Исследование структурной деградации стали 15Х5М при длительной эксплуатации

Структурная деградация материала при длительном термическом и силовом воздействии — комплексный процесс, который включает миграцию зеренных границ, зернограничную диффузию активных элементов внешней и технологической сред, водородное охрупчивание, старение, зернограничную коррозию и др. Использование фрактального и мультифрактального подхода при описании микроструктур открывает широкие возможности для количественной оценки структурной организации материала, уточняет и раскрывает механизмы структурных превращений. Мультифрактальная параметризация позволяет исследовать процессы структурной деградации по изображениям микроструктур и выявлять структурные изменения слабо различимые визуально. Для вычисления мультифрактальных спектров микроструктуры можно использовать любой количественный структурный показатель, но предпочтительнее тот, который обеспечивает максимальный диапазон изменения численных значений мультифрактальных компонентов. Представлены результаты исследования структурной деградации стали 15Х5М при длительной эксплуатации. Установили, что структурная деградация стали при эксплуатации в условиях высоких температур и напряжений сопровождается укрупнением микроструктурных объектов, уширением межзеренных границ и выделением дисперсных частиц, которые на изображении представляются в виде точечных объектов. Деградационные процессы приводят к увеличению диапазона изменения компонентов мультифрактальных спектров. Высокие значения комплексных показателей структурной организации указывают на рост неоднородности и хаотичности на микромасштабном уровне, но вместе с тем — на проявление упорядоченных комбинаций отдельных субмикроструктур. Такие структурные превращения обеспечивают наибольшую надежность и сопротивляемость материала к разрушению.

1. Счастливцев В. М., Табачникова Т. И., Терещенко Н. А., Яковлева И. Л. Деградация структуры трубной стали при длительной эксплуатации в контакте с сероводородной средой / Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 111. № 3. С. 290 – 303.

2. Нечаев Ю. С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных трубопроводов / Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 7. С. 709 – 726.

3. Ким В. А., Муравьев В. И., Лукъянов С. И., Бутин А. В. Коррозионные процессы и ресурс работы технологических трубопроводов установки ЭЛОУ-АВТ-3 / Химическое и нефтегазовое оборудование. 2012. № 11. С. 35 – 38.

4. Херцберг Р. В. Деформация и разрушение конструкционных материалов / Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1989. — 576 с.

5. Иванова В. С., Баланкин А. С., Бунин И. Ж., Оксогоев А. А. Синергетика и фракталы в материаловедении. — М.: Наука, 1994. — 382 с.

6. Балахонов Р. Р., Болеста А. В., Бондарь М. Н. и др. Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах. — Новосибирск: СО РАН, 2006. — 520 с.

7. Kim V. A., Petrov V. V., Butin A. V., Belova I. V., Shpileva A. A. Quantitative Structure-and-Energy Analysis of Heat Treatment of Structural Steel / Metal Science and Heat Treatment. 2010. Vol. 52. N 3 – 4. P. 163 – 165.

8. Kim V. A., Belova I. V., Boutin A. V. Kinetics of structural of hardened steel 15Kh5M during tempering / Modern materials and technologies. 2013. N 1. P. 126 – 131.

9. Лиманкин В. В., Ким В. А., Марьин Б. Н., Сухоплюев В. А., Марьин С. Б., Шпилев А. М., Дмитриев Э. А. Количественная оценка зеренной структуры конструкционных сталей при пластической деформации и рекристаллизационном отжиге / Ученые записки КнАГТУ. 2012. № II-1(10). С. 81 – 88.

10. Ким В. А., Якубов Ч. Ф., Щелкунов Е. Б., Самар Е. В. Исследование адгезионно-активных поверхностных структур в быстрорежущей стали Р6М5 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 12. С. 40 – 44.

11. Встовский Г. В., Колмаков А. Г., Бунин И. Ж. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов. — Москва – Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2001. — 116 с.

12. Божокин С. В., Паршин Д. А. Фракталы и мультифракталы. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — 128 с.

13. Ким В. А., Башков О. В., Попкова А. А. Методика цифровой обработки изображений микроструктуры алюминиевых сплавов в среде MATLAB / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 10. С. 34 – 40.

14. Ким В., Евдокимова Р., Золоторева С., Попкова А., Йошида М. Статистическая оценка количественной металлографии / Ученые записки КнАГТУ. 2013. № II-1(14). С. 76 – 82.