zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-6-55-61zldm-1225Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSЭкспериментальное исследование микродеформации конструкционной стали при моделировании эксплуатационных условийExperimental study of micro-deformation of structural steel under simulation of operating conditionsГуляевВ. П.GulyaevV. P.

Владимир Петрович Гуляев

677891, г. Якутск, Белинского ул., д. 58

Vladimir P. Gulyaev

Belinskogo ul. 58, Yakutsk, 677891

uekztddg@mail.ruПетровП. П.PetrovP. P.

Петр Петрович Петров

677890, г. Якутск, Октябрьская ул., д. 1

Petr P. Petrov

Oktyabrskaya ul. 1, Yakutsk, 677890

ppp32@mail.ruСтепановаК. В.StepanovaK. V.

Ксения Валерьевна Степанова

677890, г. Якутск, Октябрьская ул., д. 1

Ksenia V. Stepanova

Oktyabrskaya ul. 1, Yakutsk, 677890

ПлатоновА. А.PlatonovA. A.

Анатолий Андреевич Платонов

677890, г. Якутск, Октябрьская ул., д. 1

Anatoliy A. Platonov

Oktyabrskaya ul. 1, Yakutsk, 677890

МакаровМ. И.MakarovM. I.

Михаил Иванович Макаров

677890, г. Якутск, Октябрьская ул., д. 1

Mikhail I. Makarov

Oktyabrskaya ul. 1, Yakutsk, 677890

ПлатоновМ. А.PlatonovM. A.

Михаил Алексеевич Платонов

677890, г. Якутск, Октябрьская ул., д. 1

Mikhail A. Platonov

Oktyabrskaya ul. 1, Yakutsk, 677890

Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. АммосоваРоссияM. K. Ammosov North-Eastern Federal UniversityRussian FederationИнститут физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАНРоссияV. P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RASRussian Federation2020210620208665561Copyright © Гуляев В.П., Петров П.П., Степанова К.В., Платонов А.А., Макаров М.И., Платонов М.А., 20202020Гуляев В.П., Петров П.П., Степанова К.В., Платонов А.А., Макаров М.И., Платонов М.А.Gulyaev V.P., Petrov P.P., Stepanova K.V., Platonov A.A., Makarov M.I., Platonov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1225

Диагностику несущей способности машин и конструкций, служебных свойств конструкционных материалов проводят разрушающими и неразрушающими методами. В системе неразрушающих методов исследования служебных свойств материалов и изделий особое место занимают радиационные способы, обладающие инструментальными возможностями диагностирования и контроля изменений сплошности твердого тела на разных структурных уровнях. Методом рентгеновской дифрактометрии установлена стабильность напряженно-деформированного состояния образцов конструкционной стали, подвергнутых действию длительных (более 5 лет) статических нагрузок, не превышающих предела текучести материала. Цель данной работы — экспериментальное определение влияния упругих напряжений, постоянно действующих в течение длительного времени, и климатического фактора на изменение полуширины профиля дифракционной линии. Установлено, что прямолинейная зависимость полуширины профиля дифракционной линии сохраняется в диапазоне упругих напряжений, не превышающих 0,5σт. Представлены результаты изменения микроструктурного состояния (микродеформаций), полученные по характеристикам профиля дифракционных линий. Экспериментально установлено, что длительное действие малых упругих напряжений при периодическом годовом колебании температур (2013 – 2018 гг.) существенно не изменяет характеристики профиля дифракционных линий образцов конструкционной стали 08пс. Напротив, низкие климатические температуры способствовали устранению отдельных инструментальных погрешностей, обусловленных конструктивными условиями эксперимента. Резкое изменение значений истинной полуширины профиля дифракционных линий при напряжениях σ > 0,5σт указывает, возможно, на минимальный предел запаса прочности конструкционной стали 08пс при установлении величины допускаемого напряжения (σ). Обнаруженные новые закономерности изменений микропластической деформации в конструкционных сталях в диапазоне упругих напряжений, соответствующих реальным эксплуатационным нагрузкам, требуют дальнейшего изучения и анализа.

