Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск

Научно-технический журнал Заводская лаборатория.  Диагностика материалов = Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials (старое название Заводская лаборатория) учрежден в 1932 году. Он информирует читателей о главных параметрах качества любых веществ и материалов – химическом составе, строении и  свойстве. Высокий научный уровень журнала был и остается одним из главных его достоинств. Во многом его обеспечивают высококвалифицированные члены редколлегии, секций редколлегии журнала, рецензенты – академики, члены-корреспонденты, доктора и кандидаты наук. В редакционной коллегии и секциях редколлегии работают четыре академика РАН,  пять членов-корреспондентов РАН, 25 докторов наук и 12 кандидатов наук.   В журнале публикуются статьи по аналитической химии, физическим методам исследования и контроля, механике материалов, математическим методам исследования, а также сертификации веществ и материалов. 

Журнал способствует инновационной деятельности – внедрению в практику новых методов и средств исследований как известных, так и перспективных  материалов. Целевая аудитория – лаборатории научно-исследовательских, отраслевых и учебных институтов, промышленных предприятий, научных Центров коллективного пользования, заводов.  Журнал привлекает внимание к наиболее актуальным и перспективным направлениям научных исследований, способствует обеспечению связей и обмену мнениями между исследователями из разных регионов России и разных государств. В последние годы тематика журнала значительно расширяется, чтобы  наиболее полно соответствовать насущным проблемам науки и техники.

 

 

 

Текущий выпуск

Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 87, № 7 (2021)
Скачать выпуск PDF

КОЛОНКА РЕДКОЛЛЕГИИ 

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА 

8-16 12
Аннотация

Полимеризация 1,3,5-триметил-1,3,5- трифенилциклотрисилоксана является основным методом получения метилфенилсилоксановых каучуков, а сополимеризация октаметилциклотетрасилоксана и 1,3,5-триметил-1,3,5-трифенилциклотрисилоксана — диметилметилфенилсилоксановых высоко- и низкомолекулярных каучуков. От чистоты циклосилоксанов зависят молекулярная масса, вязкость и другие свойства получаемых полимеров. Технология получения 1,3,5-триметил-1,3,5-трифенилциклотрисилоксана термокаталитической деструкцией метилфенилсилоксанов в присутствии гидроксида или силанолята лития с последующей вакуумной ректификацией позволяет получать продукт, содержащий в виде примеси 1,3,5,7-тетраметил-1,3,5,7-тетрафенилциклотетрасилоксаны, тетрафенилдиметилдисилоксан и следовые количества фенилсодержащих силоксанов циклического и линейного строения. Примеси полициклического и полиэдрического строения ранее описаны не были. В настоящей работе методом хромато-масс-спектрометрии проведено определение соединений, которые в виде примесей могут присутствовать в техническом 1,3,5-триметил-1,3,5-трифенилциклотрисилоксане. Использование описанных ранее закономерностей фрагментации силоксанов различного строения позволило идентифицировать ряд силоксанов, масс-спектры которых отсутствуют в библиотеке масс-спектров NIST 11. Показано, что полициклические и полиэдрические соединения, содержащие метилсилсесквиоксановые звенья, имеют короткий путь фрагментации. Для них характерна ионизация с элиминированием метильной группы и бензола при наличии двух фенильных групп в молекуле. Силоксановый скелет таких катионов очень устойчив, поэтому они легче теряют еще одну метильную группу, превращаясь в двухзарядные катионы. Действие электронной ионизации на молекулы с силоксановыми звеньями, содержащими различные органические заместители у атома кремния, приводит к рандомизации этих заместителей и перестройке силоксанового скелета. Анализ данных позволил установить, что в техническом 1,3,5-триметил-1,3,5-трифенилциклотрисилоксане присутствуют силаны, силоксаны линейного, циклического, полициклического и полиэдрического строения.

