Разработка методов оценки поврежденности при усталостном разрушении метастабильных аустенитных сталей с учетом фазовых превращений и накопления микроповреждений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сергеева Ольга Александровна

• Сергеева Ольга Александровна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Сергеева Ольга Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И ЦИКЛИЧЕСКОМ

ДЕФОРМИРОВАНИИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

1.1 Особенности статического и усталостного разрушения

1.1.1 Разрушение при статическом нагружении

1.1.2. Разрушение при циклическом деформировании

1.2. Накопление поврежденности при усталости

1.3. Структурные изменения в аустенитных метастабильных сталях при пластическом и упругопластическом деформировании

1.4. Влияние структурных изменений при усталости метастабильных сталей на акустические и упругие характеристики материала

1.4.1. Влияние дислокационной структуры на скорости упругих волн

1.4.2. Влияние поврежденности на упругие модули

1.4.3. Связь упругих модулей и скоростей ультразвуковых волн

1.4.4. Связь характеристик кристаллографической текстуры и скоростей упругих волн

1.4.5. Влияние мартенситного превращения на упругие свойства

1.5. Методы неразрушающего контроля состояния аустенитных сталей

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Программа исследований

2.2. Исследуемые материалы

2.3. Образцы для испытания на усталость

2.4. Методика проведения испытаний на усталость

2.5. Методика проведения металлографических исследований

2.6. Методика проведения акустических исследований

2.7. Методика проведения вихретоковых исследований

2.8. Методика проведения гидростатического взвешивания

2.9. Методика проведения фрактографических исследований

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Результаты металлографических исследований

3.2. Результаты вихретоковых измерений

3.3. Результаты акустических измерений

3.4. Изменение модулей упругости и коэффициента Пуассона при циклическом деформировании

3.5. Упрочнение и плотность энергии при циклическом деформировании

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПО ДАННЫМ АКУСТИЧЕСКИХ И ВИХРЕТОКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Оценка микроповрежденности с учетом стадийности образования мартенсита деформации при усталости аустенитных сталей

4.2. Определение модулей упругости с учётом структурных изменений в метастабильных аустенитных сталях

4.3. Связь характеристик циклического деформирования с модулями упругости

4.4. Оценка поврежденности и накопленной пластической деформации

4.5. Алгоритм определения модулей упругости, поврежденности и остаточного ресурса

до разрушения метастабильных аустенитных сталей

Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ

5.1. Определение упругих характеристик и оценка поврежденности материала регенератора блока разделения воздуха по данным акустических и вихретоковых измерений

5.2. Оценка поврежденности и остаточного ресурса материала на примере силового конструкционного элемента

5.3. Исследование поврежденности элемента конструкции направляющего подшипника гидроагрегата (сухаря)

5.4. Экологический и экономический эффект

Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Алгоритм оценки поврежденности и остаточного ресурса МАС, содержащих фазу метастабильного аустенита, по данным методов акустического и

вихретокового контроля

Приложение Б. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

Приложение В. Акт о реализации научных положений и выводов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов оценки поврежденности при усталостном разрушении метастабильных аустенитных сталей с учетом фазовых превращений и накопления микроповреждений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Аустенитные нержавеющие стали широко используются для изготовления частей, деталей или корпусов промышленного оборудования в нефтяной, газовой, ракетно-космической, атомной и других отраслях промышленности. Несмотря на большое количество научных работ, посвященных изучению свойств метастабильных аустенитных сталей (далее МАС), исследования влияния усталости на их структурное состояние и механические характеристики интенсивно продолжаются. Известно, что одним из самых опасных видов разрушения материалов конструкций является усталостное. Действие повторно-переменных напряжений и деформаций вызывает процесс накопления рассеянных микроповреждений. Кроме того, деформирование МАС с низкой энергией дефектов упаковки (далее ЭДУ) индуцирует деформационно-мартенситное превращение, которое в свою очередь влияет на скорость накопления микроповреждений. Эти факторы существенным образом определяют процесс образования макротрещин и, в конечном счёте, окончательное разрушение материала. Необходимо учитывать, что при циклическом деформировании МАС активно происходит изменение кристаллографической текстуры, что приводит к изменению анизотропии упругих свойств, что является одним из индикаторов необратимых структурных изменений.

Фазовые превращения и накопление микродефектов ведут к изменению физических характеристик материала, в том числе упругих модулей и, соответственно, акустических параметров, что делает перспективным применение методов ультразвукового контроля при оценке состояния МАС. Взаимосвязанные процессы образования мартенсита деформации, кристаллы которого являются концентраторами напряжений, и накопления микроповреждений влияют и на характеристики усталости, которые наравне с модулями упругости используются для оценки прочности конструкций.

Частичное превращение аустенита (парамагнетика) в а'-мартенсит деформации (ферромагнетик) при деформировании МАС ведет к заметным изменениям магнитных свойств (на порядок и более). Вследствие этого представляет интерес применения вихретокового (электромагнитного) контроля для оценки содержания фазы мартенсита деформации. Совместное использование акустического и вихретокового видов контроля позволит более полно оценить состояние материала.

Разработка методов, позволяющих определять степень поврежденности материала с учётом содержания фазы мартенсита деформации, является актуальной задачей.

Степень разработанности. Одним из основоположников в вопросах изучения усталостного разрушения материалов является немецкий ученый А. Велер. Подробно разрушение при усталости, его виды и особенности рассмотрены в работах С.В. Серенсена, В.С. Ивановой, В.Ф. Терентьева, А.П. Гусенкова, Г.В. Пачурина, А.А. Богатова, Дж. Коллинза и др. Механизмы зарождения трещин описаны в работах С. Зиннера, А. Стро, Дж.Р. Райса, В.И. Бетехтина, В.И. Владимирова, В.Н. Петрова, В.З. Партона, и др. Влияние микропор и микротрещин на модули упругости рассмотрено в трудах Л.М. Качанова, И. Севастьянова, Р.Л. Салганика, А.С. Вавакина и др.

Исследования на тему образования мартенсита деформации и изменение магнитных свойств в МАС при их деформировании рассмотрены в работах U. Krupp, М.И. Гольдштейна, Б.М. Бронфина, М.Б. Ригманта, В.А. Бубнова, И.Ю. Литовченко, J. Talonen, G.B. Olson и др.

Исследование разрушения МАС при помощи методов акустического контроля проводилось в работах В.В. Мишакина, А.А. Хлыбова, А.Л. Углова, Л.Б. Зуева и др.

На сегодняшний день существует сильно ограниченное количество работ, посвященных теоретическому и экспериментальному изучению влияния основных процессов - фазовых изменений и накопления

микроповреждений при усталости, на такие важные параметры материала, как модули упругости и усталостные характеристики.

Задача проведения исследований влияния мартенситного превращения и интенсивности накопления поврежденности на изменение модулей упругости, а также разработка методов оценки ресурсных характеристик без разрушения материала конструкций на базе акустических и вихретоковых измерений в настоящее время имеет большое значение.

Целью диссертационной работы является исследование влияния циклического деформирования на упругие характеристики метастабильных аустенитных сталей и разработка алгоритма оценки поврежденности и остаточного ресурса при усталости по данным акустических и вихретоковых исследований.

Задачи, решение которых необходимо для реализации поставленной цели:

1. Проведение информационно-аналитического обзора влияния структурных изменений на упругие характеристики и прочностные свойства метастабильных аустенитных сталей при силовом воздействии.

