zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-5-60-68zldm-2203Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSВыявление дефектов структуры и их влияние на характеристики магнитной памяти, статическую и циклическую прочность тонколистовой трип-стали ВНС9-ШIdentification of structural defects and their impact on the magnetic memory, static and cyclic strength of VNS9-SH thin sheet trip-steelДубовА. А.DubovA. A.

Анатолий Александрович Дубов 

143965, Московская область, г. Реутов, Юбилейный просп., д. 8

Anatoly A. Dubov 

8, Yubileiny prosp., Reutov, Moscow oblast’, 143965

ДубовА. А.DubovA. A.

Александр Анатольевич Дубов

143965, Московская область, г. Реутов, Юбилейный просп., д. 8

Alexander A. Dubov

8, Yubileiny prosp., Reutov, Moscow oblast’, 143965

ЯмчукА. В.YamchukA. V.

Алексей Васильевич Ямчук

143965, Московская область, г. Реутов, Юбилейный просп., д. 8

Alexey V. Yamchuk

8, Yubileiny prosp., Reutov, Moscow oblast’, 143965

СобранинА. А.SobraninA. A.

Александр Александрович Собранин

143965, Московская область, г. Реутов, Юбилейный просп., д. 8

Alexander A. Sobranin

8, Yubileiny prosp., Reutov, Moscow oblast’, 143965

СлизовА. К.SlizovA. К.

Александр Кузьмич Слизов

140070, Московская область, п. Томилино, ул. Гаршина, д. 26/1

Alexander K. Slizov

26/1, Garshina ul., Tomilino, Moscow oblast’, 140070

АрсеновА. В.ArsenovA. V.

Андрей Васильевич Арсенов

140070, Московская область, п. Томилино, ул. Гаршина, д. 26/1

Andrey V. Arsenov

26/1, Garshina ul., Tomilino, Moscow oblast’, 140070

ПросвирнинД. В.ProsvirninD. V.

Дмитрий Викторович Просвирнин

119991, Москва, Ленинский просп., д. 49

Dmitry V. Prosvirnin

49, Leninsky prosp., Moscow, 119991

МарченковА. Ю.MarchenkovA. Yu.

Артем Юрьевич Марченков

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

Artem Yu. Marchenkov

14, Krasnokazarmennaya ul., Moscow, 111250

 

art-marchenkov@yandex.ruООО «Энергодиагностика»РоссияEnergodiagnostika Co. Ltd.Russian FederationАО «НЦВ имени М. Л. Миля и Н. И. Камова»РоссияJSC «M. L. Mil and N. I. Kamov National Center for Helicopter Engineering»Russian FederationИМЕТ РАН им. А. А. БайковаРоссияA. A. Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences (IMET RAS)Russian FederationНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational research university «Moscow Power Engineering Institute»Russian Federation2024230520249056068Copyright © Дубов А.А., Дубов А.А., Ямчук А.В., Собранин А.А., Слизов А.К., Арсенов А.В., Просвирнин Д.В., Марченков А.Ю., 20242024Дубов А.А., Дубов А.А., Ямчук А.В., Собранин А.А., Слизов А.К., Арсенов А.В., Просвирнин Д.В., Марченков А.Ю.Dubov A.A., Dubov A.A., Yamchuk A.V., Sobranin A.A., Slizov A.К., Arsenov A.V., Prosvirnin D.V., Marchenkov A.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/2203

