По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.20; 621.77 DOI:10.33920/pro-2-2010-03

Изучение закономерностей изменения акустических характеристик в зависимости от параметров микроструктуры и разработка акустического критерия предельного состояния

Гадалов В. Н., д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, e-mail: Gadalov — VN@yandex.ru
Сафонов С. В., д-р техн. наук, профессор, 1-й проректор, Воронежский государственный технический университет, Воронеж, 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, е-mail: swsafonoff@gmail.com
Филатов Е. А., аспирант, Юго-Западный государственный университет, Курск, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, e-mail: Don_filius@mail.ru
Болдырева О. Н., канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет, Воронеж, 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84
Макарова И. А., аспирант, Юго-Западный государственный университет, Курск, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, e-mail: makarova.mia@yandex.ru

Представлены исследования зависимости акустических характеристик от микроструктуры хромомолибденованадиевых сталей в различном структурном состоянии после длительных сроков эксплуатации. Раскрыт смысл выражения акустического критерия предельного состояния, который заключается в относительной оценке накопленной структурной поврежденности длительно работающего металла по времени задержки ультразвуковой волны Рэлея и в определении предельного состояния материала. Установлено, что при акустическом критерии предельного состояния ≥ 0,7 металл находится в состоянии лавинной ползучести и достигает предельного состояния. Замеры акустических характеристик дали хорошее совпадение с результатами металлографических исследований, проведенных на шлифах из вырезок металла. Кроме того, критерий был апробирован при диагностировании технических устройств, изготовленных из стали 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 17ГС, 09Г2С.

Литература:

1. Минц, И.И. Оптимизация контроля гибов / И.И. Минц, В.А. Нахалов, Л.В. Воронкова, Н.Г. Новоселова [и др.] // Повышение эффективности работы теплотехнического оборудования ТЭС: сб. науч. тр. — Челябинск: УралВТИ, 1996. — С. 82–99.

2. Хмелев, В.Н. Ультразвуковые аппараты для научных исследований / В.Н. Хмелев, Ю.М. Кузовников, М.В. Хмелев // Южно-Сибирский научный вестник. — 2001. — март. №1 (17). — С. 5–13.

3. Рыбин, В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов / В.В. Рыбин. — Москва: Металлургия,1986. — 224 с.

4. Козлов, Э.В. Стадии пластической деформации, эволюции субструктуры и картина скольжения в сплавах с дисперсным упрочнением / Э.В. Козлов, Н.А. Попова, Н.А. Григорьева [и др.] // Изв. вузов. Физика. — 1991. — №3. — С. 112–128.

5. Механика разрушения и прочности материалов: справ. пособие / Под общей ред. В.В. Панасюка. — Киев: Наукова думка, 1988.

6. Москвичёв, В.В. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов / В.В. Москвичёв, Н.А. Махутов. — Новосибирск: Наука, 2002. — 323 с.

7. Хенли, Э. Дж., Кумамото, Х. Надежность технических систем и оценка риска / Под ред. В.С. Сыромятникова [пер. с англ.]. — Москва: Машиностроение, 1984. — 528 с.

8. Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии / С.Л. Ахназарова, В.В. Кафаров. — Москва: Высшая школа, 1985. — 327 с.

9. Когаев, В.П. Расчеты деталей машин на прочность и долговечность / В.П. Когаев, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков. — Москва: Машиностроение, 1985. — 224 с.

10. Гребенник, В.М. Надежность металлургического оборудования (оценка эксплуатационной надежности и долговечности): справочник / В.М. Гребенник, В.К. Цапко. — Москва: Металлургия, 1989. — 592 с.

11. Мак-Гоуэн, Д.М.К. Методология структурного анализа и проектирования: пер. с англ. — Москва, 1993. — 240 с.

12. Коралев, В.П. Теоритические основы инженерных расчетов стальных конструкций на коррозионную стойкость и долговечность // Научные труды ДГАСА. Вып. 1. — Макеевка: РИС ОМС ДГАСА, 1995. — 108 с.

13. Вендров, А. М . CASE технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. — Москва: Argussoft Co, 1999. — 86 с.