2. Проведение экспериментальных исследований влияния амплитуды деформации цикла в области малоцикловой усталости метастабильных аустенитных сталей на кинетику изменения содержания мартенсита деформации, измеряемого вихретоковым методом, и на ультразвуковые и упругие характеристики, определяемые методом акустического контроля.

3. Выявление связей изменения модулей упругости с циклическим упрочнением и плотностью энергии в цикле.

4. Разработка метода оценки микроповрежденности с учетом кинетики образования мартенсита деформации и его влиянием на упругие модули материала.

5. Проведение анализа влияния образования мартенсита деформации и накопления микроповрежденности на модули упругости при циклическом деформировании.

6. Разработка метода оценки поврежденности и остаточного ресурса до образования макротрещины МАС на основе определения параметра акустической анизотропии и коэффициента Пуассона.

7. Создание алгоритма определения модулей упругости и оценки ресурсных характеристик МАС на основе разработанных методов.

8. Апробирование разработанного алгоритма на элементах конструкций и образцах, изготовленных из фрагментов конструкций. Оценка ожидаемого экономического эффекта от внедрения разработанных методов в производственный цикл предприятия.

Объект исследования - хромоникелевые стали аустенитного класса, содержащие метастабильный аустенит, подвергающиеся циклическому деформированию.

Предмет исследования - влияние мартенситного превращения и накопления поврежденности на акустические, упругие и ресурсные характеристики метастабильных аустенитных сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т при циклическом деформировании.

Научная новизна диссертационной работы

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан метод оценки микроповрежденности метастабильных аустенитных сталей с учетом стадийности образования мартенсита деформации и связанного с ним процесса накопления микроповреждений.

2. Получены выражения для расчета модулей упругости при наличии фазовых изменений и накопления микроповрежденности при циклическом деформировании метастабильных аустенитных сталей.

3. Получены связи относительной плотности энергии и упрочнения с изменением модуля сдвига и модуля Юнга при циклическом деформировании метастабильных аустенитных сталей.

4. Выявлены корреляционные связи между поврежденностью, определенной по правилу линейному суммирования повреждений

Пальмгрена-Майера, остаточным ресурсом до появления макротрещины и изменением параметра акустической анизотропии, коэффициента Пуассона при циклическом деформировании метастабильных аустенитных сталей.

Теоретическая значимость заключается в выявлении закономерности влияния изменения фазового состава и накопления микроповрежденности при усталости метастабильных аустенитных сталей на их упругие и акустические характеристики, создание на основе выявленных закономерностей метода оценки микроповрежденности.

Практическая значимость. Экспериментальное определение степени поврежденности с учётом фазовых превращений на базе акустических и вихретоковых измерений при усталости метастабильных аустенитных сталей позволяет оценивать относительное количество циклов нагружения и остаточный ресурс до появления макротрещины.

Методология и методы исследований. Металлографические исследования проводились на металлографическом комплексе «Альтами-Мет 3М», фрактографические - на сканирующем электронном микроскопе «VEGA II LSU» (Tescan). Химический состав был определен методом эмиссионного спектрального анализа при помощи настольного спектрометра «МСА II V5». Универсальная сервогидравлическая испытательная машина BiSS Nano UT-01-0025 с максимальным усилием 25 кН была использована для проведений механических испытаний на усталость. Акустические исследования были проведены с использованием специальной установки, которая включает в себя ультразвуковой дефектоскоп А1212 МАСТЕР, пьезоэлектрические преобразователи V156 и V110 производства Olympus, цифровой осциллограф ЛА-н1ШВ, персональный компьютер с установленной программным обеспечением. Вихретоковые измерения были проведены с использованием многофункционального вихретокового прибора «МВП-2М», предназначенного для определения ферритной фазы в хромоникелевых сталях аустенитного класса. Гидростатическое взвешивание

проводилось на аналитических весах АВ60-01. Измерения проводились при комнатной температуре.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты теоретического и экспериментального исследований влияния усталости на механические, упругие и акустические характеристики метастабильных аустенитных сталей.

2. Метод оценки микроповрежденности метастабильных аустенитных сталей с учетом стадийности образования мартенсита и связанного с ним процесса накопления микроповреждений.

3.Метод оценки поврежденности и ресурсных характеристик метастабильных аустенитных сталей посредством определения параметра акустической анизотропии и коэффициента Пуассона и их изменений при усталости.

4. Алгоритм определения модулей упругости, оценки поврежденности и остаточного ресурса до разрушения метастабильных аустенитных сталей на основе разработанных методов.

5. Результаты апробирования разработанного алгоритма определения модулей упругости, оценки поврежденности и остаточного ресурса на силовых элементах конструкции.

Содержание диссертации соответствует формуле и пунктам 2. «Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях, включая технологические воздействия, и влияние сварочного цикла на металл зоны термического влияния, их моделирование и прогнозирование», 3. «Теоретические и экспериментальные исследования влияния разнородных структур, в том числе кооперативного, на физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование» и 4. «Теоретические и экспериментальные исследования термических, термоупругих, термопластических, термохимических, термомагнитных,

радиационных, акустических и других воздействий на изменение структуры и свойств металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование» паспорта специальности 2.6.1 - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов».

Степень достоверности. Экспериментальные исследования выполнены на современном сертифицированном и поверенном оборудовании. Относительная погрешность измерений вихретоковым прибором не превышала 5%. Погрешность измерения плотности материала составляла 5 кг/м3. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с применением программы для работы с электронными таблицами MS Office Excel. Максимальная погрешность определения скорости продольных волн составляет 5 м/с, поперечных - 2 м/c, модуля сдвига - ±0,10 ГПа, модуля Юнга - ±0,46 ГПа, модуля объемного сжатия - ±0,60 ГПа, коэффициента Пуассона и параметра акустической анизотропии - 5 10-4. Достоверность результатов обеспечивается использованием современных методов исследований как самостоятельно, так и в их сочетании. Полученные экспериментальные данные подтверждены результатами апробирования на элементах промышленного оборудования и силовых конструкций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XVIII Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск - Шерегеш, 2024 г.), Шестой научно-технической конференции с международным участием «Ядерные технологии: от исследований к внедрению - 2024», посвященной 100-летию академика Ф.М. Митенкова (г. Нижний Новгород, 2024 г.)

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовала в определении целей и задач диссертационной работы, планировании и проведении экспериментов, обработке и анализе результатов экспериментов и исследований, создании алгоритма определения модулей упругости и оценки ресурсных характеристик метастабильных аустенитных сталей под

руководством научного руководителя и при непосредственном участии соавторов публикаций.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах в журналах и сборниках трудов российских научно-технических конференций, 8 из которых - статьи в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий ВАК РФ и индексируемых международными реферативными базами данных Web of Science и SCOPUS. По результатам работы получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024689921 РФ.