Выявление дефектов микроструктуры, являющихся источниками концентрации напряжений (КН) в процессе эксплуатации изделий машиностроения — важная научно-практическая задача, актуальная для производственных предприятий и эксплуатирующих организаций. Для ответственных деталей вертолетной техники, изготовленных из листовой трип-стали ВНС9-Ш (23Х15Н5АМ3-Ш) и работающих в условиях циклических нагрузок, эта задача особенно актуальна и трудна из-за сложной микроструктуры этой стали и малой толщины лент и листов. В целях оценки влияния дефектов структуры на циклическую прочность изделий, изготавливаемых из тонколистовой стали ВНС9-Ш, проведены испытания предварительно подготовленных образцов. Их сортировали на основе результатов контроля методом магнитной памяти металла (МПМ) и металлографических исследований. Метод МПМ — структурно-чувствительный метод исследования, позволяющий получать информацию о наличии дефектов структуры, возникающих в процессе изготовления изделий. В результате контроля методом МПМ на поверхности листов, вырезанных из новых лент пяти разных партий, выявлены магнитные аномалии в виде резкого локального изменения собственного магнитного поля рассеяния (СМПР) (H) и его градиента |ΔH| по длине контролируемого участка Δx. Выполнена условная классификация выявленных аномалий по величине градиента магнитного поля. В зонах магнитных аномалий и вне их из листов вырезали образцы двух типов: 1 — для статистических и циклических испытаний; 2 — для металлографических исследований. Геометрические параметры и значения градиента поля магнитных аномалий на образцах типа 1 и типа 2 были одинаковыми. Металлографическими исследованиями в зонах максимальных значений градиента магнитного поля на образцах типа 2 выявлены дефекты в виде полосы на границе разных структур, являющейся структурным концентратором напряжений (СКН), — источником неоднородности и изменения магнитных свойств. Затем были отобраны образцы типа 1 с аналогичными магнитными аномалиями, а также без магнитных аномалий для статических и циклических испытаний. Проведены сравнительные испытания образцов с указанными СКН и образцов без СКН на статическую и циклическую прочность. Показано, что наличие в образцах зон СКН практически не влияет на статическую прочность, однако уменьшает число циклов до разрушения при циклических испытаниях на один-два порядка по сравнению с образцами без СКН. На основе циклических испытаний образцов на растяжение установлено предельное значение градиента магнитного поля, соответствующее допустимому уровню концентрации напряжений на дефектах структуры. Это значение рекомендовано для применения в качестве браковочного критерия при контроле новой ленты методом МПМ.

Identification of microstructure defects, which are stress concentrators (SC) during the operation of mechanical engineering products, is an important scientific and practical task relevant for manufacturing enterprises. This problem becomes especially urgent and difficult for critical helicopter parts made of sheet TRIP steel VNS9-Sh (23Kh15N5AM3-Sh) and operating under cyclic loads due to the complex microstructure of the steel and small thickness of strips and sheets. To assess the impact of structural defects on the cyclic strength of products made of the steel under study, the specimens were preliminary sorted proceeding from the results of their testing using the method of metal magnetic memory (MMM) and metallographic studies. The MMM method is a structure-sensitive procedure which provides information about the presence of structural defects that arise during the manufacture. Magnetic anomalies in the form of sharp local changes in the intrinsic stray magnetic field (SSMF) (H) and its gradient |ΔH| along the length of the controlled section Δx, were identified on the surface of sheets cut from five different batches. A conventional classification of the identified anomalies was made according to the magnitude of the magnetic field gradient. The specimens of two types were cut in zones of magnetic anomalies and outside them: type 1 — for cyclic tests and type 2 — for metallographic studies. The geometric parameters and field gradient values of magnetic anomalies on specimens of type 1 and type 2 were the same. Metallographic studies in zones of maximum magnetic field gradient on type 2 specimens revealed defects in the form of a strip at the boundary of different structures, which is a structural stress concentrator (SSC) and a source of the inhomogeneity and changes in the magnetic properties. Type 1 specimens with similar magnetic anomalies and Type 1 specimens cut from sheets outside zones of magnetic anomalies were then selected for cyclic testing. Comparative tests for cyclic strength of the specimens with and without specified SSC were carried out. It is shown that the presence of SSC zones in the specimens reduces the number of cycles to failure during cyclic tests by 1 – 2 orders of magnitude compared to the specimens free of SSC. Based on cyclic tensile tests of specimens, a limiting value of the magnetic field gradient was determined that corresponds to the acceptable level of stress concentration on structural defects. This value is recommended for use as a rejection criterion when examining a new tape by the MMM method.

 

