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 86, № 5 (2020)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-10 32
Аннотация

Впервые изучено каталитическое действие иридия на реакцию окисления водорастворимого порфирина — 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонатофенил)порфина (ТСФП) — перйодатом натрия. Разработана методика определения микросодержаний иридия по его каталитическому действию на данную реакцию в проточно-инжекционной системе. Нижняя граница определяемых концентраций иридия составляет 0,2 · 10–5 мкг/мл (P = 0,95), что ниже, чем для описанных в литературе методик. Найдены оптимальные условия анализа: pH 3, концентрации реагентов в потоках заданной гидравлической схемы смешения — 0,5 · 10–5 моль/л ТСФП и 0,15 моль/л NaIO4, комнатная температура проведения индикаторной реакции. При оптимальных условиях получили линейную градуировочную характеристику в интервале концентраций иридия (0,2 – 2,0) · 10–5 мкг/мл. Исследовали влияние сопутствующих иридию в промышленных и природных материалах элементов: его определению не мешают мольные избытки платиновых и цветных металлов: 20-кратный — Rh (III); 15-кратный — Pt (IV) и Fe (II); 20-кратный — Ni (II). Правильность результатов подтверждена методом «введено – найдено» при анализе модельных растворов, содержащих иридий. Sr результатов определения иридия в условиях повторяемости (n = 3; P = 0,95) не превышает 0,04. Сравнение полученных результатов с литературными данными показало, что основными преимуществами предлагаемой методики определения иридия являются проведение реакции при комнатной температуре с более простым аппаратурным оформлением и меньшее значение нижней границы определяемых содержаний иридия.

11-15 26
Аннотация

Исследована возможность применения сульфата церия (IV) в качестве окислительного реагента для определения фенольной гидроксильной группы и приведены примеры его использования для анализа различных органических соединений. Сульфат церия количественно реагирует с фенольной гидроксильной группой с образованием хиноидных соединений. Предложены методики определения фенолов различного строения, включая перхлорированные и перфторированные фенолы, методом потенциометрического титрования раствором сульфата церия в сернокислой среде с редоксометрическим индикаторным электродом. Наличие в ароматическом кольце заместителей с восстановительными свойствами мешает определению. Цериметрическое потенциометрическое титрование использовано также для исследования строения полимеров на основе метилольных производных фенолфталеина. Подобные соединения являются сшивающими агентами и служат для получения термостатных конструкционных материалов с высокими прочностными свойствами. Показано, что метилольную гидроксильную группу, которая также количественно окисляется сульфатом церия, можно определять одновременно с фенольной гидроксильной группой. При проведении сравнения предложенного метода цериметрического титрования с широко известным методом ацетилирования получены идентичные результаты. Найденное количество гидроксильных групп в анализируемых образцах позволяло судить о структуре полимеров. На основе цериметрического титрования предложена также методика определения свободных ксиленолов в огнестойком турбинном масле. Методика является более экспрессной и менее трудоемкой, чем общепринятая методика по ТУ 3470.11335-07, основанная на бромировании ксиленолов бромид-броматной смесью.

16-21 23
Аннотация

Способ градуировки по отношениям концентраций обеспечивает лучшие метрологические характеристики по сравнению с другими вариантами градуировки при использовании метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) для анализа геологических проб и технических материалов на их основе. Основными причинами такого улучшения являются исключение погрешностей калибровки мерной посуды и взятия навесок анализируемых материалов из суммарной погрешности анализа; высокая интенсивность линий элемента основы; более высокая точность измерения отношения интенсивностей по сравнению с измерением абсолютных интенсивностей. При анализе карбонатных горных пород, технических материалов, шлаков, содержащих менее 20 % SiO2 и более 20 % CaO, при градуировке по отношениям концентраций в качестве основы лучше подходит оксид кальция. Предложена формула для расчета содержаний определяемых компонентов в карбонатных материалах при использовании градуировки по отношениям концентраций. Разработана методика определения CaO (в диапазоне содержаний 20 – 100 %), SiO2 (2,0 – 35 %), Al2O3 (0,1 – 30 %), MgO (0,1 – 20 %), Fe2O3 (0,5 – 40 %), Na2O (0,1 – 15 %), K2O (0,1 – 5 %), P2O5 (0,001 – 2 %), MnO (0,01 – 2 %), TiO2 (0,01 – 2,0 %) в различных карбонатных материалах методом АЭС-ИСП с использованием описанного способа градуировки и кислотного разложения проб в автоклавах, нагреваемых в системе HotBlock 200. Правильность разработанной методики подтверждена анализом стандартных образцов горных пород. Разработанная методика была использована во время межлабораторного анализа стандартного образца шлака Ш17 производства ЗАО «ИСО» (Екатеринбург).

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

22-30 24
Аннотация

Любой материал можно рассматривать как композит, состоящий из зерен разных ориентаций, характеризующихся различными свойствами в зависимости от предыстории их переориентации в процессе термомеханической обработки. Как известно, рентгеновские методы исследования избирательны, поскольку в формировании отраженного излучения участвуют только зерна определенных ориентаций. В то же время для описания материала необходимы данные о субструктуре зерен всех ориентаций. Для этого можно использовать метод описания субструктурного состояния зерен в исследуемом объеме изделия по анализу профиля рентгеновских линий. Предлагаемый рентгеновский дифрактометрический метод обобщенных прямых полюсных фигур (ОППФ) показал свою эффективность при систематическом рентгеновском исследовании субструктурной неоднородности текстурованных металлических материалов. Метод включает совмещение текстурной съемки с регистрацией профиля рентгеновских линий. Измеряемые параметры профиля рентгеновской линии — ее истинная угловая полуширина β и угловое положение пика 2θ — определяются искаженностью (фрагментацией) отражающих зерен и межплоскостными расстояниями в их кристаллической решетке. ОППФ-метод позволяет сопоставить субструктурные особенности зерен образца с различными кристаллографическими ориентациями. Приведен алгоритм расчета истинной физической полуширины рентгеновской линии с использованием необходимых компьютерных программ. Для металлических материалов с кристаллическими ГПУ-, ГЦК- и ОЦК-решетками представлены ОППФ β и ОППФ 2θ, а также характерные диаграммы их взаимной корреляции с текстурными прямыми полюсными фигурами. Использование метода ОППФ дает возможность выявить закономерности формирования субструктурной неоднородности при пластической деформации металлов.

31-36 21
Аннотация

Влияние термообработки на скорость коррозии образцов высокоуглеродистых сталей (максимальная коррозионная убыль наблюдается при температуре отпуска 400 °C) основано на возникновении микрогальванических пар между фазовыми составляющими материала. Микрогальванические пары в процессе термообработки перераспределяются, что меняет условия протекания гальванических токов. В свою очередь структурно-фазовый состав обуславливает магнитные свойства сталей и определяет связь их магнитных характеристик с коррозионной активностью. Цель работы — разработка метода контроля скорости коррозии по изменению магнитных характеристик. Установлено, что существует тесная взаимосвязь между коэрцитивной силой и электрохимическим потенциалом (относительно хлорсеребряного электрода) — показателем коррозионной активности. На примере трубопровода из стали 09Г2С, вдоль которого изменение коэрцитивной силы достигало 25 %, показано, что риск развития макрогальванических пар достаточно высок. Предложен экспресс-метод выявления коррозионно опасных зон изделий путем сканирования магнитных параметров материала. В качестве решения проблемы неоднозначности связи коррозионной активности и магнитных параметров использовали многопараметровый подход. Гармоническим разложением петель магнитного гистерезиса образцов стали 45Х получили ряд нечетных гармоник, некоторые из которых слабо коррелировали с коррозионной убылью. Вместе с тем комплексы из нескольких гармоник коррелировали с ней уже в значительно большей степени. Полученные результаты могут быть использованы при технической диагностике и прогнозировании коррозионной активности стальных конструкций до начала их эксплуатации.

