DIAGNOSTICS, RESOURCE AND MECHANICS OF MATERIALS AND STRUCTURES

Существует потребность применения в неразрушающем вихретоковом контроле микросхемных преобразователей Холла вместо индукционных катушек, традиционно используемых для преобразования параметров переменного магнитного поля в электрический сигнал. Преимуществом микросхемных сенсоров, наряду с технологичностью и дешевизной, являет-ся малая зависимость их эффективности от частоты воспринимаемого переменного поля (особенно в области малых частот). При малых рабочих частотах напряжение сигнала, наво-димое в приемных катушках вихретокового дефектоскопа, становится сравнимым с собственными шумами его приемного тракта, и для уверенного выделения этого сигнала приходится увеличивать число витков приемной катушки, что далеко не всегда приемлемо по причине жестких требований к ее габаритам. Такое преимущество преобразователей (сенсоров) Холла открывает перспективы существенного расширения области применения неразрушающего вихретокового контроля. Препятствием к этому могли бы явиться сравнительно большие собственные шумы таких сенсоров, наблюдаемые на нулевых рабочих частотах и составляющие несколько (а порой и десятки) микротесла (в единицах магнитной индукции).

В предлагаемом сообщении излагаются результаты измерения шумовых характеристик перспективных микросхемных холловских сенсоров магнитного поля марки 1SA-1M, производимых фирмой Sentron. Установлено, что собственные шумы обследованных сенсоров на частотах от 20 Гц до 10 кГц в десятки раз меньше наблюдаемых на нулевой частоте. Их размах не превышает десятых долей микротесла (в единицах индукции измеряемого пе-ременного магнитного поля), что открывает возможности для применения указанных сенсоров в вихретоковых дефектоскопах с малыми (десятки герц) рабочими частотами вместо индукционных катушек. Результатом может явиться расширение области применения неразрушающего вихретокового контроля. Полученные сведения могут быть полезны и при разработке средств измерения переменных магнитных полей безотносительно к вихретоковой дефектоскопии.

Настоящая работа посвящена исследованию влияния напряженно-деформированного состояния горячекатаного прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr на микроструктуру и свойства при ротационной ковке. Ротационная ковка рассматривается как перспективный метод интенсивной пластической деформации, обеспечивающий формирование ультрамелкозернистой структуры, равномерное распределение пластической деформации и улучшение свойств сплава.

Для определения напряженно-деформированного состояния разработана конечно-элементная модель, а именно: произведено полное воссоздание геометрии заготовки, определение материалов и их свойств, генерация сетки конечных элементов, настройка решателя модели и назначение граничных условий и нагрузок. Моделирование проводилось с использованием метода конечных элементов, что позволило учесть сложные трехмерные траектории движения инструментов и распределение деформаций в процессе РК. Механические свойства материала были определены экспериментально и использованы для построения модели упрочнения. При моделировании учитывалось поведение материала при нагреве перед деформацией на температуру 450 °C.

Результаты моделирования показали, что максимальные напряжения в прутке после ротационной ковки достигают 955 МПа в зоне контакта с инструментом. Анализ поперечно-го сечения образца выявил концентрические зоны с равномерным распределением напряже-ний и остаточные продольные сжимающие напряжения 0yy = 200 МПа. Продольное распре-деление напряжений демонстрирует высокие напряжения в зоне контакта ковочного инструмента и градиент напряжений от зоны контакта к периферии образца.

Исследование микроструктуры сплава после ротационной ковки показало наличие значительных пластических деформаций и высокую плотность дислокаций в поверхностной зоне. Микротвердость материала увеличилась до 350 HV в поверхностной зоне, по сравне-нию с 250 HV в центральной части образца. Ротационная ковка приводит к формированию текстуры и анизотропии механических свойств, что подтверждается измерениями модуля упругости, который варьируется от 70 до 90 ГПа по сечению прутка.

