zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-10-26-33zldm-1504Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATIONИсследование зависимости прочностных характеристик металла от вариаций режимов техпроцессов изготовления с использованием микроструктурно-чувствительных акустических параметровStudy of the dependence of the strength characteristics of metals on variations in the modes of manufacturing process using microstructure-sensitive acoustic parametersКамышевА. В.KamyshevA. V.

Аркадий Вадимович Камышев

603163, г. Нижний Новгород, ул. Бринского, д. 6

Arkady V. Kamyshev

6, ul. Brinskogo, Nizhny Novgorod, 603163

info@encotes.ruПасманикЛ. А.PasmanikL. A.

Лев Абрамович Пасманик

603163, г. Нижний Новгород, ул. Бринского, д. 6

Lev A. Pasmanik

6, ul. Brinskogo, Nizhny Novgorod, 603163

РадостинА. В.RadostinA. V.

Андрей Викторович Радостин

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46

Andrey V. Radostin

46, ul. Ulyanova, Nizhny Novgorod, 603950

ЗайцевВ. Ю.ZaitsevV. Yu.

Владимир Юрьевич Зайцев

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46

 

Vladimir Yu. Zaitsev

46, ul. Ulyanova, Nizhny Novgorod, 603950

ООО «ИНКОТЕС»РоссияENCOTES LLCRussian FederationИнститут прикладной физики РАНРоссияIAP RASRussian Federation20211810202187102633Copyright © Камышев А.В., Пасманик Л.А., Радостин А.В., Зайцев В.Ю., 20212021Камышев А.В., Пасманик Л.А., Радостин А.В., Зайцев В.Ю.Kamyshev A.V., Pasmanik L.A., Radostin A.V., Zaitsev V.Y.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/1504

Микроструктурно-чувствительные акустические параметры (МСА-параметры) металла объекта контроля определяют с использованием измерений эхо-импульсным методом времени распространения объемных упругих волн ультразвукового диапазона. При этом структурные особенности металла оцениваются не только в поверхностном слое, но и по всему объему. В работе представлены результаты применения МСА-параметров для оценки отклонения отношений скоростей продольной и сдвиговых волн относительно «базового» состояния, имеющего заведомо известные прочностные характеристики. Показано, что МСА-параметры зависят от вариаций упругих характеристик, обусловленных особенностями структуры металла. Для их расчета в качестве характеристики «базового» состояния использованы обобщенные значения отношений скоростей волн для сталей одной и той же группы. Приведены обобщенные значения для конструкционных углеродистых, низколегированных и легированных сталей, а также результаты использования МСА-параметров для определения особенностей структуры металла и изменений прочностных характеристик, возникающих при вариациях режимов техпроцессов сварки и термообработки. Проведен сопоставительный анализ МСА-параметров со значениями механических свойств и параметров трещиностойкости металла. Установлено, что реализуемая современными аппаратным средствами точность измерения МСА-параметров существенно превышает их изменения при значимых отклонениях прочностных характеристик. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методик количественной неразрушающей оценки особенностей структуры металла.

The microstructure-sensitive acoustic parameters (MSA parameters) of metal of the object under control are determined using measurements of the propagation time of bulk elastic waves of the ultrasonic range by the echo-pulse method. The structural features of the metal are thus evaluated not only in the surface layer, but also throughout the entire volume. We present the results of practical application of the MSA-parameters to estimation of the deviation of the velocity ratios of longitudinal and shear waves relative to the «basic» state with known strength characteristics. A correlation of the MSA-parameters with variations in the elastic moduli of metals attributed to modification of their microstructure is discussed. The generalized values of the ratios of wave velocities for steels of the same group are used in calculations to characterize the «base» state. It is shown that when calculating the MSA-parameters for a certain kind of construction steel, it is possible to use the averaged ratios of the velocities measured for quasi-isotropic reference samples made of the same type of steel. The generalized baseline ratios of the longitudinal and shear wave velocities are determined for the samples made of carbon steel, low-alloy, and alloyed steels. We present experimental evidence of using MSA-parameters to detect microstructural changes in metal samples and accompanying changes in their strength characteristics that occur during changes in modes and conditions of welding and heat treatment. A comparative analysis of the MSA parameters with the values of the mechanical properties and parameters of the crack resistance of the metal is carried out. It was shown that the accuracy of measuring the MCA parameters provided by modern hardware significantly exceeds changes in them occurred under significant deviations of the strength characteristics. The experimental results obtained clearly indicate that the MSA-parameters can be successfully used to improve the methods of quantitative non-destructive assessment of the features of metal microstructures