37-42 26
Аннотация

Переменные электродинамические параметры искусственных композиционных материалов определяют с помощью методов, которые позволяют одновременно измерять в свободном пространстве диэлектрическую и магнитную проницаемости в широкой полосе. При этом актуальны такие задачи, как отражение электромагнитной волны от границы диэлектрического слоя и моделирование сдвига фазы отраженной волны от пластины диэлектрика. В работе представлены результаты исследования влияния электродинамических параметров материала на характеристики отраженной от диэлектрической пластины волны. Приведены аналитические выражения для фазы отраженной волны при падении плоской волны под углом к пластине материала с переменными электродинамическими параметрами. С использованием матричного метода получены уравнения для расчета сдвига фазы отраженной волны. Установлено, что для падающих волн с векторами электрического поля, лежащими в плоскости падения (TM-волны) и перпендикулярными ей (TE-волны), наблюдается скачок сдвига фазы на π для электрической толщины пластины, кратной половине длины волны. Аналогичный скачок фазы фиксировали в случае падающей TM-волны вблизи угла Брюстера. Представлен анализ частотных зависимостей сдвига фазы, включавших скачок сдвига фазы и падение амплитуды на частоте, а также влияния потерь в материале пластины на сдвиг фазы отраженной волны. Результаты исследования угловой зависимости сдвига фазы отраженной волны от пластины диэлектрика в области угла Брюстера могут быть использованы при решении прикладных задач электродинамики (например, при разработке широкополосного пеленгатора).

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

43-51 41
Аннотация

The history of appearance and the current state of instrumented indentation are briefly described. It is noted that the materials instrumented indentation methods using a pyramid and ball indenters are actively developing and are currently regulated by several Russian and international standards. These standards provide formulas for calculating the Young’s modulus and hardness at maximum indentation load. Instrumented indentation diagrams «load F – displacement α» of a ball indenter for metallic materials were investigated. The special points on the instrumented indentation diagrams «F – α» loading curves in the area of elastic into elastoplastic deformation transition, and in the area of stable elastoplastic deformation are revealed. A loading curve area with the load above which the dF/dα begins to decrease is analyzed. A technique is proposed for converting «F – α» diagrams to «unrestored Brinell hardness HBt – relative unrestored indent depth t/R» diagrams. The elastic and elastoplastic areas of «HBtt/R» diagrams are described by equations obtained analytically and experimentally. The materials strain hardening parameters during ball indentation in the area of elastoplastic and plastic deformation are proposed. The similarity of «HBtt/R» indentation diagram with the «stress σ – strain δ» tensile diagrams containing common zones and points is shown. Methods have been developed for determining hardness at the elastic limit, hardness at the yield strength, and hardness at the ultimate strength by instrumented indentation with the equations for their calculation. Experiments on structural materials with different mechanical properties were carried out by instrumented indentation. The values of hardness at the elastic limit, hardness at the yield strength and hardness at the ultimate strength are determined. It is concluded that the correlations between the elastic limit and hardness at the elastic limit, yield strength and hardness at the yield strength, ultimate tensile strength and hardness at the ultimate strength is more justified, since the listed mechanical characteristics are determined by the common special points of indentation diagrams and tensile tests diagrams.

52-58 23
Аннотация

В процессе эксплуатации наблюдаются случаи появления усталостных трещин в поршневых головках шатунов оппозитных компрессоров. В целях оценки вероятности их безотказной работы проведено исследование нагруженности шатунов компрессоров, работающих в химическом производстве. Экспериментальные исследования напряжений, действующих в элементах конструкций больших размеров, вызывают большие затруднения, поэтому их напряженное состояние определяли расчетными методами. При нагружении шатуна имеется участок, где действует распределенная нагрузка, и участок с зазором между цилиндрическими поверхностями, где контактное давление отсутствует. Установлены силы, действующие на границе участков контакта и зазора пальца с расточкой шатуна: радиальная сила N, тангенциальная сила Q и изгибающий момент M. Силы N и Q рассмотрены как функции угла контакта α. Путем численного эксперимента определены напряжения в зоне от угла α, соответствующего окончанию зоны контакта, до угла перехода головки в стержень шатуна. При этом варьировались эксплуатационные нагрузки и зазоры в сопряжении шатун – палец. Экспериментально определены величины и характер изменения нагрузок, действующих на кривошипно-шатунный механизм компрессора в процессе его работы. Установлен характер распределения напряжений в сечениях шатуна, выявлены наиболее нагруженные сечения. Сопоставление данных натурного эксперимента и результатов численных исследований распределения напряжений показало их практическое совпадение. При этом численный эксперимент позволяет оценить одновременное влияние нагрузок и зазоров на рост напряжений, что практически невозможно осуществить путем экспериментальных исследований.