14. Братухин, А. Г. CALS непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделий / А.Г. Братухин, Ю.Б. Давыдов, Ю.С. Елисеев [и др.]. — Москва: Изд-во МАИ, 2000. — 304 с.

15. Кутаков, С.Е. Информационноаналитические системы магистральных трубопроводов. — Москва: СИП РИА, 2002. — 324 с.

16. Смирнов, А.Н. Акустический критерий предельного состояния длительно работающего металла технических устройств опасных производственных объектов / Смирнов А.Н., Муравьёв В.В., Хапонен Н.А. // Контроль. Диагностика. — 2004. — №5. — С. 19–23.

17. Зайнулин, Р.С. Критерий безопасного разрушения элементов трубопроводных систем с трещинами / Р.С. Зайнулин, Е.М. Морозов, А.А. Александров. — Москва: Наука, 2005. — 316 с.

18. Алимов, С.В. Оценка технического состояния и определение сроков безопасности эксплуатации трубопроводов / С.В. Алимов, Б.Н. Антипов, А.В. Захаров [и др.] // Газовая промышленность. — 2009. — №1. — С. 60–61.

19. Игнатенко, В.Э. Применение метода SSRT для оценки влияния состава коррозионной среды на склонность трубной стали Х70 к растрескиванию под напряжением / В.Э. Игнатенко, Ю.И. Кузнецов, А.Б. Арабей [и др.] // Коррозия: материалы, защита. — 2011. — №9. — С. 16–25.

20. Гадалов, В.Н. Оптимизация технического обслуживания оборудования и снижение технологического риска / В.Н. Гадалов, О.Н. Болдырева // Технология машиностроения. — 2011. — №1. — С. 39–41.

21. Белецкая, С.Ю. Преобразование оптимизационных моделей при проектировании производственных систем / С.Ю. Белецкая, В.Н. Гадалов, Н.В. Боковая [и др.] // Труды ГОСНИТИ. — 2013. — Т. 112, ч. 1. — С.145–150.

22. Гадалов, В.Н. Повышение эксплуатационной надежности и качества тяжелонагруженных деталей [Текст] / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, Ю.В. Скрипкина [и др.] // Вестник Воронеж. гос. ун-та. — 2013. — Т. 9, № (6-2). — С. 121–123.

23. Гвоздев, А.Е. Универсальный программный комплекс прогнозирования экстремальных эффектов в композиционных и металлических материалах / А.Е. Гвоздев, В.Н. Гадалов, А.С. Пустовгор [и др.] // Свидво о госуд. регистрации программы для ЭВМ № 2013661397. Регистрация 06.12.2013. — Москва: Реестр программ для ЭВМ, 2013.

24. Болдырева, О.А. Кинетические закономерности износа технологического оборудования из конструкционных сталей / О.А. Болдырева, А.В. Звягинцева, В.Н. Гадалов // Материалы и упрочняющие технологии. — Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 232–237.

25. Бигус, Г.А. Исследование поврежденности металла в процессе малоциклового нагружения / Г.А. Бигус, Д.И. Галкин // Материалы и упрочняющие технологии. — Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 237–244.

26. Болдырева, О.А. Оценка остаточного ресурса металлоконструкций / О.А. Болдырева, А.В. Звягинцева, В.Н. Гадалов // Материалы и упрочняющие технологии. — Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 244–250.

27. Гибаленко, А.Н. Обеспечение показателей долговечности стальных конструкций при установленном уровне коррозионной опасности промышленного объекта // Материалы и упрочняющие технологии. — Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 250–255.

28. Сафонов, С.В. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик изделий. — Воронеж: ИПЦВГУ, 2015. — 224 с.

29. Сафонов, С.В. Критериальная система проектирования и использование технологических процессов для повышения эксплуатационных харак терис тик поверхнос тного слоя // Вестник Воронеж. гос. унта. — Воронеж: ВГТУ, 2015. — Т. 11, № 3. — С. 4–10.