Объем и структура. Текст диссертации состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 136 наименований, а также 3 приложений. Всего 150 страниц, в том числе 105 рисунков и 7 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность заведующему лабораторией, кандидату технических наук А.В. Гончару, старшим научным сотрудникам кандидату технических наук В.А. Клюшникову и кандидату технических наук К.В. Курашкину за помощь и содействие, оказанные при определении направлений исследований, ценные теоретические и методические советы, а также за помощь в проведении экспериментов по теме диссертационной работы.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И ЦИКЛИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА

СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

1.1 Особенности статического и усталостного разрушения

Поведение материалов при усталости имеет свои характерные особенности, отличные от статического нагружения. В то же время в них наблюдаются общие черты, особенно в области малоцикловой уталости, где действующие напряжения близки к нагрузкам, соответствующим повторно-статическому нагружению. Исходя из этого, рассмотрим разрушение металлических сплавов, как с точки зрения статического разрушения, так и разрушения при воздействии циклических нагрузок.

1.1.1 Разрушение при статическом нагружении

Как правило, разрушение является следствием произведенной деформации в упругопластической пластической области [1]. При хрупком разрушении величина пластической деформации составляет менее 1-2% [2], при вязком она гораздо больше.

Микромеханизм вязкого разрушения металлов обусловлен образованием микропор около частиц второй фазы или включений, их дальнейшим ростом с последующей локализацией микропластических деформаций в перемычках между порами. На поверхности разрушения присутствуют ямочные образования, которые появились вследствие микропластической деформации и разрыва перемычек между микропорами.

Хрупкое разрушение происходит при транскристаллитном сколе. В поликристаллических металлах скол осуществляется возникновением в определенном семействе кристаллографических плоскостей зерен множества микротрещин, их распространением и последующим объединением. В результате чего на поверхности разрушения возникают ступеньки скола, которые сливаются и образуют характерный «речной» рельеф.

Известны несколько моделей образования микротрещин, связанных с движением, торможением дислокаций на барьерах различного рода или

созданием полей напряжений вблизи барьеров, способствующих появлению микротрещин [3].

Модель Зинера-Стро описывает образование микротрещины путем слияния дислокаций. Путём вхождения дислокации обратного знака в дислокационную микротрещину и ее затупления микротрещина преобразуется в микропору (рисунок 1.1.1А). Это существенно уменьшает концентрацию напряжений в ядре клиновидной дислокационной трещины или сверхдислокации.

Рисунок 1.1.1 - Модели образования микротрещин

А - Модель Зинера-Стро. Образование дислокацонной трещины (а), её затупление при превращении в пору (б);

Б - Модель Коттрелла. Схема зарождения трещины в ОЦКметаллах; В - Схема зарождения трещины у вершины дислокационного скопления; Г - Возникновение трещины при перерезании малоугловой границы: а - до деформации, б - зарождение трещины.

Модель Коттрелла используется для описания механизма образования трещин в металлах с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой

(рисунок 1.1.1Б). В данной модели не требуется наличия в исходном состоянии готовых барьеров для дислокаций.

Модель заторможенного сдвига предполагает блокировку дислокаций барьером. Предполагается, что на плоскости, составляющей 70° с плоскостью скольжения (рисунок 1.1.1В) растягивающие напряжения максимальны. После достижения в скоплении количества дислокаций до нескольких сотен нормальные напряжения начинают превышать прочность материала на отрыв (теоретическое значение), что приводит к появлению трещины

Модель образования трещины у субграницы: в металлах с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой возможно возникновение трещины в результате перерезания малоугловой границы в процессе сдвига (рисунок 1.1.1Г).

Клиновидные трещины возникают в местах стыка нескольких зерен, могут расти непрерывно по мере смещения одних зерен относительно других (рисунок 1.1.2), распространяются вдоль границ зерен, ориентированных перпендикулярно к приложенному напряжению. Таким образом, для роста клиновидных трещин, расположенных у стыка трех зерен, не требуется вакансий. Микрополости, зарождающиеся вдоль границ, достигнув определенных размеров, могут расти за счет собирания вакансий. Такая точка зрения была развита Крюссаром и Фриделем применительно к продольным трещинам [4].

Рисунок 1.1.2 - Схемы образования трещины «клиновидного» типа при межзеренном скольжении (Стрелками показаны направления скольжения)

Образование пор характерно для многих металлов в местах образования ступенек, возникающих в результате развития сдвига в теле зерен. Джифкинс высказал предположение, что, если существует порог (ступенька) на границе зерна (образованный при пересечении границ зерен полосой скольжения, рисунок 1.1.3), который может сохраняться в процессе межзеренного скольжения, то поперек порога могут возникать большие нормальные напряжения, способные вызывать образование полости, которая будет расширяться при дальнейшем скольжении. Такая конфигурация у границы зерен может уничтожиться при миграции границы, а поэтому, чтобы порог мог сохраняться достаточно долго, скорость миграции границ по сравнению со скоростью межзеренного скольжения должна быть низкой.

Рисунок 1.1.3 - Схема зарождения поры при пересечении границы зерен

полосой скольжения внутри зерна

Наряду с рассмотренным выше механизмом зарождения пор по границам зерен предполагается также возможность образования полостей у небольших выделений вторичных фаз. Такие маленькие сфероидальные включения образуют выступы на границе зерен и являются более эффективными источниками концентрации напряжений во время скольжения, чем нарушения непрерывности линии границы типа ступенек, создаваемых скольжением. Если скольжение по каким-либо причинам затруднено, то пластическая деформация осуществляется двойникованием [5]. Механизм двойникования имеет дислокационную природу.

В работе [6] рассмотрена модель формирования стабильных трещин, зарождающихся на границе «включение-матрица» на примере МАС. Предполагается, что при пластическом деформировании МАС на границах частиц мартенсита деформации и в их окрестностях образуются неоднородные поля внутренних напряжений вследствие накопления избыточной плотности дислокаций. При этом поврежденность материала складывается как от увеличения объемной доли частиц образовавшейся фазы мартенсита деформации, так и от появления микротрещин вблизи этих частиц, что в итоге приводит к потере устойчивости микротрещины и превращению ее в магистральную.

Пластическая деформация неоднородна, любая неоднородность создает новые концентраторы напряжения, поэтому влияние пластической деформации на разрушение двойственно: с одной стороны, способствует разрушению, а с другой - направленная микропластическая деформация около уже существующих концентраторов напряжения уменьшает их и тормозит разрушение. Указанные влияния проявляются на разных стадиях процесса разрушения, способствуя зарождению новых микротрещин и тормозя уже имеющиеся микротрещины [7].

Гриффитс предположил, что хрупкие материалы содержат множество субмикроскопических трещин, которые под действием достаточно высоких напряжений растут до макроскопических размеров, в результате чего происходит хрупкое разрушение. Данная теория и другие аналогичные основаны на предположении, что эти микротрещины или другие дефекты структуры приводят к локальной концентрации напряжений [1].

Общая схема разрушения может быть представлена в следующем виде [7]: первая стадия является предварительной, на уровне которой происходит накопление латентной энергии путем пластической деформации и создание локальных перенапряжений; на второй стадии происходит микроразрушение, которое состоит из зарождения субмикротрещины по одной из дислокационных схем и ее рост благодаря пластической

деформации и слияний; на третьей стадии происходит медленный рост макротрещины, который затем сменяется быстрым ростом и последующим дорывом.

1.1.2. Разрушение при циклическом деформировании

При больших циклических деформациях характер разрушения совпадает с разрушением при статическом нагружении [8]. В общем случае усталостное разрушение имеет существенное различие от разрушения при пластическом деформировании.

