zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-10-40-43zldm-1506Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATIONОпределение давления внутри порDetermination of the pressure inside poresАлымовМ. И.AlymovМ. I.

Михаил Иванович Алымов

142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, д. 8

Mikhail I. Alymov

8, ul. Akademika Osipyana, Chernogolovka, Moskovskaya obl., 142432

alymov.mi@gmail.comАверинС. И.AverinS. I.

Сергей Иванович Аверин

119334, Москва, Ленинский пр., д. 49

Sergey I. Averin

49, Leninsky prosp., Moscow, 119334

МорозовЕ. М.MorozovE. M.

Евгений Михайлович Морозов

115409, Москва, Каширское ш., д. 31

Evgeny M. Morozov

31, Kashirskoe sh., Moscow, 115409

СайковИ. В.SaikovI. V.

Иван Владимирович Сайков

142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, д. 8

Ivan V. Saikov

8, ul. Akademika Osipyana, Chernogolovka, Moskovskaya obl., 142432

ГалиевФ. Ф.GalievF. F.

Фанис Фанилович Галиев

142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, д. 8

Fanis F. Galiev

8, ul. Akademika Osipyana, Chernogolovka, Moskovskaya obl., 142432

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова РАНРоссияA. G. Merzhanov Institute of structural macrokinetics and materials science, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАНРоссияA. A. Baikov Institute of Metallurgy and materials science, Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational research nuclear university MEPHIRussian Federation20211810202187104043Copyright © Алымов М.И., Аверин С.И., Морозов Е.М., Сайков И.В., Галиев Ф.Ф., 20212021Алымов М.И., Аверин С.И., Морозов Е.М., Сайков И.В., Галиев Ф.Ф.Alymov М.I., Averin S.I., Morozov E.M., Saikov I.V., Galiev F.F.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/1506

Определение пористости, структурных характеристик пор и давления газа в закрытых порах — важнейшая часть оценки физико-механических свойств материалов. По давлению внутри поры можно судить о степени прочностной надежности пористого объема изделия. Кроме того, данные о давлении позволят оптимизировать технологические процессы изготовления изделий, управлять их структурой и свойствами, избегать образования трещин на границах частиц, составляющих материал. В работе представлен метод расчета внутреннего давления в сферический поре, возникшей в материале изделия, изготовленном порошковой металлургией или аддитивными технологиями. Предложенный способ измерения внутреннего давления в поре основан на приложении к изделию внешнего давления, измерении перемещений точек поверхности поры и вычислении давления по разности смещений. При этом использованы известные решения задачи теории упругости о деформации сферической полости, расположенной в центре сферического полого шара. Полученные результаты могут быть использованы для оценки свойств и структуры изделий, полученных аддитивной технологией и порошковой металлургией, а также для совершенствования технологии их изготовления.

Determination of the porosity, structural characteristics of pores, and gas pressure in closed pores is the most important part of assessing physical and mechanical properties of materials. The internal pressure inside the pore can be used in estimating the level of strength reliability of the porous volume of the product to optimize the technological processes of product manufacturing, control their structure and properties, and avoid the formation of cracks at the boundaries of the particles consisting the material. We present a method for calculating the internal pressure in a spherical pore that has arisen in the material of a product obtained using powder metallurgy or additive technologies. The proposed procedure for measuring internal pressure in a pore consists in application of an external pressure to the product, measurements of the displacements of the points on the pore surface, and calculation of the internal pressure from the difference between the displacements. In this case, the known solutions of the problem of the theory of elasticity regarding the deformation of a spherical cavity located in the center of a spherical hollow ball are used. The results obtained can be used to assess the properties and structure of the products obtained by additive technology and methods of powder metallurgy, as well as to improve the technology of their manufacture.