30. Сафонов, С.В. Моделирование процесса проектирования технологии модификации и изменения толщины покрытия // Вестник Воронеж. гос. ун-та. — Воронеж: ВГТУ, 2015. — Т. 11, №5. — С. 8–12.

31. Григорьев, С.Н. Проектирование комбинированных процессов модификации поверхностного слоя типовых деталей / С.Н. Григорьев, С.В. Сафонов, В.П. Смоленцев // Вестник Воронеж. гос. ун-та. — Воронеж: ВГТУ, 2016. — Т. 12, №4. — С. 54–61.

32. Гадалов, В.Н. Тонкая структура и долговечность монокристаллов алюминия при ультразвуковом воздействии / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2016. — №8. — С. 3–6.

33. Гадалов, В.Н. Применение теплового и ультразвукового способов контроля для оценки прочности сцепления многофункциональных покрытий / В.Н. Гадалов, О.А. Бредихина, С.В. Шеставина [и др.] // Прогрессивные технологии и процессы. — Курск: ЗАО «Университетская книга», 2014. — Т. 1. — С. 125–127.

34. Гадалов, В.Н. Оптимизация электроакустического нанесения покрытий для повышения эксплуатационных свойств композитов из жаропрочных сплавов на основе никеля / В.Н. Гадалов, С.Г. Есельянов, С.В. Сафонов [и др.] // Вестник машиностроения. — 2017. — №6. — С. 7–9.

35. Gadalov, V.N. Decrease in technological risk by optimization of maintenance of the equipment of objects of oil and gaz complex / V.N. Gadalov, D.N. Romanenko, O.N. Boldyreva // Chemical and Petrobum Engineering Springer. — 2017. — №9. — Р. 35–37.

36. Сафонов, С.В. Оптимизация выбора технологических процессов на базе принципа подобия в машиностроении / С.В. Сафонов, С.Н. Григорьев // Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьёва. — Рыбинск: РГАТУ, 2017. — Т. 2 (41). — С. 37–42.

37. Сафонов, С.В. Методология проектирования комбинированных технологических процессов. Модификации поверхностного слоя изделий / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн. наук. — Рыбинск: РГАТУ, 2018. — 32 с.

38. Шелобаев, С.И. Математические методы и модели в экономике, финансах, бизнесе / С.И. Шелобаев. — Москва: ЮНИТИ — ДАНА, 2000. — 367 с.

39. Краснощёков, П.С. Иерархические схемы проектирования и декомпозиционные численные методы / П.С. Краснощёков, В.В. Морозов, Н.М. Попов // Теория и системы управления. — 2001. — №5. — С. 80–89.

40. Гадалов, В.Н. Новые возможности электроискровой и электроакустической обработки металлических материалов // Отделочно-упрочняющая технология в машиностроении: сб. публикаций Межд НТК Федерации НТОМ СНГ; НТОМ РБеларусь. — Минск, 1994. — Ч. 2. — С. 22–23.

41. Гадалов, В.Н. О применении акустического способа получения покрытий из высокохромистых сплавов // Третье собрание металловедов России: матер. докладов НТК (24–27 сентября 1996 г.). — Рязань: Изд-во РДНТП, 1996. — С. 21–22.

42. Семашко, Н.А. Акустическая эмиссия в экспериментальном материаловедении [Текст] / Н.А. Семашко, В.И. Шпорт, Б.Н. Марьин [и др.]; под общ. ред.: Н.А. Семашко, В.И. Шпорт. — Москва: Машиностроение, 2002. — 240 с.

43. Кишуров, В.М. Повышение режущих свойств инструментов из быстрорежущих сталей электроакустическим методом легирования / В.М. Кишуров, В.Н. Ипполитов. — Уфа: УГАТУ, 2007. — Т. 9, № 6 (24). — С. 158–161.

44. Кишуров, В.М. Повышение режущих свойств инструментов из быстрорежущих сталей электроакустическим методом легирования / В.М. Кишуров, В.Н. Ипполитов // Вестник Уфимского авиационного технического ун-та. — 2007. — Т. 9, №6 (24). — С. 158–161.