Если переменные напряжения превышают некоторый предельный уровень, то в материале конструкции или детали происходит процесс постепенного накопления микроповреждений. Даже при малых амплитудах напряжений в поликристаллическом теле возникает циклическое скольжение дислокаций в отдельных неблагоприятно ориентированных зернах. Из-за чего возникает разрыхление, накопление дефектов типа дислокаций, вакансий и пор, приводящих к постепенному появлению микротрещины [9].

Одним из основоположников в вопросах изучения усталостного разрушения был немецкий ученый А. Велер [1]. На данный момент широко распространено графическое изображение зависимости напряжения от числа циклов (рисунок 1.1.4) - кривая усталости (кривая Велера). Кривая представляет собой зависимость амплитуд напряжения аа от числа циклов N до разрушения.

♦

Число циклов N

Рисунок 1.1.4 - Кривая Велера для материала с физическим пределом выносливости (1) и без физического предела выносливости (2),

N01, N02 - базовые числа циклов нагружения

Следует различать разрушение при низком уровне напряжений (многоцикловая усталость) и разрушение за сравнительно небольшое число циклов приложения высоких напряжений (малоцикловая усталость). Сопротивления усталости могут быть представлены графически в виде полной кривой усталости (рисунок 1.1.5) [8] - это графическое изображение зависимости между уровнем действующих напряжений о (или деформаций г) и числом циклов до разрушения N в предельных интервалах возможных указанных величин. Малоцикловая усталость соответствует диапазону напряжений от ав до ак. В этой области можно выделить два характерных участка. На участке циклической ползучести (участок I), характерном для пластичных металлических материалов, при разрушении в месте излома образуется шейка. На этом участке с увеличением числа циклов нагружения характерно накопление пластической деформации. Соответственно, у хрупких и высокопрочных материалов этот участок отсутствует.

а

' Л'к 5 • Ю4 мс N

число циклов нагружения

Рисунок 1.1.5 - Схематическое изображение кривой усталости

На участке II области малоцикловой усталости на поверхности разрушения отчетливо выделяется зона усталостного излома. Напряжение ап. разделяет участки области малоцикловой усталости. Переход от циклической ползучести к собственно малоцикловой усталости сопровождается изменением механизма макропластического деформирования материала и в некоторых случаях перегибом кривой усталости.

Ниже порогового напряжения ак начинается область многоцикловой усталости. В интервале предела выносливости ая и циклического предела текучести атц в пластичных металлах и сплавах наблюдается локальная пластическая деформация и даже нераспространяющиеся усталостные микротрещины глубиной порядка размера зерна.

При многоцикловой усталости микропроцессы разрушения локализуются в малой зоне у вершин микротрещин и определяются асимптотическими полями напряжений и деформаций, следовательно, скорость движения трещины зависит от коэффициентов интенсивности напряжений. При малоцикловой усталости зона пластических деформаций не мала, и для описания процесса развития трещины нужно рассматривать последовательность шагов нагружения и подрастания трещин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сергеева Ольга Александровна, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коллинз, Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ. Предсказание. Предотвращение: монография. - Москва: Мир, 1984. - 624 с.

2. Полухин, П. И. Физические основы пластической деформации: учебное пособие для вузов / П. И. Полухин, С. С. Горелик, В. К. Воронцов. - Москва: Металлургия, 1982. - 584 с.

3. Финкель, В. М. Физика разрушения: Рост трещин в твердых телах. - М.: Металлургия, 1970. - 376 с.

4. Иванова, В. С. Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов: монография / В. С. Иванова, Л. К. Городиенко, В. Н. Геминов [и др.]. - Москва: Издательство «Наука», 1965. - 183 с.

5. Богатов, А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов: учебное пособие для вузов / А. А. Богатов. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. - 329 с.

6. Кириков, С. В. Влияние микротрещин на коэффициент Пуассона при пластическом деформировании аустенитной стали / С. В. Кириков, В. В. Мишакин, В. А. Клюшников // Журнал технической физики. - 2022. - том 92. -вып. 305. - С. 405 - 413.

7. Владимиров, В. И. Физическая природа разрушения металлов / В. И. Владимиров. - Москва: Металлургия, 1984. - 280 с.

8. Терентьев, В. Ф. Циклическая прочность металлических материалов: учебное пособие / В. Ф. Терентьев, А. А. Оксогоев. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2001. - 61 с.

9. Когаев, В. П. Прочность и износостойкость деталей машин: учеб. пособие для машиностр. спец. вузов / В. П. Когаев, Ю. Н. Дроздов. - Москва: Высшая школа, 1991. - 319 с.: ил.

10. Партон, В. З. Механика разрушения: от теории к практике. - Москва: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 240 с.

11. Bauschinger, J. Mitteilung XV aus dem Mechanisch-technischen Laboratorium der Königlichen Technischen Hochschule in München. - 1886. - vol. 13. - P. 1116.

12. Трощенко, В. Т. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения / В. Т. Трощенко, А. А. Лебедев, В. А. Стрижало [и др.]; под общей редакцией В. Т. Трощенко. - Киев: Логос, 2000. - 571 с.

13. Гольдштейн, М. И. Металлофизика высокопрочных сплавов / М. И. Гольдштейн, В. С. Литвинов, Б. М. Бонфин. - М.: Металлургия, 1986. - 312 с.

14. Мишакин, В. В. Связь энергии деформации с коэффициентом Пуассона при циклическом нагружении аустенитной стали/ В. В. Мишакин, В. А. Клюшников,

A. В. Гончар // Журнал технической физики. - 2015. - т. 85. - № 5. - С. 32-36.

15. Соснин, О. В. Изменение зеренной структуры и фазового состава аустенитной стали при усталостном нагружении / О. В. Соснин // Материаловедение. - 2003. - № 1. - С. 27 - 32.

16. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. Введ. 1983-07-01.

17. Качанов, Л. М. Основы механики разрушения / Л. М. Качанов. - Москва: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1974. -321 с.

18. Иванова, В. С., Природа усталости металлов / В. С. Иванова, В. Ф. Терентьев - М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

19. Тихомиров, В. М. Расчетно-экспериментальный анализ развития усталостной трещины в монолитной панели с ребрами / В. М. Тихомиров // Вестник СГУПСа. - 2007. - № 17. - С. 195 - 203.

20. Zavoychinskaya, E. B. Micro- and macromechanics of fracture of structural elements / E. B. Zavoychinskaya // Mechanics of Solids. - 2012. - Vol. 47. - № 3. -Р. 304 - 323.

21. Химушин, Ф. Ф. Нержавеющие стали / Ф. Ф. Химушин. - Москва: Металлургия, 1986. - 800 с.

22. Гуляев, А. П. Термическая обработка стали / А. П. Гуляев. - Москва: Машиностроение, 1960. - 496 с.

23. Березовская, В. В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы: учебное пособие /

B. В. Березовская, А. В. Березовский. - Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2019. - 244 с.

24. Гундырев, В. М. Кристаллографический анализ и механизм мартенситного превращения в сплавах железа / В. М. Гундырев, В. И. Зельдович, В. М. Счастливцев // Физика металлов и металловедение. - 2020. - т. 121. - № 11. - С. 1142 - 1161.

25. Krupp, U. On the Mechanism of Martensite Formation during Short Fatigue Crack Propagation in Austenitic Stainless Steel: Experimental Identification and Modelling Concept / U. Krupp, I. Roth, H. J. Christ, M. Kubbeler, C. P. Fritzen // 13th International Conference on Fracture. - 2013. - Р. 1 - 9.

26. Krupp, U. Deformation-induced martensite formation during cyclic deformation of metastable austenitic steel: Influence of temperature and carbon content / U. Krupp, C. West, H. J. Christ // Materials Science and Engineering: A. - 2008. - V. 481 - 482.

- Р. 713 - 717.

27. Терентьев, В. Ф. Влияние содержания азота на усталость коррозионностойких сталей. Ч. I. Аустенитные стали / В. Ф. Терентьев, А. Г. Колмаков, В. М. Блинов // Деформация и разрушение материалов. - 2007. - №6.

- С. 2 - 12.

28. Olson, G. B. Kinetics of strain-induced martensitic nucleation / G. B. Olson, M. Cohen // Metall Trans A. - 1975. - V. 6A. - Р. 791 - 795.

29. Ozgowicz, W. Effect of deformation-induced martensite on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of X5CrNi18-8 stainless steel / W. Ozgowicz, A. Kurc, M. Kciuk // Archives of Materials Science and Engineering. -2010. - 43/1 - Р. 42 - 53.

30. Ригмант, М. Б. Методы выявления мартенсита деформации в аустенитно-ферритных сталях / М. Б. Ригмант, М. К. Корх, Д. И. Давыдов и др. // Дефектоскопия. - 2015. - № 11. - С. 28 - 42.

31. Cagle, M. Characterization and modeling of the fatigue behavior of 304L stainless steel using the MultiStage Fatigue (MSF) Model / M. S. Cagle, K. E. Bryan, M. Dantin, W. M. Furr, D. Giri, B. Huddleston, A. Hudson, S. Mujahid, K. Tantratian, A. K. Persons, F. Smith, R. Stokes, M.F. Horstemeyer // International Journal of Fatigue.

- 2021. - V. 151 - 106319.

32. Filho, I. Strain partitioning and texture evolution during cold rolling of AISI 201 austenitic stainless steel / I. R. Filho, Filho Souza, K. D. Zilnyk, M. J. R. Sandim, R. E. Bolmaro, H. R. Z. Sandim // Materials Science and Engineering: A. - 2017. - V. 702 - Р. 161 - 172.

33. Xiao, L. Effect of Cold Rolling on Microstructure and Mechanical Properties of AISI 304N Stainless Steel / L. Xiao, W. Yinghui, W. Zhengyan, Z. Jie // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. - 2019. - V. 252 - 022027.

34. Kim, C. Nondestructive Evaluation of Strain-Induced Phase Transformation and Damage Accumulation in Austenitic Stainless Steel Subjected to Cyclic Loading / C. Kim // Metals. - 2018. - V. 8(1). - 1. - Р. 1 - 13.

35. Ozturk, O. MFM imaging of expanded austenite formed on 304 SS and CoCrMo alloys / O. Ozturk, M. Fidan, S. Mandl // Surf. Coat. Technol. - 2014. - V. 256 - Р. 15 - 22.

36. Литовченко, И. Ю. Особенности мартенситных превращений и эволюция дефектной микроструктуры в процессе прокатки метастабильной аустенитной стали при комнатной температуре / Литовченко И. Ю., Тюменцев А. Н., Найден Е. П. // Физическая мезомеханика. - 2014. - № 1. - т. 17. - С. 31 - 42.

37. Powell, G. W. Strain Hardening of Austenitic Stainless Steel / G. W. Powell, E. R. Marshall, W. A. Backofen // Trans. of the ASM. - 1958. - V. 50. - Р. 478 -497.

38. Hecker, S. S. Effects of strain state and strain rate on deformation induced transformation in 304 stainless steel: part I. Magnetic measurements and mechanical behavior / S. S. Hecker, M. G. Stout, K. P. Staudhammer, J. L. Smith // Metallurgical Transactions A. - 1982. - V. 13. - Р. 619 - 626.

39. Padilha, A.F. Decomposition of Austenite in Austenitic Stainless Steels / A. F. Padilha, P. R. Rios // ISIJ International. - 2002. - V. 42. - Р. 325 - 337.

40. Huang, G. L. Martensite formation, strain rate sensitivity and deformation behavior of Type 304 Austenitic Steel Sheet / G. L. Huang, D. K. Matlock, G. Krauss // Metall. Trans. A. - 1989. - V. 20A. - Р. 1239 - 1246.

41. Talonen, J. Effect of strain rate on the strain-induced y^a' martensite transformation and mechanical properties of austenitic stainless steels / J. Talonen, P.

Nenonen, G. Pape, H. Hanninen // Metall. Mater. Trans. A. - 2005. - V. 36A. - Р. 421 - 432.

42. Lichtenfeld, J. A. Effect of Strain Rate on Stress-Strain Behavior of Alloy 309 and 304L Austenitic Stainless Steel / J. A. Lichtenfeld, M. C. Mataya, C. J. van Tyne // Metall. Mater. Trans. A. - 2006. - V. 37. - Р. 147 - 161.

43. Angel, T. Formation of Martensite in Austenitic Stainless Steels / T. Angel // JISI.

- 1954. - V. 177. - Р. 165 - 174.

44. Byun, T. Temperature dependence of strain hardening and plastic instability behaviors in austenitic stainless steels / T. Byun, N. Hashimoto, K. Farrell // Acta Mater. - 2004. - V. 52. - Р. 3889 - 3899.

45. Mumtaz, K. Temperature dependence of martensitic transformation in austenitic stainless steel / K. Mumtaz, S. Takahashi, J. Echigoya, L. Zhang, Y. Kamada, M. Sato // J. of Mat. Sci. Let. - 2003. - V. 22. - Р. 423 - 427.

46. Choi, J-Y. Strain induced martensite formation and its effect on strain hardening behavior in the cold drawn 304 austenitic stainless steels / J-Y Choi, W. Jin // Scripta Mater. - 1997. - V. 36. - Р. 99 - 104.

47. Максимкин, О. П. Дефекты упаковки, их энергия и влияние на свойства облученных металлов и сплавов / О. П. Максимкин. - Алматы, 2010. - 70 с.

48. Мирзаев, Д. А. Рентгенографическое исследование дефектов упаковки и двойников в сплавах железа и цементите Fe3C / Д. А. Мирзаев, К. Ю. Окишев, И. Л. Яковлева // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2016. - т. 16. - № 2.

- С. 55 - 62.

49. Штремель, М. А. Прочность сплавов: учеб. для вузов. Часть I: Дефекты решётки. - М.: МИСиС, 1999. - 384 с.

50. van der Wegen, G.J.L. A comparison between different theories predicting the stacking fault energy from extended nodes / van der G.J.L. Wegen, P.M. Bronsveld, J.Th.M. de Hosson // Scripta Metallurgica. - 1980. - V. 14 (2). - P. 285-288.

51. Olson, G.B. A general mechanism of martensitic nucleation: Part I. General concepts and the FCC ^ HCP transformation / G. B. Olson, M. Cohen // Metall Trans A. - 1976. - V. 7. - P. 1897-1904.

52. Olson G. B. A mechanism for the strain-induced nucleation of martensitic transformations / G. B. Olson, M. Cohen // J Less Common Met. - 1972. V. 28(1). -P. 107-18.

53. Datta, К. A low-temperature study to examine the role of e-martensite during strain-induced transformations in metastable austenitic stainless steels / K. Datta, R. Delhez, P. M. Bronsveld, J. Beyer, H.J.M. Geijselaers J. Post // Acta Materialia. -2009. - V. 57. - № 11. - Р. 3321 - 3326.

54. Babyak, W.The relationship between the boundary area and hardness of recrystallized cartridge brass / W. Babyak, F. Rhines // Transcriptions Metall Soc AIME - 1960. - V. 21. - P. 21-23.

55. Allain, S. Correlations between the calculated stacking fault energy and the plasticity mechanisms in Fe-Mn-C alloys / S. Allain, J.P. Chateau, O. Bouaziz, S. Migot, N. Guelton // Mater Sci Eng A. - 2004. - V. 387-389. - P. 272-276.

56. Келли, А. Кристаллография и дефекты в кристаллах. / А. Келли, Г. Гровс. -М.: Мир, 1974. - 496 с.

57. Однобокова, М. В. Эволюция структуры и текстуры в процессе холодной деформации метастабильной аустенитной стали / М. В. Однобокова, А. Н. Беляков, И. Н. Нугманов, Р. О. Кайбышев // Физика металлов и металловедение.

- 2020. - т.1 21. - № 7. - С. 742 - 749.

58. Das A. Revisiting Stacking Fault Energy of Steels / A. Das // Metall. Mater. Trans. A. - 2015. - V. 47(2). - P. 748-768.

59. Rhodes, C. G. The Composition Dependence of Stacking Fault Energy in Austenitic Stainless Steels / C. G. Rhodes, A.W. Thompson // Metall. Mater. Trans. A. - 1977. - V. 8 (12). - P. 1901 - 1906.

60. Talonen, J. Effect of strain-induced a'-martensite transformation on mechanical properties of metastable austenitic stainless steels: Doctoral Dissertation / Juho Talonen; Helsinki university of technology. - Helsinki. - 2007.

61. Судзуки, Т. Динамика дислокаций и пластичность / Т. Судзуки, Х. Есинага, С. Такеути; Пер. с яп. А.В. Хачояна, Под ред. Ю.А. Осипьяна, Р.А, Варданяна.

— М. : Мир, 1989. - 294 с.

62. Thomas, A. Read The Internal Friction of Single Metal Crystals / A. Thomas // Physical Review. - 1940. - № 4. - Р. 371 - 380.

63. Koehler, J.S. Imperfections in nearly perfect crystals. - N.Y., 1952. -197 p.

64. Гранато, А. Ультразвуковые методы исследования дислокаций: сб. ст.: пер. с англ. и нем. / А. Гранато [и др.]. - М.: Изд-во иностр. лит., 1963. - 375 с.

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

66. Биргер, И. А. Детерминирование и статистические модели суммирования повреждений / И. А. Биргер // Проблемы прочности. - 1978. № 11. - С. 3 - 11.

67. Болотин, В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В. В. Болотин - М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

68. Когаев, В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени / В. П. Когаев. - М., 1974. - 232 с.

69. Степнов, М. Н. Усталость легких конструкционных сплавов / М. Н. Степнов, Е. В. Гиацинтов. - М., 1973. - 317 с.

70. Трощенко, В. Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении / В. Т. Трощенко. - Киев, 1981. - 343 с.

71. Новожилов, В. В. О пластическом разрыхлении // Прикладная математика и механика. - 1965. - № 4. - С. 681 - 689.

72. Kachanov, M. On low cycle fatigue of austenitic steel. Part II: Extraction of information on microcrack density from a combination of the acoustic and eddy current data / M. Kachanov, V. Mishakin, Yu. Pronina // Int. J. Eng. Sci. - 2021. - V. 169. - Art. no. 103569.

73. Вавакин, А. С. Об эффективных характеристиках неоднородных сред с изолированными неоднородностями / А. С. Вавакин, Р. Л. Салганик // Механика твердого тела. - 1975. - № 3. - C. 65 - 76.

74. Салганик, Р. Л. Механика тел с большим числом трещин / Р. Л. Салганик // Механика твердого тела. - 1973. - № 4. - C.149 - 158.

75. Kachanov, M. Micromechanics of Materials, with Applications: 1st ed. / M. Kachanov, I. Sevostianov // Springer Nature eBook, 2018. - 249 р.

76. Алешин, Н. П. Методы акустического контроля металлов / Н. П. Алешин, В. Е. Белый, А. Х. Вопилкин [и др]. - Москва: Машиностроение, 1989. - 456 с.

77. Chio, W. H. Development of a low-cost non-destructive test system for measurement of elastic modulus / W. H. Chio, S. Amares // IOP Publishing: 18th International Engineering Research Conference 2022 (Eureca 2022). - 2022. - V. 2523. - Р. 1 - 13.

78. Ерофеев, В. И. Волновые процессы в твердых телах с микроструктурой / В. И. Ерофеев. - Москва: Издательство Московского Университета, 1999. - 328 с.

79. Sayers, C. M. Ultrasonic velocities in anisotropic polycrystalline aggregates / C. M. Sayers // Appl. Phys. - 1982. - Vol. 15. - Р. 2157 - 2167.

80. Sayers, C. M. The influence of stress on the principal polarization directions of ultrasonic shear waves in textured steel plates / C. M. Sayers, D. R. Allen // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1984. - V.17. - № 7. - Р. 1399-1413.

81. Allen, D. R. The measurement of residual stress in textured steel using an ultrasonic velocity combinations technique / D. R. Allen, C. M. Sayers // Ultrasonics. - 1984. - №22. - Р. 179 - 188.

82. Mishakin, V. V. The use of ultrasonic signals and optical method to estimatethe damage of materials after fatigue loading / V. V. Mishakin, F. M. Mitenkov, V. A. Klyushnikov and N. V Danilova // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2010. -V. 46. - № 15. - Р. 1 - 10.

83. Hirao M. Anisotropy measured with shear and Rayleigh waves in rolled plates / M. Hirao, N. Hara, H. Fukuoka // Ultrasonics. - 1987. - V. 25. - P. 107-111.

84. Voigt, W. Lehrbuch der Kristallphysik / W. Voigt // Stutgart: Teubner Verlaggeselschaft, 1928. - 962 p.

85. Клюев, В. В. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, А. В. Ковалев [и др.]; под общей редакцией В. В. Клюева. 3-е изд., испр. и доп. - Москва.: Машиностроение, 2005. - 656 с.

86. Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник. под ред. Г.С. Самойловича. - Москва: Машиностроение, 1976. - 456 с.

87. Хлыбов, А. А. Оценка структурных изменений в конструкционных металлических материалах акустическими методами для обеспечения

безопасной эксплуатации технических объектов / Хлыбов А. А., Скуднов В. А. // Металлургия и материаловедение: Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2010. - № 1. - С. 200 - 209.

88. Хлыбов, А. А. Об акустическом методе контроля пространственной неоднородности пластической деформации слабо анизотропных ортотропных материалов / А.А. Хлыбов, А.Л. Углов // Дефектоскопия. - 2023. - № 1. - С. 25 -36.

89. Дмитриев, С. Ф. Вихретоковая измерительная система для исследования дефектов сплавов и сварных швов / С. Ф. Дмитриев, А. О. Катасонов, В. Н. Маликов, А. М. Сагалаков // Вестник машиностроения. - 2016. - №5. - С. 23 -26.