неразрушающий контрольструктура материаламеханические свойствахарактеристики трещиностойкостиакустические методы контроляМСА-параметрысварное соединениетермообработкаnon-destructive testingmaterial structuremechanical propertiescrack resistance characteristicsacoustic control methodsMSA-parameterswelded jointheat treatmentReferencesБрандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. — М.: Техносфера, 2004. — 384 с.Brandon D., Kaplan W. Microstructural Characterization of Materials. — John Wiley & Sons Ltd., Chichester, England, 1999. — 409 p.Marcantonio V., Monarca D., Colantoni A., Cecchini M. Ultrasonic Waves for Materials Evaluation in Fatigue, Thermal and Corrosion Damage: A review / Mech. Syst. Signal Proc. 2019. Vol. 120. P. 32 – 42. DOI: 10.1016/j.ymssp.2018.10.012Marcantonio V., Monarca D., Colantoni A., Cecchini M. Ultrasonic Waves for Materials Evaluation in Fatigue, Thermal and Corrosion Damage: A review / Mech. Syst. Signal Proc. 2019. Vol. 120. P. 32 – 42. DOI: 10.1016/j.ymssp.2018.10.012Lukomski T., Stepinski T. Steel hardness evaluation based on ultrasound velocity measurements / Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2010. Vol. 52. N 11. P. 592 – 596. DOI: 10.1784/insi.2010.52.11.592Lukomski T., Stepinski T. Steel hardness evaluation based on ultrasound velocity measurements / Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2010. Vol. 52. N 11. P. 592 – 596. DOI: 10.1784/insi.2010.52.11.592Ivanova Y., Partalin T., Pashkuleva D. Acoustic investigations of the steel samples deformation during the tensile / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2017. Vol. 53. N 1. P. 39 – 50. DOI: 10.1134/S1061830917010077Ivanova Y., Partalin T., Pashkuleva D. Acoustic investigations of the steel samples deformation during the tensile / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2017. Vol. 53. N 1. P. 39 – 50. DOI: 10.1134/S1061830917010077Воробьев Р. А., Евстифеева В. В., Литовченко В. Н. и др. Применение ультразвуковой диагностики для оценки трещиностойкости стали 38ХН3МФА / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 2. С. 64 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-2-64-69Vorob’ev R. A., Evstifeeva V. V., Litovchenko V. N., et al. Application of The Ultrasonic Method of Diagnostics for 38KhN3MFA Steel Crack Resistance Assessment / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2018. Vol. 84. N 2. P. 64 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-2-64-69 [in Russian].Муравьев В. В., Муравьева О. В., Петров К. В. Связь механических свойств пруткового проката из стали 40Х со скоростью объемных и рэлеевских волн / Дефектоскопия. 2017. № 8. С. 20 – 28.Murav’ev V. V., Murav’eva O. V., Petrov K. V. Connection Between The Properties of 40kh-Steel Bar Stock and The Speed of Bulk And Rayleigh Waves / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2017. Vol. 53. N 8. P. 560 – 567. DOI: 10.1134/S1061830917080046Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. — Новосибирск: Наука, 1996. — 184 с.Murav’ev V. V., Zuev L. B., Komarov K. L. The Ultrasonic Velocity and Structure of Steel and Allows. — Novosibirsk: Nauka, 1996. — 184 p. [in Russian].Kobayashi M. Acoustoelastic Theory Deformation for Finite Plastic of Solids / JSME Int. J. 1992. Ser. 1. Vol. 35. N 1. P. 45 – 52. DOI: 10.1299/jsmea.1988.35.1_45Kobayashi M. Acoustoelastic Theory Deformation for Finite Plastic of Solids / JSME Int. J. 1992. Ser. 1. Vol. 35. N 1. P. 