Цель работы заключалась в разработке многокомпонентной динамической 3D-модели для моделирования процессов ротационной ковки прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr с использованием программного пакета Ansys Mechanical. В качестве материала исследования использовался горячекатаный в β-области пруток из биосовместимого сплава Ti–39Nb–7Zr, произведенный на ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

В работе на примере малопластичного материала (сплав АК12) проведен анализ напряженно-деформированного состояния кольцевых образцов методами корреляции циф-ровых изображений и конечно-элементного моделирования при наиболее распространенных типах испытаний: на диаметральное сжатие и на растяжение на полукруглых опорах. Расчет-но-экспериментальным путем показано, что, независимо от типа испытания и стадии дефор-мирования, для различных типов и конфигураций испытаний в качестве предельного состоя-ния можно принять достижение критической локальной деформации, которая для рассмот-ренного материала составляет 4,0‒4,2 %. Проведено сравнение и анализ результатов, полу-ченных при различных типах испытаний, с точки зрения критериев остаточной диаметраль-ной деформации.

Для удовлетворения растущих потребностей эксплуатирующих организаций в надежной и бесперебойной транспортировке углеводородного сырья все чаще используются композитные трубы из полимерных материалов. Полимерно-армированные трубы, жесткие и гибкие, также используются во многих отраслях промышленности и предназначены для транспортировки подтоварной воды, нефти и газа, поскольку они устойчивы к коррозии и имеют меньший вес по сравнению с трубами из металла. Трубы из полимерных материалов с различными системами армирования обладают механическими свойствами, которые позволяют обеспечить гибкость, прочность, долговечность и экономическую выгоду в эксплуатации по сравнению с трубами из других материалов. В данной статье рассматривается моделирование при помощи лабораторных установок условий разрушения жестких и гибких полимерно-армированных труб при максимальном внутреннем давлении для оценки их работоспособности и прогнозирования ресурса в заданных условиях эксплуатации.

Методом возврата остаточного электросопротивления исследованы миграция радиационных дефектов и их взаимодействие с примесными атомами Si (0,2, 0,5 и 0,75 ат. %) и Au (0,13 ат. %) в облученных электронами сплавах Fe–16Cr в температурном интервале 80–180 К. Легирование сплавов примесями приводит к подавлению возврата остаточного электросопротивления, что указывает на захват мигрирующих дефектов на атомах примесей, который сопровождается уменьшением удельного вклада дефектов в остаточное электросопротивление. Захват мигрирующих дефектов на атомах примесей начинается выше 150 К в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr-0,2Si и выше 130 К в Fe–16Cr–0,75Si. Плавное и монотонное подавление возврата остаточного электросопротивления при достаточно больших концентрациях примесей указывает на подавление коррелированной миграции в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr–0,2Si, а также рекомбинации близких пар в Fe–16Cr–0,5Si и Fe–16Cr–0,75Si. Плавное подавление возврата остаточного электросопротивления и уменьшение удельного вклада дефектов при захвате указывают на ближнюю миграцию вакансий в температурном интервале 130–180 К. Выше 180 К начинается дальняя миграция дефектов.

Стареющие аустенитные стали характеризуются наличием сложной микроструктуры и различных дефектов и преципитатов, в значительной степени определяющих свойства сталей. Формирование и эволюция системы дефектов в этих материалах сопровождаются измене-ниями в спектрах брэгговского и диффузного рассеяния нейтронов, что делает нейтронно-дифракционные методы эффективным средством их изучения. В данной работе мы выполнили анализ результатов наших нейтронографических экспериментов по исследованию изменений кристаллической структуры и системы карбидных преципитатов в марганцевой аустенитной стали 40Х4Г18Ф2, развивающихся при термическом старении материала и облучении его потоками быстрых нейтронов. Выявлены отличия, которые возникают при таких способах воздействия. Результаты анализа хорошо согласуются с электронно-микроскопическими данными, дополняя их в части исследования облученных образцов.