17-22 14
Аннотация

Содержащиеся примеси влияют на физико-химические свойства свинца и его сплавов, широко применяемых в различных областях промышленности. Традиционно используемые для определения примесей фотометрический и атомно-эмиссионный (с возбуждением спектра в дуговом разряде) методы, в том числе, с предварительным концентрированием, являются трудоемкими и не всегда обладают требуемой чувствительностью. Поэтому в качестве альтернативного метода анализа, более чувствительного и экспрессного, для определения примесей в свинце применили метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с использованием специальной системы ввода проб с высоким содержанием матрицы High Matrix Introduction (HMI). Система ввода проб HMI, разработанная компанинией Agilent, предназначена для онлайн-разведения аэрозоля пробы, поступающей из распылительной камеры в горелку, чистым аргоном. Такой способ ввода пробы позволяет анализировать растворы с содержанием растворенных веществ до 1 % и выше. Аэрозольное разведение уменьшает концентрацию матрицы и растворителя в интерфейсе индуктивно-связанной плазмы без обычного разведения. При этом матричное подавление примесей почти устраняется, а соотношение CeO+/Ce+ снижается до 0,2 %, тогда как обычно значение CeO+/Ce+ для масс-спектрометров типа Agilent 7500 составляет 1 – 2 %, но не более 3 %. В данной работе показано применение этой системы при определении примесей Mg, Ca, Fe, Cu, As, Ag, Sn, Sb, Bi в свинце с использованием ИСП масс-спектрометра Agilent 7500cx с предварительным микроволновым разложением проб свинца в автоклаве. Применение системы HMI позволило исключить стадию разбавления пробы, уменьшить возможность ее загрязнения разбавителем и определить содержание примесей в высококонцентрированной матрице на уровне 10–4 – 10–5 %. С применением устройства HMI и использованием внутреннего стандарта показана эффективность метода, а также возможность применения многоэлементных стандартных растворов, приготовленных с использованием 1 %-ной азотной кислоты, для анализа образцов с высоким содержанием свинца.

23-29 13
Аннотация

Наиболее крупные месторождения графита в Российской Федерации находятся на Среднем и Южном Урале. Достаточно много его проявлений, в частности, участок «Опытный», не вовлечено в эксплуатацию, и для обоснования стратегий их комплексной разработки необходимы достоверные данные о содержании графита в углеродсодержащих породах. Предложена методика одновременного определения органического и самородного углерода в углеродсодержащих породах с использованием анализатора углерода и воды ELTRA CW MULTIPHASE, которая основана на сжигании органического углерода (угли, углистые сланцы) в потоке кислорода при 550 °C и самородного углерода (графита) в интервале температур 550 – 1000 °C и последующем определении содержания газообразного оксида углерода методом ИК-спектрометрии. Мешающее влияние карбоната магния и карбоната кальция учтено при расчетах. Содержание карбонатов определено из отдельной навески в потоке азота путем разложения карбоната магния при 550 °C, карбоната кальция — в интервале температур 550 – 1000 °C. Одновременно с углеродом определено содержание химически связанной воды, входящей в состав минералов углеродсодержащих пород. В исследованных образцах участка «Опытный» установлено присутствие только одного вида углерода — графита. Отмечена неодинаковая способность графита к сгоранию: одни кристаллы его выгорают практически полностью при более низкой температуре (до 800 °C), другие — свыше 800 °C, что предполагает присутствие в составе пород скрытокристаллического и явнокристаллического графита. Разработанная методика соответствует по точности методике определения самородного углерода ± (0,27 C – 0,01 C) %, утвержденной Научным советом по аналитическим методам исследований (НСАМ), и является экспрессной.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ 

38-43 17
Аннотация

Реологические свойства полимерных систем определяют их поведение при деформировании и зависимость между напряжениями, деформациями и скоростями деформаций. В работе представлены результаты определения температур плавления твердых полимерных соединений реологическим методом. Испытания проводили с использованием ротационного реометра в осциллирующем режиме. Используя полученные термомеханические зависимости, экспериментальные данные сравнивали со значениями, определенными с помощью стандартных аналитического (капиллярного метода) и термического (дифференциальной сканирующей калориметрии) методов. Вязкую и упругую реакции образцов анализировали на основе зависимости осциллирующего напряжения или деформации от заданной угловой скорости или частоты. Установлено, что температурные зависимости модулей накопления и потерь, а также угла механических потерь определяют физические и релаксационные переходы в полимерах при их нагревании. Полученные результаты могут быть использованы при анализе влияния условий переработки полимеров на их свойства, оптимизации технологических процессов получения изделий, моделировании поведения материалов при рабочих режимах на этапе разработки.

30-37 17
Аннотация

Для развития электроники на основе нанотехнологии необходимы новые углеродные нанокристаллические материалы с заранее заданными физико-химическими свойствами. Их можно получить, например, путем синтеза при термообработке полиакрилонитрила (ПАН). В работе представлены результаты исследования свойств термообработанного на воздухе в диапазоне температур 150 – 250 °C ПАН и влияния стабилизации на кинетические параметры синтеза и термохимические свойства углеродного материала при термической обработке в атмосфере азота. Установлено, что увеличение температуры предварительной обработки до 220 °C приводит к уменьшению энергии активации и предэкспоненциального множителя по сравнению с исходным полимером (с 90,9 и 3,1 · 106 до 53,3 кДж/моль и 1,1 · 103 мин–1 соответственно). Это подтверждает возникновение диффузионных ограничений. При росте температуры предварительного нагрева со 180 до 250 °C разница между температурами пиков на кривой ДСК и ТГА снижается вследствие возникновения структуры «ядро – оболочка». Кроме того, при повышении температуры до 150 °C исходная структура полимера не меняется. Однако по мере дальнейшего ее роста происходят существенные изменения в исходной структуре ПАН, которые проявляются в уменьшении площади пика на рентгенограмме полимера. Полученные результаты могут быть использованы при разработке метода синтеза углеродного материала с контролируемыми свойствами, определяемыми на стадии стабилизации.

