zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-3-51-60zldm-1618Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSРасчетные характеристики прочности сталей ВКС-9М и 300MDesign characteristics of the strength of VKS-9M and 300M steelsКабловЕ. Н.KablovE. N.

Евгений Николаевич Каблов

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Evgeny N. Kablov

17, ul. Radio, Moscow, 105005

ГриневичА. В.GrinevichA. V.

Анатолий Владимирович Гриневич

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Anatoly V. Grinevich

17, ul. Radio, Moscow, 105005

viam660@yandex.ruСлавинА. В.SlavinA. V.

Андрей Вячеславович Славин

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Andrey V. Slavin

17, ul. Radio, Moscow, 105005

КабановИ. В.KabanovI. V.

Илья Викторович Кабанов

144002, Московская область, г. Электросталь, ул. Железнодорожная, д. 1.

 

Ilya V. Kabanov

1, Zheleznodorozhnaya ul., Elektrostal’, Moscow obl., 144002

ГромовВ. И.GromovV. I.

Валерий Игоревич Громов

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Valery I. Gromov

17, ul. Radio, Moscow, 105005

АмпилоговА. Ю.AmpilogovA. Yu.

Алексей Юрьевич Ампилогов

125315, Москва, Ленинградский проспект, д. 68

Alexey Yu. Ampilogov

68, Leningradsky prosp., Moscow, 125315

ЯковлевН. О.YakovlevN. O.

Николай Олегович Яковлев

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Nikolai O. Yakovlev

17, ul. Radio, Moscow, 105005

ПоляковА. Н.PolyakovA. N.

Андрей Николаевич Поляков

125315, Москва, Ленинградский проспект, д. 68

Andrey N. Polyakov

68, Leningradsky prosp., Moscow, 125315

ЯкушеваН. А.YakushevaN. A.

Наталья Александровна Якушева

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Natalia A. Yakusheva

17, ul. Radio, Moscow, 105005

НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМРоссияSIC «Kurchatov Institute» — VIAMRussian FederationАО «Металлургический завод «Электросталь»РоссияJSC «Metallurgical Plant «Elektrostal’»Russian FederationПАО «Корпорация «Иркут»РоссияPJSC «Corporation «Irkut»Russian Federation2022270320228835160Copyright © Каблов Е.Н., Гриневич А.В., Славин А.В., Кабанов И.В., Громов В.И., Ампилогов А.Ю., Яковлев Н.О., Поляков А.Н., Якушева Н.А., 20222022Каблов Е.Н., Гриневич А.В., Славин А.В., Кабанов И.В., Громов В.И., Ампилогов А.Ю., Яковлев Н.О., Поляков А.Н., Якушева Н.А.Kablov E.N., Grinevich A.V., Slavin A.V., Kabanov I.V., Gromov V.I., Ampilogov A.Y., Yakovlev N.O., Polyakov A.N., Yakusheva N.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/1618