45 – 52. DOI: 10.1299/jsmea.1988.35.1_45Semenov A. S., Polyanskii V. A., Shtukin L. V., Tretyakov D. A. Effect of Surface Layer Damage on Acoustic Anisotropy / J. Appl. Mech. Techn. Phys. 2018. Vol. 59. N 6. P. 1136 – 1144. DOI: 10.1134/S0021894418060202Semenov A. S., Polyanskii V. A., Shtukin L. V., Tretyakov D. A. Effect of Surface Layer Damage on Acoustic Anisotropy / J. Appl. Mech. Techn. Phys. 2018. Vol. 59. N 6. P. 1136 – 1144. DOI: 10.1134/S0021894418060202Гончар А. В., Мишакин В. В. Исследование металлических сплавов акустическим методом при статическом и усталостном нагружении / Вестник университета Лобачевского. 2010. № 5(2). С. 116 – 119.Gonchar A. V., Mishakin V. V. Investigation of Metal Alloys by The Acoustic Method at Static and Fatigue Loading / Vestn. Univ. Lobachevskogo. 2010. N 5(2). P. 116 – 119 [in Russian].Хлыбов А. А., Углов А. Л. Исследование накопления усталостных повреждений в образцах из стали 08Х18Н10Т при малоцикловой усталости / Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 3. С. 185 – 190. DOI: 10.17073/0368-0797-2016-3-185-190Khlybov A. A., Uglov A. L. The Research of Accumulation of Fatigue Damage in Samples of 08CR18NI10TI Steel at Low-Cycle Fatigue / Izv. Vuzov. Cher. Metallurg. 2016. Vol. 59. N 3. P. 185 – 190. DOI: 10.17073/0368-0797-2016-3-185-190 [in Russian].Углов А. Л., Хлыбов А. А., Макаров А. Д. и др. Методика оценки поврежденности аустенитной стали при термопульсациях акустическим методом / Труды НГТУ имени Р. Е. Алексеева. 2015. № 4(111). С. 151 – 158.Uglov A. L., Khlybov A. A., Makarov A. D., et al. Technique of Assessing Damage Austenitic Steel Because of Thermal Pulsation by Acoustic Method / Tr. NGTU. 2015. N 4(111). P. 151 – 158 [in Russian].Хлыбов А. А., Рябов Д. А., Пичков С. Н. и др. Разработка акустического метода определения степени наводораживания в конструкциях из титановых сплавов / Дефектоскопия. 2019. № 4. С. 8 – 14. DOI: 10.1134/S013030821904002XKhlybov A. A., Ryabov D. A., Pichkov S. N., et al. Developing An Acoustic Method for Determining The Degree of Hydrogenation in Structures Made of Titanium Alloys / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2019. Vol. 55. N 4. P. 255 – 261. DOI: 10.1134/S1061830919040090Пасманик Л. А., Камышев А. В., Радостин А. В., Зайцев В. Ю. Параметры акустической неоднородности для неразрушающей оценки влияния технологии изготовления и эксплуатационной поврежденности на структуру металла / Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 24 – 36. DOI: 10.31857/S0130308220120039Pasmanik L. A., Kamyshev A. V., Radostin A. V., Zaitsev V. Yu. Parameters of Acoustic Inhomogeneity for Nondestroductive Estimation of the Influence of Manufacturing Technology and Operational Damage on the Structure of Metal / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2020. Vol. 56. N 12. P. 971 – 983. DOI: 10.1134/S1061830920120062Данилов А. В., Камышев А. В., Пасманик Л. А. и др. Применение метода акустоупругости для определения остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях / В мире НК. 2020. Т. 23. № 3. С. 10 – 17. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-10-17Danilov A. V., Kamyshev A. V., Pasmanik L. A., et al. Apply The Acoustoelastic Method to Determine Residual Stresses in Welded Joints / V Mire Nerazrush. Kontrolya. 2020. Vol. 23. N 3. P. 10 – 17. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-10-17 [in Russian].

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