44-48 16
Аннотация

Повышение прочности стали связано с уменьшением содержания примесей, оказывающих негативное влияние на ее механические свойства. Одна из таких примесей — водород. Известно, что при ультравысоких частотах из-за особенностей распределения переменного тока по поперечному сечению металлического проводника проводимость осуществляется тонким приповерхностным слоем (скин-эффект). В работе представлены результаты применения токов высокой частоты для определения содержания водорода в металле. Абсорбцию водорода тонкими приповерхностными слоями стали определяли по изменению падения напряжения на образцах, которое зависело от сопротивления слоев. Падение напряжения в зависимости от частоты переменного тока измеряли с помощью высокочастотного генератора, ВЧ-вольтметра и ВЧ-гальванометра. При испытаниях использовали проволочные образцы, выполненные из высококачественной углеродистой стали У8А. Параллельно определяли количество абсорбированного сталью водорода методом анодного растворения. Показано, что катодно введенный водород неравномерно распределяется по сечению образца. При старении катодно наводороженных сталей типа У8А имеет место диффузия водорода из сталей в воздух с незначительным проникновением его в более глубокие слои металла. Кроме того, с увеличением плотности тока при катодной поляризации повышаются водородосодержание и сопротивление приповерхностных слоев материала. Полученные результаты могут быть использованы при неразрушающем контроле степени наводороживания ферромагнитных изделий.

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ 

49-58 18
Аннотация

Работоспособность конструкций при сложных комбинированных режимах нагружения зависит от значительного числа сочетаний эксплуатационных параметров термомеханических воздействий по нагрузкам, температурам, временам, числам циклов, скоростям деформирования. Основные закономерности деформирования конструкционных материалов при сложных режимах устанавливаются при комбинированных стандартных, унифицированных и специальных испытаниях в лабораторных условиях. С использованием представительных обоснований физико-механических моделей для диаграмм деформирования в широком диапазоне условий нагружения, с учетом разномасштабности моделей, структуры материалов и ответственности конструкций предлагается постадийное рассмотрение соответствующих типов деформирования: упругого, знакопеременного течения, прогрессирующего накопления деформаций и их комбинации. Расчеты конструкций при этом могут быть построены в виде иерархической системы, в которой каждый следующий уровень уточняет границы допустимых воздействий в сторону расширения области действующих нагрузок, температур, скоростей и режимов деформирования, что сопряжено с увеличением объема требуемых исходных данных и усложнением расчетов. Предлагаемые способы схематизации физико-механических свойств и типы уравнений состояния для описания кривых деформирования учитывают требования компактности исходных данных и необходимость использования как стандартных и унифицированных методов определения характеристик циклического неупругого деформирования, так и специальных методов. Для описания кинетики диаграмм деформирования в рассматриваемых условиях как с теоретических позиций, так и с точки зрения практических приложений наиболее обоснованными являются степенные уравнения, для отражения роли температурного фактора — экспоненциальные зависимости, для учета факторов времени, скорости деформирования и условий двухчастотности нагружения — степенные зависимости. Уточненные расчеты на высших, более сложных ступенях рассматриваемой иерархии, обеспечивающие максимально возможное использование деформационных и прочностных резервов материалов и конструкций, должны основываться на кинетических закономерностях, описывающих процессы малоциклового деформирования при сложных режимах нагружения.