магнитная память металламеханические свойствамикроструктуранапряжениеструктурный концентратор напряженийзона концентрации напряженийmagnetic memory of metalmechanical propertiesmicrostructurestressstructural stress concentratorstress concentration zone.ReferencesТерентьев В. Ф., Слизов А. К., Просвирнин Д. В., Сиротинкин В. П., Ашмарин А. А. Влияние скорости деформирования растяжением на механические свойства и фазовый состав трип-стали ВНС 9-Ш / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 10. С. 40 – 43.Terentiev V. F., Slizov A. K., Prosvirnin D. V., Sirotinkin V. P., Ashmarin A. A. Effect of tensile strain rate on mechanical properties and phase composition of VNS 9-BB Trip Steel / Deform. Razrush. Mater. 2014. N 10. P. 40 – 43 [in Russian].Терентьев В. Ф., Слизов А. К., Просвирнин Д. В. Оценка оптимального количества мартенсита деформации для тонколистовой аустенитно-мартенситной трип-стали ответственного назначения / Деформация и разрушение материалов. 2017. № 3. С. 33 – 37.Terentiev V. F., Slizov A. K., Prosvirnin D. V., Korableva S. A., Ashmarin A. A. Study of helicopter rotor torsion bars material fatigue properties before and after operation / Deform. Razrush. Mater. 2013. N 5. P. 18 – 24 [in Russian].Матюнин В. М., Терентьев В. Ф., Марченков А. Ю., Слизов А. К. Методика определения твердости и других механических свойств тонколистовой трип-стали индентированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 49 – 53.Matyunin V. M., Terentyev V. F., Marchenkov A. Yu., Slizov A. K. Method of hardness and mechanical properties evaluation of thin-sheet TRIP steel by indentation / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. N 7. P. 49 – 53 [in Russian].Wadley H. N. G., Mehrabian R. Acoustic emission for materials processing: a review / Materials Science and Engineering. 1984. Vol. 65. N 2. P. 245 – 263. DOI: 10.1016/0025-5416(84)90086-7Wadley H. N. G., Mehrabian R. Acoustic emission for materials processing: a review / Materials Science and Engineering. 1984. Vol. 65. N 2. P. 245 – 263. DOI: 10.1016/0025-5416(84)90086-7Tilak J. V., Sudha J., Padmanabhan K. A., Frolova A. V., Stolyarov V. V. Influence of strain rate and strain at temperature on TRIP effect in a metastable austenitic stainless steel / Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 777. N 2. 139046. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139046Tilak J. V., Sudha J., Padmanabhan K. A., Frolova A. V., Stolyarov V. V. Influence of strain rate and strain at temperature on TRIP effect in a metastable austenitic stainless steel / Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 777. N 2. 139046. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139046Ефимов А. Г. Электромагнитные и магнитные методы неразрушающего контроля для контроля накопления поврежденности в конструкционных сталях и сплавах (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 8. С. 49 – 57. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57Efimov A. G. Electromagnetic and magnetic methods for non-destructive testing of damage control of structural steels and alloys (review) / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. N 8. P. 49 – 57 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57Тютин М. Р., Ботвина Л. Р., Левин В. П., Ефимов А. Г., Кузелев Н. Р. Исследование механических свойств конструкционных сталей акустическими и магнитными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 44 – 48.Tyutin M. R., Botvina L. R., Levin V. P., Efimov A. G., Kuzelev N. R. Investigation of structural steels mechanical properties by acoustic and magnetic methods / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. N 7. P. 44 – 48 [in Russian].Загидулин Р. В., Загудулин Т. Р., Осипов К. О. Исследование влияния структуры и элементного состава сплава на результаты магнитного контроля напряжённого состояния металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 7. С. 55 – 61. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-55-61Zagidulin R. V., Zagidulin T. R., Osipov K. O. Investigation of the impact of microstructure and chemical composition of alloys on the results of stress-strain state assessment by magnetic methods / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. N 7. P. 55 – 61 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-55-61Махутов Н. А., Дубов А. А., Денисов А. С. Исследование статических и циклических деформаций с использованием метода магнитной памяти металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 3. С. 42 – 47.Makhutov N. A., Dubov A. A., Denisov A. S. Study of static and cyclic strains using the metal magnetic memory method / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2008. N 3. P. 42 – 47 [in Russian].Dubov A. A., Ladanyi P., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Experimental substantiation of diagnostic parameters used in metal magnetic memory method / Insight. 