Исследованы механические свойства поковок квадратного (до 350 мм) сечения отечественной стали ВКС-9М, полученной дуплекс процессом: вакуумно-индукционной плавкой и вакуумно-дуговым переплавом. Проведено сравнение механических свойств стали ВКС-9М и американской высокопрочной конструкционной стали 300M по расчетным характеристикам материалов. В понятие «расчетные характеристики материалов» авторы статьи включили все механические свойства материалов, используемые для определения прочности и долговечности конструкций. Эти характеристики включают прочностные показатели при квазистатическом растяжении, сжатии, смятии и срезе, а также прочность при переменных нагрузках и трещиностойкость материала. Корректность сравнения расчетных значений статической прочности сталей ВКС-9М и 300M опирается на тождественность методик испытаний и эквивалентность обработки и представления полученных результатов. Прочностные характеристики определяли по отечественным стандартам, которые в своей основе аналогичны американским. Сложная ситуация возникает при определении прочностных показателей вновь разрабатываемого материала. Новый материал, как правило, создают в лабораторных условиях, производят на опытном оборудовании в малых объемах и, следовательно, статистическая оценка генеральной совокупности свойств на этапе разработки недостоверна. При серийном производстве промышленных полуфабрикатов статистическая оценка их прочностных характеристик становится необходимой. В авиационной промышленности законодательно предписана статистическая оценка расчетных значений прочностных характеристик материала. Нормами летной годности установлены уровни расчетных значений прочностных характеристик с определенной вероятностью неразрушения. Для деталей, разрушение которых может привести к аварии, расчетные значения прочностных характеристик материалов должны быть выбраны такими образом, чтобы обеспечивалась прочность материала с вероятностью 99 % — с 95 %-ным доверительным интервалом (базис «А»). Статистическая оценка статических прочностных характеристик двух плавок стали ВКС-9М по базису «А» установила, что они незначительно превышают свойства стали 300M. Полученные данные позволили предположить, что расчетные значения статических прочностных характеристик стали ВКС-9М будут не ниже расчетных значений для стали 300M. Проведены масштабные усталостные испытания стали ВКС-9М, которые показали, что усталостные характеристики сталей ВКС-9М и 300M практически совпадают, так же, как и массивы их определений. Эквивалентность прочностных показателей сталей ВКС-9М и 300M позволяет заменить американскую сталь 300M на отечественную сталь ВКС-9М.

The mechanical properties of square section (up to 350 mm) forgings made of domestic steel VKS-9M (obtained by the duplex process of vacuum induction melting plus vacuum arc remelting) are studied. The mechanical properties of steel VKS-9M and American high-strength structural steel 300M are compared in terms of the calculated characteristics of materials. We extend the concept of «design characteristics of materials» to all the mechanical properties of materials used in determination of the strength and durability of structures. The design characteristics of materials include the strength characteristics under quasi-static tension, compression, crushing and shearing, as well as the strength under variable loads and the crack resistance of the material. The correctness of comparing the calculated values of the static strength of steels VKS-9M and 300M is based on the identity of test methods and the equivalence of processing and presentation of test results. The determination of the strength characteristics was carried out according to domestic standards, which are basically harmonized with the American standards. A difficult situation arises when determining the strength indicators of a newly developed material. Nowel material, as a rule, is developed in laboratory conditions, produced on experimental equipment in small volumes, and, therefore, the statistical assessment of the general population at the development stage is unreliable. In conditions of the full-scale manufacture of industrial semi-finished products, a statistical assessment of their strength characteristics becomes necessary. In the aviation industry, a statistical assessment of the calculated values of the strength characteristics of the material is prescribed by the law. The airworthiness standards set the levels of the calculated values of strength characteristics with a certain probability of non-destruction. For parts, the destruction of which can lead to an accident, the calculated values of the strength characteristics of materials should be selected in such a way that the strength of the material is to be ensured with a probability of 99% — with a 95% confidence interval (basis «A»). Statistical evaluation of the static strength characteristics of two heats of VKS-9M steel on the basis of «A» revealed their insignificant excess in comparison with steel 300M. The data obtained allow us to believe that the calculated values of the static strength characteristics of VKS-9M steel will not be lower than the calculated values for 300M steel. Large-scale fatigue tests of VKS-9M steel were carried out, which proved that the fatigue characteristics of VKS-9M and 300M steels practically coincide, as well as the arrays of their determinations. The equivalence of the strength characteristics of the VKS-9M and 300M steels allows replacement of the American 300M steel by the domestic VKS-9M steel.