59-66 17
Аннотация

Цель работы — исследование влияния сварки взрывом, термической обработки и холодной правки при производстве биметалла марки 09Г2С + 08Х13 со стыковым сварным соединением в плакирующем слое на эволюцию остаточных внутренних напряжений. Влияние технологических переделов на изменение уровня остаточных напряжений в биметаллическом материале со стыковым сварным соединением в плакирующем слое оценивали неразрушающим методом магнитной памяти металлов. Данный метод основан на использовании собственного магнитного поля рассеивания, образующегося в зонах повышенной плотности дислокаций. В процессе исследования неразрушающим методом магнитной памяти металлов выявлены особенности расположения зон с максимальными значениями градиента поля напряжений (dH/dx) и показана их эволюция в процессе технологического цикла производства биметалла марки 09Г2С + 08Х13 со стыковым сварным соединением в плакирующем слое. Отмечено увеличение уровня остаточных напряжений в плакирующем слое после ручной электродуговой сварки двух частей плакирующего слоя из стали марки 08Х13. Определено, что после сварки взрывом происходит изменение уровня остаточных напряжений. В зоне сварного шва в плакирующем слое происходит релаксация напряжений. Одновременно в объеме биметалла наблюдается рост уровня остаточных напряжений как в основном, так и в плакирующем слоях. Для снижения высокого уровня остаточных напряжений применяли последующую термическую обработку полученных биметаллических образцов при двух разных режимах. Это позволило определить для биметалла марки 09Г2С + 08Х13 со стыковым сварным соединением в плакирующем слое оптимальный режим термообработки (нагрев до 720 ± 20 °C и выдержка в течение 2 ч, охлаждение с печью), который исключал образование трещин в плакирующем слое при механической правке биметалла.

67-75 16
Аннотация

Впервые предложены аналитическая формула для гладкого описания диаграммы растяжения стали ЭК-181 и методика перестройки диаграммы при изменении направления деформирования. На основе этого численно смоделирован процесс распрямления четверти кольцевого образца и его дальнейшего растяжения. Показано, что условный предел текучести материала распрямленного образца на 7,5 % меньше действительного условного предела текучести стали. Показано, что испытание на чистый изгиб консольного образца в виде полуокружности с обработкой диаграммы изгиба (по аналогии с ГОСТ 3565–80 для кручения) дает оценку условного предела текучести, превышающую на 32 % действительный предел текучести. Обоснована возможность численного восстановления диаграммы растяжения по диаграмме чистого изгиба консольно закрепленного полукольцевого образца. Показано, что эта процедура дает значение условного предела текучести стали ЭК-181 с допуском на остаточную деформацию 0,2 %. Проведен анализ методики испытаний колец из оболочек твэлов и предложенного алгоритма для определения условного предела текучести материала кольца. Обращено внимание на произвольность выбора расчетной нагрузки на двухступенчатой диаграмме диаметрального растяжения кольца и отсутствие научного обоснования возможности определения предела текучести на второй части диаграммы. Показано, что эта методика в настоящем виде противоречит стандарту для испытаний на растяжение из-за отсутствия на кольце базы с однородным напряженным состоянием. Поэтому данная методика не рекомендуется для определения значений условного предела текучести при прочностных расчетах.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 

76-84 10
Аннотация

Решена задача по составлению русскоязычной текстовой коллекции, состоящей из библиографических описаний научных статей, для обучения классификаторов. Рассмотрены различные подходы к созданию таких коллекций, оценена целесообразность использования экспертов (асессоров) для присвоения меток классов. Проведен анализ известных наборов документов, приведены требования к формируемому текстовому массиву, обоснован выбор предметной области. Отмечено, что по ряду тематик (например, «Интеллектуальный анализ данных», Data and Text Mining) в русскоязычных электронных библиотеках находится мало статей, что затрудняет формирование сбалансированных наборов документов. Для решения этой проблемы предложено составлять коллекцию с помощью автоматизированного перевода публикаций из известных англоязычных электронных библиотек (ACM digital library, IEEE Xplore digital library, CiteSeerX) с последующим экспертным контролем качества перевода. Исследована сформированная коллекция библиографических научных документов с помощью методов кластеризации (латентный семантический анализ) и визуализации (метод главных компонент). Составлены обучающие и тестовые выборки, применены «стандартные» классификаторы (метод K-ближайших соседей, логистическая регрессия, случайный лес), рассчитаны меры качества (аккуратность, точность и полнота). Экспериментальные результаты показали, что при проведении жесткой классификации все рассчитанные меры для исследуемых классификаторов находятся в диапазоне [0,79; 0,87], мягкой классификации — [0,91; 0,95]. При этом эксперименты выявили практически идентичные результаты при использовании для обучения-тестирования русско- и англоязычных библиографических описаний (различия не превосходят двух процентов). Предложенный способ формирования текстовой коллекции сокращает трудоемкость процесса проставления меток по сравнению с экспертным подходом, решает проблему недостатка русскоязычных документов в области «Интеллектуальный анализ данных», позволяет сформировать достаточно большие сбалансированные наборы библиографических документов для обучения-тестирования классификаторов.

НЕКРОЛОГ 

3 стр.обл. 4
Аннотация

8 июля ушел из жизни Младен Николаевич Георгиев — ученый, внесший значительный вклад в развитие механики разрушения в нашей стране.