Diagnostics of the load bearing capacity of machines and structures, service properties of structural materials are carried out by destructive and non-destructive methods. In the system of non-destructive methods of diagnosing and monitoring of the service properties of materials and products, radiation technologies are of particular importance, since they have instrumental capabilities for diagnosing and controlling changes in the soundness of a solid body at different structural levels. The X-ray diffractometry method provided determination of the stability of the stress-strain state of structural steel samples subjected to prolonged (over 5 years) static loads not exceeding the yield strength of the material. The purpose of the study is to determine experimentally the effect of continuous (since 2013) elastic stress and climatic factors on the change in the half-width of the diffraction line profile. It is shown that the straight-line dependence of the half-width of the diffraction line profile is maintained in the range of elastic stresses not exceeding 0.5σt. The results of changes in the microstructural state (micro-strains) identified by the characteristics of the diffraction lines profile are presented and discussed. The results of the experimental study of the effect of small steady elastic stresses reveal that periodic annual fluctuation of temperatures (2013 – 2018) does not cause a significant change in the properties of the diffraction line profile of the 08ps structural steel samples. On the contrary, low climatic temperatures contributed to the elimination of individual instrumental errors attributed to design conditions of the experiment. A sharp change in the true half-width of the diffraction line profile at the stress values σ > 0.5σt, probably indicates the minimum margin of safety of 08ps structural steel when setting the permissible stress value (σ). The revealed changes in microplastic deformation observed in structural steels in the range of elastic stresses corresponding to real operational loads require further study and analysis.