2022. Vol. 64. N 2. P. 79 – 83. DOI: 10.1784/insi.2022.64.2.79Dubov A. A., Ladanyi P., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Experimental substantiation of diagnostic parameters used in metal magnetic memory method / Insight. 2022. Vol. 64. N 2. P. 79 – 83. DOI: 10.1784/insi.2022.64.2.79Ботвина Л. Р., Дубов А. А., Семашко Н. А., Привалов В. Ю., Цепелев А. Б. О взаимосвязи магнитных, акустических и механических характеристик, оцененных в процессе растяжения стальных образцов / Технология металлов. 2017. № 9. С. 21 – 25.Botvina L. R., Dubov A. A., Semashko N. A., Privalov V. Yu., Tsepelev A. B. On relationship of magnetic, acoustic and mechanical characteristics assessed during tensile testing of steel specimens / Tekhnol. Met. 2017. N 9. P. 21 – 25 [in Russian].Dubov A. A., Dubov Al. A., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Study of the structure and mechanical properties of engineering products made of austenitic-martensitic steel, using the metal magnetic memory technique / Welding in the World. 2020. Vol. 64. N 11. P. 1887 – 1895. DOI: 10.1007/s40194-020-00968-2Dubov A. A., Dubov Al. A., Marchenkov A. Y., Kolokolnikov S. M. Study of the structure and mechanical properties of engineering products made of austenitic-martensitic steel, using the metal magnetic memory technique / Welding in the World. 2020. Vol. 64. N 11. P. 1887 – 1895. DOI: 10.1007/s40194-020-00968-2Горицкий В. М., Дубов А. А., Демин Е. А. Исследование структурной повреждаемости стальных образцов с использованием метода магнитной памяти металла / Контроль. Диагностика. 2000. № 7. С. 23 – 27.Goritsky V. M., Dubov A. A., Demin E. A. Investigation of steel samples structural damaging using the metal magnetic memory method / Kontrol’ Daign. 2000. N 7. P. 23 – 27 [in Russian].Терентьев В. Ф., Алексеева Л. Е., Кораблева С. А., Просвирнин Д. В., Панкова М. Н., Филиппов Г. А. Статическая и усталостная прочность трип-стали системы C – Ni – Cr / Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2012. № 1. С. 8 – 14.Terentiev V. F., Alekseeva L. E., Korableva S. A., Prosvirnin D. V., Pankova M. N., Filippov G. A. Static and fatigue strength of C – Ni – Cr system trip steel / Nov. Mater. Tekhnol. Metalurgii Mashinostr. 2012. N 1. P. 8 – 14 [in Russian].Терентьев В. Ф., Алексеева Л. Е., Кораблева С. А., Просвирнин Д. В., Панкова М. Н., Филиппов Г. А. Циклическая выносливость высокопрочной коррозионно-стойкой тонколистовой трип-стали / Деформация и разрушение материалов. 2013. № 3. С. 22 – 27.Terentiev V. F., Alekseeva L. E., Korableva S. A., Prosvirnin D. V., Pankova M. N., Filippov G. A. Cyclic endurance of high-strength corrosion-resistant sheet trip-steel / Deform. Razrush. Mater. 2013. N 3. P. 22 – 27 [in Russian].Дубов А. А., Дубов Ал. А., Колокольников С. М. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. — М.: Спектр, 2012. — 395 с.Dubov A. A., Dubov Al. A., Kolokolnikov S. M. Metal magnetic memory method and inspection instruments. — Moscow: Spektr, 2012. — 395 p. [in Russian].Плотников В. А., Пачин И. М., Грязнов А. С. Акустическая эмиссия и релаксационные процессы при термоупругих мартенситных превращениях / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2006. № 1. С. 41 – 48.Plotnikov V. A., Pachin I. M., Gryaznov A. S. Acoustic emission and relaxation processes during thermoelastic martensitic transformations / Fundamental problems of modern materials science. 2006. N 1. P. 41 – 48 [in Russian].Чащина В. Г., Кащенко М. П. Экспериментальные основания динамической теории мартенситных превращений. — Екатеринбург: УрФУ, 2020. — 46 с.Chashchina V. G., Kashchenko M. P. Experimental bases of the dynamic theory of martensitic transformations. — Yekaterinburg: Ural State University, 2020. — 46 p. [in Russian].Алексеева Л. Е., Баев А. С., Буржанов А. А., Михеев С. В., Филиппов Г. А. Механизм усталостного разрушения трип-стали при воздействии циклических нагрузок / Деформация и разрушение материалов. 2009. № 12. С. 25 – 26.Alekseeva L. E., Baev A. S., Burzhanov A. A., Mikheev S. V., Filippov G. A. The mechanism of trip steel fatigue failure under the effect of cyclic loads / Deform. Razrush. Mater. 2009. N 12. P. 25 – 26 [in Russian].

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