45. Ипполитов, В.М. Исследование обрабатываемости конструкционных материалов быстрорежущим инструментом с модифицированными рабочими слоями / В.М. Ипполитов, В.Н. Кишуров, М.В. Кишуров [и др.] // Вестник Уфимского госуд. авиац. техн. ун-та. — 2009. — Т. 12, №4. — С. 47–50.

46. Кудряшов, С.Б. Влияние ультразвука на процессы формирования и развития электрической искры при электроакустическом напылении / С.Б. Кудряшов, А.А. Закалюжный // Вестник Донского госуд. техн. ун-та. — 2018. — Т. 18, №3. — С. 306–310.

47. Гадалов, В.Н. Повышение эксплуатационных характеристик титановых сплавов из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, В.Р. Петренко [и др.]. — Москва: АРГАМАК-МЕДИА, 2018. — 136 с. (научное сообщество).

48. Гадалов, В.Н. Модернизация процесса технологии электроискрового легирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, И.А. Макарова [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация. — 2019. — №5. — С. 41–48.

49. Гадалов, В.Н. Прогнозирование надежности металлоконструкций методами статистического моделирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович [и др.] // Научная жизнь. — 2019. — Т. 14, №4 (92). — С. 457–462.

50. Гадалов, В.Н. Повышение эффективности работы деталей и инструмента многоцелевого назначения путем изменения параметров структуры и свойств материала износостойких покрытий / В.Н. Гадалов, А.В. Ляхов, И.А. Макарова // Главный механик. — 2020. — №3 (199). — С. 70–79.

51. Гадалов, В.Н. Методология разработки комбинированного технологического процесса, основанная на модификации свойств и изменений параметра поверхностного слоя / В.Н. Гадалов, Е.А. Филатов, А.В. Филонович // Главный механик. — 2020. — №8 (204). — С. 24–32.

Накопление микроповрежденности, образование эксплуатационных микро- и макротрещин происходит преимущественно в поверхностных слоях [1], и применение акустических методов может помочь в их выявлении и определении предельного состояния металлических материалов.

По данной тематике накоплен обширный эмпирический материал по применяемым конструкционным материалам, процессам, в них протекающим, закономерностям изменения микроструктуры и свойств металлов при длительной службе, по типам эксплуатационных разрушений и их причинам, видам, методам неразрушающего контроля и выявляемым дефектам. При решении задач управления безопасной эксплуатацией опасно промышленных объектов, в частности трубопроводов и др. изделий, возникает потребность в разработке различных моделей и критериев, формирования исходных данных для расчета предельного состояния, что является трудоемкой и в то же время необходимой задачей [1–51].

Достоверность и качество получаемых результатов могут быть повышены, а трудоемкость оценок снижена при использовании современных информационных технологий [2–21, 26, 34, 36–51].

В целях выявления закономерностей изменения акустических характеристик в зависимости от параметров микроструктуры и разработки акустического критерия предельного состояния были исследованы с использованием акустической многофункциональной спектральной системы «Астрон» [2] хромомолибденованадиевые стали в различном структурном состоянии после больших сроков эксплуатации. Микроструктуру исследовали методами оптической и электронной микроскопии. Длительную прочность определяли на машинах АИМА 5‑2‑1.

Анализ результатов большого числа экспериментов показал, что со снижением длительной прочности, с увеличением срока эксплуатации оборудования время задержки ультразвуковых поверхностных волн (W) возрастает. В некоторых сталях (например, сталь 12Х1МФ) между поврежденной структурой и микроструктурой металла в исходном состоянии разница времени задержки ультразвуковых волн ΔW достигает 220 нc. Для выявления причины изменения акустических характеристик провели исследование микроструктуры металла в различном структурном состоянии. На образцах с различной длительной прочностью изучали фазовый состав, карбидную фазу, места локализации карбидов, параметры кристаллической решетки и характер субструктур, границы зерен и внутренние поля напряжений.

Для Цитирования:
Гадалов, Сафонов, Филатов, Болдырева, Макарова, Изучение закономерностей изменения акустических характеристик в зависимости от параметров микроструктуры и разработка акустического критерия предельного состояния. Главный механик. 2020;10.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: