.

10. Dubov A. A., Ladanyi P., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Experimental substantiation of diagnostic parameters used in metal magnetic memory method / Insight. 2022. Vol. 64. N 2. P. 79 – 83. DOI: 10.1784/insi.2022.64.2.79

11. Ботвина Л. Р., Дубов А. А., Семашко Н. А., Привалов В. Ю., Цепелев А. Б. О взаимосвязи магнитных, акустических и механических характеристик, оцененных в процессе растяжения стальных образцов / Технология металлов. 2017. № 9. С. 21 – 25.

12. Dubov A. A., Dubov Al. A., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Study of the structure and mechanical properties of engineering products made of austenitic-martensitic steel, using the metal magnetic memory technique / Welding in the World. 2020. Vol. 64. N 11. P. 1887 – 1895. DOI: 10.1007/s40194-020-00968-2

13. Горицкий В. М., Дубов А. А., Демин Е. А. Исследование структурной повреждаемости стальных образцов с использованием метода магнитной памяти металла / Контроль. Диагностика. 2000. № 7. С. 23 – 27.

14. Терентьев В. Ф., Алексеева Л. Е., Кораблева С. А., Просвирнин Д. В., Панкова М. Н., Филиппов Г. А. Статическая и усталостная прочность трип-стали системы C – Ni – Cr / Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2012. № 1. С. 8 – 14.

15. Терентьев В. Ф., Алексеева Л. Е., Кораблева С. А., Просвирнин Д. В., Панкова М. Н., Филиппов Г. А. Циклическая выносливость высокопрочной коррозионно-стойкой тонколистовой трип-стали / Деформация и разрушение материалов. 2013. № 3. С. 22 – 27.

16. Дубов А. А., Дубов Ал. А., Колокольников С. М. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. — М.: Спектр, 2012. — 395 с.

17. Плотников В. А., Пачин И. М., Грязнов А. С. Акустическая эмиссия и релаксационные процессы при термоупругих мартенситных превращениях / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2006. № 1. С. 41 – 48.

18. Чащина В. Г., Кащенко М. П. Экспериментальные основания динамической теории мартенситных превращений. — Екатеринбург: УрФУ, 2020. — 46 с.

19. Алексеева Л. Е., Баев А. С., Буржанов А. А., Михеев С. В., Филиппов Г. А. Механизм усталостного разрушения трип-стали при воздействии циклических нагрузок / Деформация и разрушение материалов. 2009. № 12. С. 25 – 26.