59-64 25
Аннотация

Метод гистерезисной петли относится к прямым способам определения характеристик рассеяния энергии и изучения процессов неупругости в материалах. Он основан на непосредственном получении петли механического гистерезиса путем статического нагружения и разгрузки образца с замером соответствующих деформаций. Относительное рассеяние энергии при этом определяется как отношение площади петли гистерезиса к упругой энергии, соответствующей максимальной амплитуде деформации. Построение петли гистерезиса выполняли на установке «Крутильный маятник для определения механических свойств материалов», которая может работать как прибор для измерения величины внутреннего рассеяния энергии методом затухающих колебаний и как прецизионная испытательная машина на кручение с использованием деформирующего устройства. Цель работы — определение площади петли статического гистерезиса подбором математических моделей кривых нагружения и разгрузки с последующим численным интегрированием с использованием значений ординат в равноотстоящих точках. Анализ применения полиномов второй или третьей степени проводили по критерию наименьшей суммы квадратов неувязок между эмпирическими и рассчитанными значениями функций. Исходными данными для оценки коэффициентов регрессии в полиномиальных уравнениях являлись экспериментально полученные координаты точек диаграмм деформации образца при его нагружении и разгрузке. Отличительной особенностью предложенного метода является то, что для расчета площади петли статического гистерезиса не используются аналитические зависимости между напряжениями и деформациями, полученные Н. Н. Давиденковым и содержащие трудно определяемые геометрические параметры петли, которые заранее должны быть установлены по известным значениям логарифмического декремента колебаний, определяемым из эксперимента. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что оценка относительного рассеяния энергии в ферритном сером чугуне, выполненная прямым методом определения площади петли механического гистерезиса при различных амплитудах сдвиговой деформации, хорошо согласуется с данными, полученными косвенным методом затухающих колебаний на установке аналогичного класса.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

65-72 25
Аннотация

Рассмотрена задача построения Q-оптимальных планов эксперимента для полиномиальной регрессии на отрезке [–1, 1]. Показано, что известные планы Малютова – Федорова, использующие спектр D-оптимальных планов (спектр Лежандра), Q-оптимальными не являются. Этот вывод является непосредственным следствием замечания Шабадоса к гипотезе Эрдеша, опровергающим ее. Сама гипотеза Эрдеша заключалась в том, что спектр насыщенных D-оптимальных планов для полиномиальной регрессии на отрезке одновременно является и спектром насыщенных Q-оптимальных планов. Приведен насыщенный точный Q-оптимальный план для полиномиальной регрессии степени s = 3, подтверждающий замечание Шабадоса. Далее это утверждение переносится на непрерывные планы. Для случаев s = 3, 4 показано, что известная теорема Малютова – Федорова о непрерывных Q-оптимальных планах также неверна, хотя и остается справедливой для степеней s = 1, 2. Исследованы планы Малютова – Федорова со спектром Лежандра с точки зрения их близости к Q-оптимальным. На примерах показано, что они достаточно близки для малых степеней s полиномиальной регрессии. Найдено универсальное выражение для Q-оптимального распределения весов pi опорных точек xi в случае произвольного спектра. В качестве примера с помощью полученного выражения проведено табулирование распределения весов для планов Малютова – Федорова для s = 3, ..., 6. Отмечена общность полученного выражения для Q-оптимальных весов с A-оптимальным распределением весов (распределение Пукельсхайма) при той же постановке задачи. В заключение дана краткая рекомендация о численном построении Q-оптимальных планов. Отмечено, что помимо традиционных численных методов в данном случае могут быть использованы программные системы символьных вычислений, использующие методы результантов и исключения. Приводимые в статье примеры Q-оптимальных планов построены с использованием именно этих методов.