90. Кайтель, С. Неразрушающий контроль сварных соединений / С. Кайтель // Международная конференция «Сварка - взгляд в будущее»: секция «Неразрушающий контроль в сварочном производстве». Сварка и диагностика.

- 2007. - №7. - С. 7 - 8.

91. Hamasaki, H. Modelling of cyclic plasticity and martensitic transformation for type 304 austenitic stainless steel / H. Hamasaki, O. Tatsuya, N. Takashi, I. Eiichiro // International Journal of Mechanical Sciences. - 2017. - December - Р. 1 - 8.

92. Kalkhof, D. Monitoring fatigue degradation in austenitic stainless steels / D. Kalkhof, M. Grosse, M. Niffenegger, H. J. Leber // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. - 2004. - V. 27. - № 7. - Р. 595 - 607.

93. Krupp, U. Deformation-induced martensite formation during cyclic deformation of metastable austenitic steel: Influence of temperature and carbon content / U. Krupp, C. West, H.-J. Christ // Materials Science and Engineering A. - 2008. - V. 481 - 482.

- Р. 713 - 717.

94. Nebel, T. Cyclic deformation behaviour of austenitic steels at ambient and elevated temperatures / T. Nebel, D. Eifler // Sadhana. - 2003. - V. 28. - Р. 187 -208.

95. Shaira, M. Monitoring of Martensitic Transformation in Austenitic Stainless Steel 304 L by Eddy Currents / M. Shaira, P. Guy, J. Courbon, N. Godin // Research in Nondestructive Evaluation. - 2010. - V. 21. - № 2. - Р. 112 - 126.

96. Mroz, Z. Modeling of cyclic hardening of metals coupled with martensitic transformation / Z. Mroz, G. Zietek // Arch. Mech.. - 2007. - V. 59. - № 1. - Р. 3 -20.

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

98. Kahrobaee, S.: Nondestructive Characterization of Microstructure and Mechanical Properties of Heat Treated H13 Tool Steel Using Magnetic Hysteresis Loop Methodology / S. Kahrobaee, H. Norouzi Sahraei, I. A. Akhlaghi // Research in Nondestructive Evaluation. - 2019. - V. 30. - № 1. - Р. 1 - 13.

99. Мишакин, В. В. Исследование сварного соединения из стали 12Х18Н10Т акустическими и магнитными методами / В. В. Мишакин, В. А. Клюшников // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2017. - № 6. - С. 32 - 35.

100. Колмыков, В. И. Изучение усталостной прочности ферромагнитных материалов неразрушающим экспресс-методом / В. И. Колмыков, Д. Н. Романенко, С. П. Нефедьев [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2017. - № 11. - С. 47 - 51.

101. Das, A. Connection between deformation-induced dislocation substructures and martensite formation in stainless steel / A. Das, S. Sivaprasad, P. C. Chakraborti, S. Tarafder. // Philosophical Magazine Letters. - 2011. - V. 91. - № 10. - Р. 664 - 675.

102. Okayasu, M. Strain-induced martensite formation in austenitic stainless steel / M. Okayasu, H. Fukui, H. Ohfuji, T. Shiraishi // Journal of Materials Science. - 2013. - V. 48. - № 18. - Р. 6157 - 6166.

103. Talonen, P. Comparison of different methods for measuring strain induced a-martensite content in austenitic steels / P. Talonen, Aspegren H. Hanninen // Materials Science and Technology. - 2004. - V. 20. - № 12. - Р. 1506 - 1512.

104. Omari, M. A. Estimation of changes in the mechanical properties of stainless steel subjected to fatigue loading via electrical resistance monitoring / M. A. Omari, I. Sevostianov // International Journal of Engineering Science. - 2013. - V. 65. - Р. 40 -48.

105. Ригмант, М. Б. О возможности магнитного неразрушающего контроля упруго-пластических деформаций в сталях с метастабильным аустенитом / М. Б. Ригмант, С. В. Гладковский, Э. С. Горкунов, П. П. Матафонов, С. В. Смирнов // Контроль. Диагностика. - 2000. - № 9. - С.62 - 63.

106. Ригмант, М. Б. Возможность раздельного измерения количества феррита и мартенсита деформации в трехфазных сталях аустенитного класса магнитным методом / М. Б. Ригмант, А. П. Ничипурук, М. К. Корх // Дефектоскопия. - 2012. - № 9. - С.10 - 23.

107. Ригмант, М. Б. Приборы для магнитного фазового анализа изделий из аустенитных коррозионно-стойких сталей / М. Б. Ригмант, А. П. Ничипурук, Б. А. Худяков и др. // Дефектоскопия. - 2005. - № 11. - С. 3 - 14.

108. Огнева, М. С. Влияние мартенсита деформации на электрические и магнитные свойства пластически деформированных хромоникелевых сталей / М. С. Огнева, М. Б. Ригмант, Н. В. Казанцева, Д. И. Давыдов, М. К. Корх // Дефектоскопия. - 2017. - № 9. - С. 35 - 43.

109. Хлыбов, А. А. Исследование поврежденности образцов из стали 12Х18Н10Т при малоцикловой усталости методами неразрушающего контроля / А. А. Хлыбов, Ю. Г. Кабалдин, Д. А. Рябов, М. С. Аносов, Д. А. Шатагин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2021. - т. 87. - № 5. - С.61 -67.

110. Khlybov, A. A. Study of the Features of Damage Accumulation in Steel 12Cr18Ni10Ti at Low Temperatures Using Non-Destructive Testing Methods / A. A. Khlybov, M. S. Anosov, D. A. Ryabov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - V. 969. - Р. 1 - 6.

111. ГОСТ 7350-77. Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия. Введ. 1979-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1977.

112. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. -Введ. 2008-01-01. - М.: Стандартинформ, 2007.

113. ГОСТ 14637-2024. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия. Введ. 2025-03-01. - М.: Российский институт стандартизации, 2025.

114. ГОСТ Р 24104-2001. Весы лабораторные. Общие технические требования. -Введ. 2002-01-07. - М.: Стандартинформ, 2007.

115. Сергеева, О. А. Изменение параметра акустической анизотропии конструкционной стали при усталостном разрушении / О. А. Сергеева, А. В. Гончар // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2021. - № 11. - С.1-14.

116. Сергеева, О. А. Изменение параметра акустической анизотропии в основном металле и зоне термического влияния конструкционной стали при пластическом деформировании и усталостном разрушении / О. А. Сергеева, А. В. Гончар // Приборы. - 2022. - № 6 (264). - С.39-44.

117. Gonchar, A. V. Metallographic and ultrasonic studies of fatigue failure of ASTM 1020 steel in the base metal and heat affected zone / A. V. Gonchar, O. A. Sergeeva, K. V. Kurashkin // 15th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures: Procedia Structural Integrity. - 2022. - №40. - P. 166-170.

118. Мишакин, В. В. Контроль состояния циклически деформируемых нержавеющих сталей акустическим и вихретоковым методами / В. В. Мишакин, А. В. Гончар, В. А. Клюшников, К. В. Курашкин, А. Е. Фомин, О. А. Сергеева // Измерительная техника. - 2021. - № 2. - С.62-67.