высокопрочная стальнесущая способностькоэффициент интенсивности напряженийрасчетные значения прочностных характеристикхарактеристики усталостиhigh-strength steelbearing capacitystress intensity factorcalculated values of strength characteristicsfatigue characteristicsReferencesMMPDS-02: Metallic Materials Properties Development and Standardization. Washington, USA: Federal Aviation Administration, 2005. TN 21263DL.MMPDS-02: Metallic Materials Properties Development and Standardization. Washington, USA: Federal Aviation Administration, 2005. TN 21263DL.Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. — Ижевск: ИКИ, 2012. — 872 с.Cherepanov G. P. Mechanics of brittle fracture. — Izhevsk: IKI, 2012. — 872 p.Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории / Межгосударственный авиационный комитет. 2009.Aviation rules. Part 25. Airworthiness standards of transport category aircraft / Interstate Aviation Committee. 2009.Коневский М. Р. О кинетических характеристиках восстановления и возгонки фосфора из расплавов / Металлы. 2017. № 4. С. 89 – 94.Konevsky M. R. On kinetic characteristics of phosphorus reduction and sublimation from melts / Metally. 2017. N 4. P. 89 – 94 [in Russian].Крылов С. А., Маркова Е. С., Щербаков А. И., Якушева Н. А. Металлургические особенности выплавки высокопрочной мартенситностареющей стали ВКС-180-ИД / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4. С. 14 – 20. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-14-20Krylov S. A., Markova E. S., Shcherbakov A. I., Yakusheva N. A. Metallurgical features of smelting high-strength martensitic aging steel VKS-180-ID / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 4. P. 14 – 20 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-14-20Каблов Д. Е., Сидоров В. В., Мин П. Г., Герасимов В. В., Бондаренко Ю. А. Влияние примесей серы и фосфора на свойства монокристаллов жаропрочного сплава ЖС36-ВИ и разработка эффективных способов его рафинирования / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3. С. 3 – 9. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-3-9Kablov D. E., Sidorov V. V., Min P. G., Gerasimov V. V., Bondarenko Yu. A. The influence of sulfur and phosphorus impurities on the properties of single crystals of heat-resistant alloy ZhS36-VI and the development of effective methods of its refining / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 3. P. 3 – 9 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-3-9Ревтов Н. И., Казачков Е. А., Янг М., Беннет Г. Модифицирование неметаллических включений в непрерывнолитых слитках / Непрерывная разливка стали. — М.: Металлургия, 1989. С. 60 – 66.Revtov N. I., Kazachkov E. A., Yang M., Bennett G. Modification of nonmetallic inclusions in continuously cast ingots / Continuous casting of steel. — Moscow: Metallurgiya, 1989. P. 60 – 66 [in Russian].Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Вершков А. В. Редкие металлы и редкоземельные элементы — материалы современных и будущих высоких технологий / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. № 2. Ст. 01. http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.09.2019).Kablov E. N., Ospennikova O. G., Vershkov A. V. Rare metals and rare earth elements — materials of modern and future high technologies / Tr. VIAM. Électron. Nauch.-Tekhn. Zh. 2013. N 2. St. 01. http://www.viam-works.ru (accessed 12.09.2019).Скупов А. А., Пантелеев М. Д., Иода Е. Н., Мовенко Д. А. Эффективность применения редкоземельных металлов для легирования присадочных материалов / Авиационные материалы и технологии. 2017. № 3. С. 14 – 19. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-3-14-19Skupov A. A., Panteleev M. D., Iodine E. N., Mulenko D. A. Efficacy of the use of rare earth metals for doping of filler materials] / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N 3. P. 14 – 19 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-3-14-19Зайцев А. И., Колдаев А. В., Арутюнян Н. А., Дунаев С. Ф. Принципы создания новых экономнолегированных ферритных сталей с уникальным комплексом свойств / Металлург. 2018. № 6. С. 46 – 52.Zaitsev A. I., Koldaev A. V., Arutyunyan N. A., Dunaev S. F. Principles of creation of new economically alloyed ferritic steels with a unique set of properties / Metallurg. 2018. N 6. P. 46 – 52 [in Russian].