zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-2-64-69zldm-672Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СТАЛИ 38ХН3МФАAPPLICATION OF THE ULTRASONIC METHOD OF DIAGNOSTICS FOR 38KHN3MFA STEEL CRACK RESISTANCE ASSESSMENTВоробьевР. А.VorobevR. A.Linuxjuicy@gmail.comЕвстифееваВ. В.EvstifeevaV. V.

Виктория Витальевна Евстифеева

Нижний Новгород

Victoria V. Evstifeeva

Linuxjuicy@gmail.comЛитовченкоВ. Н.LitovchenkoV. N.

Виктор Николаевич Литовченко

Viktor N. Litovchenko

Linuxjuicy@gmail.comМишакинВ. В.MishakinV. V.Linuxjuicy@gmail.comДубинскийВ. Н.DubinskiiV. N.Linuxjuicy@gmail.comАО «ЦНИИ «Буревестник»; Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. АлексееваРоссияCentral Research Institute «Burevestnik»; R. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityRussian FederationАО «ЦНИИ «Буревестник»РоссияCentral Research Institute «Burevestnik»Russian FederationНижегородский филиал Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАНРоссияA. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod BranchRussian FederationНижегородский государственный технический университет им. Р. Е. АлексееваРоссияR. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityRussian Federation2018010320188426469Copyright © Воробьев Р.А., Евстифеева В.В., Литовченко В.Н., Мишакин В.В., Дубинский В.Н., 20182018Воробьев Р.А., Евстифеева В.В., Литовченко В.Н., Мишакин В.В., Дубинский В.Н.Vorobev R.A., Evstifeeva V.V., Litovchenko V.N., Mishakin V.V., Dubinskii V.N.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/672

Представлена перспективная методика неразрушающего контроля критического коэффициента интенсивности напряжений (K1c) для конструкционной марки стали 38ХН3МФА после различных режимов термической обработки. Метод основан на ультразвуковом сканировании и механических испытаниях термоупрочненных образцов из стали 38ХН3МФА после закалки от 850 °C и отпуска в широком интервале температур — 200, 400, 500, 580, 620 °C. Получены новые корреляционные зависимости между скоростью продольных и поперечных упругих волн и механическими свойствами стали, включая значения критического коэффициента интенсивности напряжений конструкций. Предложенная модель, объясняющая изменение акустических характеристик стали 38ХН3МФА на основе фазовых изменений, протекающих в структуре во время отпуска, позволит проводить подобные исследования для других режимов термической обработки и других марок сталей. В предложенном методе коэффициент K1c определяется без разрушения целостности конструкций. При этом отклонение расчетных значений критического коэффициента интенсивности напряжений, полученных по данным акустических измерений, от экспериментальных данных не превышает 7,5 %. Представленный метод существенно снижает временные затраты, а также трудозатраты по определению механических характеристик на образцах и готовых изделиях из стали 38ХН3МФА, поскольку исплючает изготовление образцов и проведение испытаний. Разработанная методика может быть предложена для внедрения в производство как основная или дополнительная для оценки механических параметров материала после различных режимов термической обработки.

This paper describes a promising technique of nondestructive expert quantitative assessment of critical stress intensity factor values (K1c) for 38KhN3MFA structural steel subjected to various modes of heat treatment. This method is based on ultrasonic scanning and mechanical tests of heat-strengthened samples of 38KhN3MFA steel after quenching from 850°C and tempering in a wide range of temperatures: 200, 400, 500, 580, 620°C. As a result, new correlations of considerable scientific interest were obtained between the velocity of longitudinal and transverse elastic waves and the mechanical properties of steel, including the values of critical stress intensity factor for structures. The proposed model, which explains the change in acoustic properties of 38KhN3MFA steel on the basis of the phase changes taking place in the structure during tempering, will allow similar studies to be carried out for other heat treatment modes and other steel grades. In this method, the coefficient K1c is determined without breaking the integrity of structures. Deviation of the calculated critical stress intensity factors, derived using the acoustic measurement data, from the experimental values does not exceed 7.5%. The use of this method significantly reduces the amount of time and labor needed to determine mechanical characteristics of samples and finished products made of 38KhN3MFA steel since it will not be necessary to manufacture samples and carry out tests. The developed technique can be offered for introduction in manufacturing as the main or additional method of assessing mechanical parameters of materials subjected to various modes of heat treatment.