119. Mishakin V.V. Monitoring the state of stainless steel under cyclic deformation by the acoustic and eddy current methods / V. V. Mishakin, A. V. Gonchar, V. A. Klyushnikov, K. V.Kurashkin, A. E. Fomin, O. A. Sergeeva. // Measurement Techniques. - 2021. - Vol. 64. - No. 2. - P. 145-150.

120. Мишакин, В. В. Влияние микроповрежденности на упругие характеристики метастабильных аустенитных сталей при усталостном разрушении / В. В. Мишакин, О. А. Сергеева, В. А. Клюшников // Журнал технической физики. -2024. - том 94. - № 1. - С.60-65.

121. Vinogradov, А. Kinetics of deformation processes in high-alloyed cast transformation-induced plasticity/twinning-induced plasticity steels determined by acoustic emission and scanning electron microscopy: Influence of austenite stability on deformation mechanisms / A. Vinogradov, A. Lazarev, M. Linderov, A. Weidner,

H. Biermann // Acta Materialia. - 2013. - V. 61. - № 7. - Р. 2434 - 2449.

122. Kachanov, M. Micromechanics of Materials, with АррНсайош / M. Kachanov,

I. Sevostianov. - Springer, Cham, 2018. - 712 p.

123. Behrens, B. A. Local Strain Hardening of Metal Components by Means of Martensite Generation / B. A. Behrens, S. Hubner, A. Bouguecha, J. Knigge, K. Voges-Schwieger, K. Weilandt // Adv. Mat. Res. - 2010. - V. 137. - Р. 1 - 33.

124. Федоров, В. В. Термоактивационный процесс пластической деформации и разрушения материалов. - Ташкент, 1983. - Деп. в ВИНИТИ 24.06.83, № 390983.

125. Сергеева, О. А. Исследование связи характеристик циклического деформирования с модулями упругости метастабильных аустенитных сталей / О. А. Сергеева, В. В. Мишакин, В. А. Клюшников // Проблемы прочности и пластичности. - 2024. - том 86. - № 1. - С.94-105.

126. Klyushnikov, V. Influence of plastic deformation temperature on ultrasonic and electromagnetic properties of austenitic steel / V. Klyushnikov // Materials Today: Proceedings. - 2019. - V. 19 (5). - Р. 2320 - 2322.

127. Мишакин, В. В. Использование коэффициента Пуассона и параметра акустической анизотропии для оценки поврежденности и накопленной пластической деформации при усталостном разрушении аустенитной стали / В. В. Мишакин, В. А. Клюшников, А. В. Гончар, О.А. Сергеева // Дефектоскопия. -2024. - № 7. - С.3-13.

128. Mishakin V.V. Using the Poisson's Ratio and Acoustic Anisotropy Parameter to Assess Damage and Accumulated Plastic Strain during Fatigue Failure of Austenitic Steels / V. V. Mishakin, V. A. Klyushnikov, A. V. Gonchar, O. A. Sergeeva. // Russian Journal of Nondestructive Testing. - 2024. - Vol. 60. - No. 7. - P. 699-708.

129. Mishakin, V. On low-cycle fatigue of austenitic steel. Part I: Changes of Poisson's ratio and elastic anisotropy / V. Mishakin, A. Gonchar, K. Kurashkin, V. Klyushnikov, M. Kachanov // Int. J. Eng. Sci., 2021.

130. Сергеева, О.А. Оценка усталостной поврежденности силового элемента конструкции из метастабильной аустенитной стали 12Х18Н10Т ультразвуковым методом / О.А. Сергеева, В.В. Мишакин, В.А. Клюшников // Заготовительные производства в машиностроении. 2025. Т. 23, № 4. С. 190-196.

131. Чегуров, М. К. Основы фрактографического анализа изломов образцов из конструкционных сплавов: учеб. пособие / М. К. Чегуров, С. А. Сорокина-НГТУ им. Р. Е. Алексеева. - Н. Новгород, 2018. - 79 с.

132. АО «НИИЭС». Техническое освидетельствование гидротурбин после истечения нормативного срока служба для нужд филиала АО «Татэнерго» -Нижнекамская ГЭС. Технический отчет. - Москва. - 2018.

133. Гальперин, М. И. Подшипники гидротурбин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 112 с. с ил.

134. ОАО «НПО ЦКТИ». Определение жесткости направляющих подшипников гидроагрегата Нижнекамской ГЭС с разработкой рекомендаций по повышению надежности работы турбинного подшипника. Отчет о научно-исследовательской работе. - Санкт-Петербург. - 2004.

135. Сергеева, О.А. Влияние контактных напряжений на образование мартенсита деформации и развитие поврежденности в элементе опорного узла гидротурбины / О.А. Сергеева, В.В. Мишакин // Заготовительные производства в машиностроении. 2025. Т. 23, № 3. С. 132-137.

136. СТО РусГидро 02.03.70 - 2022. Стандарт организации. Гидротурбины. Общие технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования: утверждено и введено приказом ПАО «РусГидро» от 13.09.2022 №686 взамен СТО РусГидро 02.03.70-2011 «Гидротурбины. Общие технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования» в редакции изменения приказа ПАО «РусГидро» от 11.11.2022 №862. - Москва: ПАО «РУСГИДРО», 2022. - 71 с.

Приложение А. Алгоритм оценки поврежденности и остаточного ресурса МАС, содержащих фазу метастабильного аустенита, по данным методов акустического и вихретокового контроля

Приложение Б. Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ

Приложение В. Акт о реализации научных положений и выводов

диссертационной работы

Общество с ограниченной ответственностью «Волга-Спецгидроэнергомонтаж»

(ООО «Волга - СГЭМ»)

«КАМСПЕЦЭНЕРГО»

Республика Татарстан г. Набережные Челны ул. Шлюзовая д.8 тел/факс: [phone], 77-03-38, 77-09-95, e-mail: [e-mail] СРО 0202.05-2009-1650021289-С-014.СДС.ТП.СМ.06897-15, ОГРН 1151650019850, ИНН 1650319950, КПП 165001001

АКТ

об использовании резу льтатов диссертационной работы старшего инженера технико-экономического отдела ООО «Волга-С1~ЭМ» - «Качспецэнерго» Сергеевой О. А.

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационной работы Сергеевой O.A. нашли свое применение на предприятии ООО «Волга-СГЭМ» - «Камспсцэнерго». Предприятием были эффективно использованы разработанные методы и алгоритм оценки поврежденности и ресурсных характеристик ответственных деталей, в частности, направляющею подшипника гидротурбины, являющегося важным функциональным узлом в конструкции гидроагрегата. Разработанная методика применяется для оценки поврежденности элементов вспомогательного оборудования гидроагрегатов, состоящих из трубных конструкций, состояние которых необходимо контролировать для обеспечения надежности и безопасности работы гидроагрегата в целом.

В эксплуатации метод прост и удобен, так как получение первичных данных основано на применении стандартных приборов, используемых при проведении неразрушаюшего контроля. Разработанная методика контроля поврежденности активно применяется при проведении дефектапии гидросилового и гидромеханического оборудования после длительного срока эксплуатации во время проведения капитального ремонта гидроа! регата, что положительно отражается на результативности и продолжительности диагностических и ремонтно-восстановительных работ.

Годовой эффект при внедрении результатов работы составляет ориентировочно до 2 500 000 руб.

Дата

29.09.2024

Директор

ООО «Волга-СГЭМ» - «Камспсцэнерго«

АЛ. Рудснко