растяжениедлительные статические нагружениягодовое колебание температурынапряженно-деформированное состояниемикроструктурарентгеноструктурный анализtensionlong-term static loadannual temperature fluctuationstress-strain statemicrostructureX-ray diffraction analysisReferencesАрабей А. Б. Развитие технических требований к металлу труб магистральных газопроводов / Изв. вузов. Черная металлургия. 2010. № 7. С. 3 – 10.Arabei A. B. The development of technical requirements for metal pipes of gas pipelines / Izv. Vuzov. Chern. Metallurg. 2010. N 7. P. 3 – 10 [in Russian].Воробьёв Ю. Л., Акимов В. А., Соколов Ю. И. Системные аварии и катастрофы в техносфере России. — М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, 2012. — 308 с.Vorobyev Y. L., Akimov V. A., Sokolov Yu. I. Systemic accidents and disasters in the technosphere of Russia. — Moscow: FGBU VNII GOChS (FC) MChS Rossii, 2012. — 308 p. [in Russian].Кушнаренко В. М., Чирков Ю. А., Материнко К. Н., Лукашов А. В., Щепинов Д. Н. Методы прогнозирования остаточного ресурса опасных производственных объектов / Машиностроение и машиноведение. Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. № 7. С. 177 – 123.Kushnarenko V. M., Chirkov Yu. A., Materinko K. N., et al. Methods for the residual resource prediction of hazardous production facilities / Mashinostr. Mashinoved. Intell. Innov. Invest. 2016. N 7. P. 177 – 123 [in Russian].Бондарева Н. Н. Опыт и перспективы освоения Арктики промышленно развитыми странами: сб. науч. тр. «Стратегические приоритеты развития Российской Арктики» / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. — М.: Наука, 2014. С. 154 – 179.Bondareva N. N. Experience and prospects for the development of the Arctic by industrialized countries / Proc. of the Conf. «Strategic development priorities of the Russian Arctic». — St. Petersburg – Moscow: Nauka, 2014. P. 154 – 179 [in Russian].Костюченко С. Л. Стратегия освоения минеральных ресурсов Российской Арктики / Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2017. № 1. С. 3 – 12.Kostyuchenko S. L. Mineral Resources Development Strategy of the Russian Arctic / Min. Resursy Rossii. Ékon. Upravl. 2017. N 1. P. 3 – 12 [in Russian].Москвичев В. В. Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений. — Новосибирск: Наука, 2002. — 106 с.Moskvichev V. V. Fundamentals of structural strength of technical systems and engineering structures. — Novosibirsk: Nauka, 2002 [in Russian].Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты, Управление ресурсом эксплуатации высокорисковых объектов / Под общ. ред. Н. А. Махутова. — М.: МГОФ «Знание», 2015. — 600 с.Security of Russia. Legal, socio-economic and scientific-technical aspects. Resource management of high-risk facilities / N. A. Makhutov, ed.. — Moscow: MGOF «Znanie», 2015. — 600 p. [in Russian].Доронин С. В. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. — Новосибирск: Наука, 2005. — 250 с.Doronin S. V. The strength and destruction simulation of the supporting structures of technical systems. — Novosibirsk: Nauka, 2005. — 250 p. [in Russian].Алешин Н. П. Оценка остаточного ресурса сварных конструкций / Сварка и диагностика. 2007. № 2. С. 4 – 10.Aleshin N. P. Residual life assessment of welded structures / Svarka Diagn. 2007. N 2. P. 4 – 10 [in Russian].Клюев В. В., Артемьев Б. В., Матвеев В. И. Состояние и развитие методов технической диагностики / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Том 81. № 4. С. 73 – 78.Kluyev V. V., Artemyev B. V., Matveev V. I. State and development of technical diagnostic methods / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 4. P. 73 – 78 [in Russian].Алешин Н. П. Возможности методов неразрушающего контроля при оценке напряженно-деформированного состояния нагруженных металлоконструкций / Сварка и Диагностика. 2011. № 6. С. 44 – 47.Aleshin N. P. The possibilities of non-destructive testing methods in assessing of the stress-strain state of loaded metal structures / Svarka Diagn. 2011. N 6. P. 44 – 47 [in Russian].Gulyaev V. P., Petrov P. P., Stepanova K. V. Diagnostics of critical states of constructions operated under low temperature conditions / Polar Mechanics 2018, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 193. 012015. DOI: 10.1088/1755-1315/193/1/012015.Gulyaev V. P., Petrov P. P., Stepanova K. V. Diagnostics of critical states of constructions operated under low temperature conditions / Polar Mechanics 2018, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 193. 012015. DOI: 10.1088/1755-1315/193/1/012015.Гуляев В. П., Сибиряков М. М., Петров П. П., Степанова К. В. Влияние формы включений графита в чугунах на искажения кристаллической решетки и трещиностойкость при моделировании эксплуатационных нагрузок на рабочие органы горных машин, работающих в условиях естественных низких температур / Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2018. Т. 24. № 2. С. 58 – 65.Gulyaev V. P., Sibiryakov M. M., Petrov P. P., Stepanova K. V. Effect of graphite inclusions form in cast irons on distortions of a crystal lattice and crack resistance at modeling of operational loads of working elements of mining machines functioning in natural low temperatures conditions / Prirod. Resursy Arktiki Subarkt. 2018. Vol. 24. N 2. P. 58 – 65 [in Russian].Барахтин Б. К., Лебедев М. П., Петров П. П., Макаров В. В. Оптимизация внутреннего строения материалов для работы в экстремальных условиях. — М.: Академия, 2000. — 156 с.Barakhtin B. K., Lebedev M. P., Petrov P. P., Makarov V. V. Optimization of the internal structure of materials for operation under extreme conditions. — Moscow: Akademiya, 2000. — 156 p. [in Russian].Бокучава Г. Д., Папушкин И. В., Сумин В. В., Балагуров А. М., Шептяков Д. В. Изучение микродеформации в дисперсионно-упрочненных сталях / Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 1. С. 165 – 169.Bokuchava G. D., Papushkin I. V., Sumin V. V., et al. Study of microstrain in dispersion-strengthened steels / Fiz. Tv. Tela. 2014. Vol. 56. N 1. P. 165 – 169 [in Russian].Конева Н. А., Киселева С. Ф., Попова Н. А., Козлов Э. В. Распределение избыточной плотности дислокаций при деформации аустенитной стали / Изв. РАН. Серия физическая. 2015. Т. 79. № 9. С. 1311 – 1313.Koneva N. A., Kiseleva S. F., Popova N. A., Kozlov E. V. Distribution of excess dislocation density at austenitic steel deformation / Izv. RAN. Ser. Fiz. 2015. Vol. 79. N 9. P. 1311 – 1313 [in Russian].Киле Е. О., Корчевский В. В., Сюй А. В. Влияние инструментальных погрешностей рентгеновского дифрактометра на ширину дифракционной линии / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. № 4. С. 7 – 10.Kile E. O., Korchevskiy V. V., Syuy A. V. The effect of instrumental errors of the X-ray diffractometer on the diffraction line width / Fund. Probl. Sovr. Materialoved. 2011. Vol. 8. N 4. P. 7 – 10 [in Russian].Перевалова О. Б., Панин А. В. Влияние пластической деформации на микроискажения и среднеквадратичные смещения атомов в твердом растворе α-фазы малоуглеродистой ферритно-мартенситной стали / Известия РАН. Сер. физическая. 2012. Т. 76. № 10. С. 1257 – 1261.Perevalova O. B., Panin A. V. Effect of plastic deformation on microdistortion and root-mean-square atomic displacements in the solid solution of the α-phase of low-carbon ferritic-martensitic steel / Izv. RAN. Ser. Fiz. 2012. Vol. 76. N 10. P. 1257 – 1261 [in Russian].Балагуров А. М., Благов А. Е., Занавескина И. С., Ковальчук М. В., Писаревский Ю. В., Таргонский А. В. Изучение дефектной структуры кристаллических материалов на основе нейтронной и рентгеноакустической дифрактометрии. Разработка рентгеноакустического метода изучения динамики механической деформации кристаллов «in situ» / Вестник РФФИ. 2015. Т. 86. № 2. С. 85 – 89.Balagurov A. M., Blagov A. E., Zanaveskina I. S., et al. Study of the defect structure of crystalline materials based on neutron and X-ray acoustic diffractometry. Development of an X-ray acoustic method for study of mechanical deformation dynamics of crystals in-situ / Vestn. RFFI. 2015. Vol. 86. N 2. P. 85 – 89 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.