неразрушающий контрольакустические параметрытрещиностойкостьтермическая обработкамартенситотпускмеханические свойствафазовые превращенияnondestructive controlacoustic parameterscrack resistanceheat treatmentmartensitetempermechanical propertiesphase transformationsРоссийский фонд фундаментальных Исследований, грант № 16-38-00874_мол_аReferencesБотаки А. А., Ульянов В. Л., Шарко А. В. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. — М.: Машиностроение, 1983. — 79 с.Botaki A. A., Ul’yanov V. L., Sharko A. V. Ultrasonic testing of strength properties of structural materials. — Moscow: Mashinostroenie, 1983. — 79 p. [in Russian].Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. — М.: Мир, 1972. — 308 с.Truell R., Elbaum Ch., Chik B. Ultrasonic methods in solid state physics. — Moscow: Mir, 1972. — 308 p. [Russian translation].Мишакин В. В., Клюшников В. А., Гончар А. В. Связь энергии деформации с коэффициентом Пуассона при циклическом нагружении аустенитной стали / ЖТФ. 2015. Т. 85. Вып. 5. С. 32 – 36.Mishakin V. V., Klyushnikov V. A., Gonchar A. V. The relationship between deformation energy and Poisson’s ratio under cyclic loading of austenitic steel / Zh. Teor. Fiz. 2015. Vol. 85. Issue 5. P. 32 – 36 [in Russian].Бернштейн М. Л., Рахштадт А. Г. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. Т. 1. — М.: Металлургия, 1983. — 368 с.Bernshtein M. L., Rakhshtadt A. G. Metallurgy and heat treatment of steel: reference book. Vol. 1. — Moscow: Metallurgiya, 1983. — 368 p. [in Russian].Гуляев А. П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.Gulyaev A. P. Metallurgy. — Moscow: Metallurgiya, 1986. — 544 p. [in Russian].Стародубов К. Ф. Процессы, происходящие при отпуске. — М.: Профиздат, 1960. — 32 с.Starodubov K. F. Processes occurring during the tempering of steels. — Moscow: Profizdat, 1960. — 32 p. [in Russian].Гольштейн М. И., Литвинов В. С., Бронфин Б. М. Металлофизика высокопрочных сплавов. — М.: Металлургия, 1986. — 321 с.Gol’shtein M. I., Litvinov V. S., Bronfin B. M. Metallophysics of high-strength alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1986. — 321 p. [in Russian].Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. — 272 с.Valiev R. Z., Aleksandrov I. V. Nanostructured materials obtained by intense plastic deformation. — Moscow: Logos, 2000. — 272 p. [in Russian].Курдюмов Г. В. Явления закалки и отпуска стали. — М.: Металлургиздат, 1960. — 64 с.Kurdyumov G. V. The phenomena of hardening and tempering steel. — Moscow: Metalurgizdat, 1960. — 64 p. [in Russian].Voight W. Lehrbuch der Kristallphusik. — Berlin: Teubner, 1928. — 625 p.Voight W. Lehrbuch der Kristallphusik. — Berlin: Teubner, 1928. — 625 p.Reuss A. Berechnung der Fliebgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitatsbedingung fur Einkristalle / Zs. angew. Math, und Mech. 1929. Bd. 9. N 1. P. 49 – 58.Reuss A. Berechnung der Fliebgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitatsbedingung fur Einkristalle / Zs. angew. Math, und Mech. 1929. Bd. 9. N 1. P. 49 – 58.

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