Магнитострикционные металлоорганические композиты – важный класс материалов для различных электротехнических приложений. Сплав Fe–Ga – один из основных материалов, используемых в основе таких композитов. В качестве органической матрицы обычно используется эпоксидная смола. Проблемой таких композитов является крайне низкая температурная стабильность свойств из-за размягчения смолы при повышенных температурах. В данной работе впервые предложено использовать для создания композитов широко рас-пространенное органическое соединение на основе фенолформальдегидной смолы – бакелит. Методом холодного прессования при различном давлении были изготовлены композиты на основе порошка Fe–Ga с добавлением 5 масс. % бакелита. Кроме того, реализовано исследование по влиянию отжига порошка после размола в шаровой мельнице на структуру и свойства композитов. Показано, что композит, изготовленный при тех же параметрах из отожженного порошка, обладает существенно более высокой магнитострикцией.

25 июля 2024 года ушел из жизни член редакционного совета журнала Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures Никита Федорович Морозов, выдающийся российский ученый, заслуженный деятель науки РФ, академик Российской академии наук, доктор физико-математических наук.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований по использованию методик применения метода спекл-структур оптического излучения для задач определения остаточного ресурса, дефектоскопического контроля и оценки технического состояния элементов из авиационного органического стекла марки АО-120 для остекления кабин самолетов.

С использованием трансформаторного вихретокового преобразователя с прямоугольными вырезами в полюсах его П-образного сердечника исследовано влияние изменения удельного электросопротивления меди марки М1 в пределах от 0,01724 до 0,01748 мкОм∙м согласно ГОСТ 193-79 и ГОСТ 1173-2006 на погрешность определения пропаянности боковых стенок хомутов с выводными концами токоведущих стержней, которые применяются для соединения обмоток статоров в современных конструкциях гидро- и турбогенераторов. Исследования проведены на образцах, изготовленных в разное время и полученных с раз-личных предприятий энергомашиностроения. Установлено, что при изменении относительной разности удельного электросопротивления в пределах 1,36 % погрешность определения уровня пропаянности боковых стенок хомутов не превышает 15,5 %, что необходимо учитывать при проведении вихретокового контроля.

В терминах обменно-стрикционной модели получена и подробно обсуждается формула для самопроизвольной объемной магнитострикции двухподрешеточного антиферромагнетика. Основной особенностью формулы является учет зависимости объемных деформаций от направления векторов намагниченности подрешеток. Расчет показал, что таким образом можно объяснить гигантскую вынужденную объемную магнитострикцию, наблюдавшуюся ранее в антиферромагнитном состоянии сплава Fe50Rh50. Также рассчитаны и удовлетвори-тельно согласуются с экспериментом температурные зависимости удельного объема и кри-тического магнитного поля этого сплава.

В работе рассмотрена проблема влияния остаточных сварочных напряжений на процесс распространения трещины в сварном соединении трубопровода. Проведено конечно-элементное моделирование роста несквозной полуэллиптической продольно расположенной трещины в поле остаточных сварочных напряжений. Для более полного понимания механики процесса проведено сопоставление результатов расчетов, полученных с учетом и без уче-та остаточных напряжений. Полученные результаты свидетельствуют о значительном влиянии уровня и распределения остаточных сварочных напряжений на развитие трещин. В частности, показано, что сложное напряженно-деформированное состояние, вызванное остаточными напряжениями, оказывает существенное воздействие на формоизменение и дальнейший рост трещин, расположенных на внутренней поверхности стенки трубопровода. Кроме того, установлено, что характер роста трещин, обусловленный остаточными сварочными напряжениями, представляет значительные сложности для их выявления с использованием традиционных приборных методов контроля. Сложное распределение напряжений может приводить к искажению данных и, следовательно, к трудностям в правильной интерпретации формы и размеров трещин. Это, в свою очередь, может значительно усложнить планирование и проведение ремонтных работ, что указывает на необходимость разработки и применения более точных методик диагностики, учитывающих влияние остаточных напряжений. Результаты исследования подчеркивают важность учета остаточных сварочных напряжений при прогнозировании поведения трещин в трубопроводах и при планировании мероприятий по их обслуживанию и ремонту. Дальнейшие исследования в этом направлении могут способствовать созданию более надежных и эффективных методик оценки технического состояния сварных соединений, что имеет критическое значение для промышленной безопасности и экономической эффективности эксплуатационных процессов.