Щербаков А. И., Крылов С. А., Калицев В. А., Игнатов В. А. Разработка технологии выплавки высокопрочной мартенситностареющей стали ВКС-180-ИД микролегированной РЗМ / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. № 2. С. 14 – 24. http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.09.2019). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-2-4-4Shcherbakov A. I., Krylov S. A., Kalitsev V. A., Ignatov V. A. Development of technology for smelting high-strength martensitic aging steel VKS-180-ID microalloyed REM / Tr. VIAM. Électron. Nauch.-Tekhn. Zh. 2015. N 2. P. 14 – 24. http://www.viam-works.ru (accessed 12.09.2019) [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-2-4-4Гундобин Н. В., Титов В. И., Пилипенко Л. В. Определение низких содержаний ниобия (0,01 – 0,1 % по массе) в высокопрочных сталях / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. № 6. С. 18 – 23. http://www.viam-works.ru (дата обращения 17.09.2019). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-6-7-7Gundobin N. V., Titov V. I., Pilipenko L. V. Determination of low niobium contents (0.01 — 0.1% by weight) in high-strength steels / Tr. VIAM. Électron. Nauch.-Tekhn. Zh. 2016. N 6. P. 18 – 23. http://www.viam-works.ru (accessed 17.09.2019) [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-6-7-7Покровская Н. Г., Маркова Е. С., Шалькевич А. Б. Высокопрочные конструкционные мартенситностареющие стали в авиастроении / Авиационная промышленность. 2014. № 1. С. 24 – 28.Pokrovskaya N. G., Markova E. S., Shalkevich A. B. High-strength structural maraging steels in the aircraft industry / Aviats. Promyshl. 2014. N 1. P. 24 – 28 [in Russian].Громов В. И., Вознесенская Н. М., Покровская Н. Г., Тонышева О. А. Высокопрочные конструкционные и коррозионностойкие стали ФГУП «ВИАМ» для изделий авиационной техники / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 159 – 174. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-159-174Gromov V. I., Voznesenskaya N. M., Pokrovskaya N. G., Tonysheva O. A. High-strength structural and corrosion-resistant steels of FSUE «VIAM» for aviation equipment products / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N S. P. 159 – 174. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-159-174Пат. 2155820 РФ. Высокопрочная конструкционная сталь / Покровская Н. Г., Беляков Л. Н., Каблов Е. Н. и др.; заявитель и патентообладатель ВИАМ. — № 99110983; заявл. 27.05.99; опубл. 10.09.00.RF Pat. No. 2155820. High-strength structural steel / Pokrovskaya N. G., Belyakov L. N., Kablov E. N., et al.; applicant and owner: All-Russian Research Institute of Aviation Materials. — N 99110903; appl. 27.05.99; publ. 10.09.00.Гриневич А. В., Луценко А. Н., Ерасов В. С., Нужный Г. А. Методика оценки вязкости разрушения в коррозионной среде при длительной статической нагрузке / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 73. № 9. С. 52 – 57.Grinevich A. V., Lutsenko A. N., Yerasov V. S., Nuzhny G. A. Methodology for assessing the fracture toughness in a corrosive environment under prolonged static load / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. N 9. P. 52 – 57 [in Russian].Гриневич А. В., Яковлев Н. О., Скрипачев С. Ю., Нужный Г. А. Коррозионное растрескивание сталей различной прочности в условиях постоянного раскрытия трещины / Деформация и разрушение материалов. 2019. № 1. С. 43 – 48.Grinevich A. V., Yakovlev N. O., Skripachev S. Yu., Nuzhny G. A. Corrosion cracking of steels of various strengths under conditions of constant crack opening / Deform. Razrush. Mater. 2019. N 1. P. 43 – 48 [in Russian].Furuya Y., Torizuka S., Takeuchi E., BacherHochst M., Kuntz M. Ultrasonic fatigue testing on notched and smooth specimens of ultrafine grained steel / Materials and Design. 2021. Vol. 37. P. 515 – 520.Furuya Y., Torizuka S., Takeuchi E., BacherHochst M., Kuntz M. Ultrasonic fatigue testing on notched and smooth specimens of ultrafine grained steel / Materials and Design. 2021. Vol. 37. P. 515 – 520.Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33Kablov E. N. Innovative developments of FSUE «VIAM» of the State Research Center of the Russian Federation on the implementation of «Strategic directions for the development of materials and technologies of their processing for the period up to 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1(34). P. 3 – 33 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

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