давление в поретеория упругостипористый материалпорошковая металлургияgas pressure inside the poretheory of elasticityporous materialpowder metallurgyReferencesJibowu T. A Review on Nanoporous Metals / Frontiers in Nanoscience and Nanotechnology. 2016. Vol. 2(4). P. 165 – 168. DOI: 10.15761/FNN.1000129Jibowu T. A Review on Nanoporous Metals / Frontiers in Nanoscience and Nanotechnology. 2016. Vol. 2(4). P. 165 – 168. DOI: 10.15761/FNN.1000129Basgul C., Yu T., MacDonald D., Siskey R., Marcolongo M., Kurtz S. Does annealing improve the interlayer adhesion and structural integrity of FFF 3D printed PEEK lumbar spinal cages? / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. Vol. 102. 103455. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2019.103455Basgul C., Yu T., MacDonald D., Siskey R., Marcolongo M., Kurtz S. Does annealing improve the interlayer adhesion and structural integrity of FFF 3D printed PEEK lumbar spinal cages? / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. Vol. 102. 103455. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2019.103455Jun L., Xiaolin C., Hooper G., Lim K., Woodfield T. Rational design, bio-functionalization and biological performance of hybrid additive manufactured titanium implants for orthopaedic applications: а review / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. Vol. 105. 103671. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.103671Jun L., Xiaolin C., Hooper G., Lim K., Woodfield T. Rational design, bio-functionalization and biological performance of hybrid additive manufactured titanium implants for orthopaedic applications: а review / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. Vol. 105. 103671. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.103671Luo S., Liu B., Tian J., Qian M. Sintering of titanium in argon and vacuum: Pore evolution and mechanical properties / Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 90. 105226. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2020.105226Luo S., Liu B., Tian J., Qian M. Sintering of titanium in argon and vacuum: Pore evolution and mechanical properties / Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 90. 105226. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2020.105226Kale A., Kim B.-K., Kim D.-I., Castle E., Reece M., Choi Sh.-H. An investigation of the corrosion behavior of 316L stainless steel fabricated by SLM and SPS techniques / Mater. Charact. 2020. Vol. 163. 110204. DOI: 10.1016/j.matchar.2020.110204Kale A., Kim B.-K., Kim D.-I., Castle E., Reece M., Choi Sh.-H. An investigation of the corrosion behavior of 316L stainless steel fabricated by SLM and SPS techniques / Mater. Charact. 2020. Vol. 163. 110204. DOI: 10.1016/j.matchar.2020. 110204Bandyopadhyay A., Espana F., Balla V., Bose S., Ohgami Y., Davies N. Influence of porosity on mechanical properties and in vivo response of Ti6Al4V implants / Acta Biomater. 2010. Vol. 6. N 4. P. 1640 – 1648. DOI: 10.1016/j.actbio.2009.11.011Bandyopadhyay A., Espana F., Balla V., Bose S., Ohgami Y., Davies N. Influence of porosity on mechanical properties and in vivo response of Ti6Al4V implants / Acta Biomater. 2010. Vol. 6. N 4. P. 1640 – 1648. DOI: 10.1016/j.actbio.2009.11.011Егоров М. С., Красило М. С., Дедов М. Ю. Механические свойства спеченных материалов. Влияние пористости на пластичность порошковых сплавов / Фундаментальные основы механики. 2018. № 3. С. 143 – 149.Egorov M. S., Krasilo M. S., Dedov M. Yu. Mechanical properties of sintered materials. Effect of porosity on the powder alloys ductility / Fundam. Osn. Mekh. 2018. N 3. P. 143 – 149 [in Russian].Пучка О. В., Вайсера С. С. К вопросу о повышении прочности пористых материалов / Международная науч.-практ. конф. «Наукоемкие технологии и инновации»: сб. докл. — Белгород, 2016. С. 332 – 337.Puchka O. V., Vaisera S. S. On the issue of porous materials strength increasing / Int. Sci. and Pract. Conf. «Science-based technologies and innovations»: Coll. of reports. — Belgorod, 2016. P. 332 – 337 [in Russian].Bajare D., Kazjonovs J., Korjakins A. Lightweight Concrete with Aggregates Made by Using Industrial Waste / J. Sustain. Architect. Civil Eng. 2013. Vol. 4. N 5. P. 67 – 73. DOI: 10.5755/j01.sace.4.5.4188Bajare D., Kazjonovs J., Korjakins A. Lightweight Concrete with Aggregates Made by Using Industrial Waste / J. Sustain. Architect. Civil Eng. 2013. Vol. 4. N 5. P. 67 – 73. DOI: 10.5755/j01.sace.4.5.4188Pavlenko A., Koshlak H., Cheilytko A., Nosov M. Study of the formation of gas-vapor in the liquid mixture / East.-Eur. J. Enterp. Technol. 2016. V. 4. N 5(82). P. 58 – 65. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.75428Pavlenko A., Koshlak H., Cheilytko A., Nosov M. Study of the formation of gas-vapor in the liquid mixture / East.-Eur. J. Enterp. Technol. 2016. Vol. 4. N 5(82). P. 58 – 65. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.75428Ronneberg T., Davies C., Hooper P. Revealing relationships between porosity, microstructure and mechanical properties of laser powder bed fusion 316L stainless steel through heat treatment / Mater. Des. 2020. Vol. 189. 108481. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.108481Ronneberg T., Davies C., Hooper P. Revealing relationships between porosity, microstructure and mechanical properties of laser powder bed fusion 316L stainless steel through heat treatment / Mater. Des. 2020. Vol. 189. 108481. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.108481Lopez-Pamies O., Castañeda P., Idiart M. Effects of internal pore pressure on closed-cell elastomeric foams / Int. J. Solids Struct. 2012. Vol. 49. N 19 – 20. P. 2793 – 2798. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.02.024Lopez-Pamies O. Castańeda P., Idiart M. Effects of internal pore pressure on closed-cell elastomeric foams / Int. J. Solids Struct. 2012. Vol. 49. N 19 – 20. P. 2793 – 2798. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.02.024Aboudi J., Arnold S., Bednarcyk B. Micromechanics of Composite Materials: A Generalized Multiscale Analysis Approach. — Elsevier, 2013. — 973 p.Aboudi J., Arnold S., Bednarcyk B. Micromechanics of Composite Materials: A Generalized Multiscale Analysis Approach. — Elsevier, 2013. — 973 p.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. — М.: Наука, 1987. — 246 с.Landau L. D., Lifshits E. M. Theory of elasticity. — Moscow: Nauka, 1987. — 246 p. [in Russian].Бобылев А. В. Механические и технологические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1987. — 208 с.Бобылев А. В. Механические и технологические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1987. — 208 с.

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