Исследование зависимости прочностных характеристик металла от вариаций режимов техпроцессов изготовления с использованием микроструктурно-чувствительных акустических параметров

Микроструктурно-чувствительные акустические параметры (МСА-параметры) металла объекта контроля определяют с использованием измерений эхо-импульсным методом времени распространения объемных упругих волн ультразвукового диапазона. При этом структурные особенности металла оцениваются не только в поверхностном слое, но и по всему объему. В работе представлены результаты применения МСА-параметров для оценки отклонения отношений скоростей продольной и сдвиговых волн относительно «базового» состояния, имеющего заведомо известные прочностные характеристики. Показано, что МСА-параметры зависят от вариаций упругих характеристик, обусловленных особенностями структуры металла. Для их расчета в качестве характеристики «базового» состояния использованы обобщенные значения отношений скоростей волн для сталей одной и той же группы. Приведены обобщенные значения для конструкционных углеродистых, низколегированных и легированных сталей, а также результаты использования МСА-параметров для определения особенностей структуры металла и изменений прочностных характеристик, возникающих при вариациях режимов техпроцессов сварки и термообработки. Проведен сопоставительный анализ МСА-параметров со значениями механических свойств и параметров трещиностойкости металла. Установлено, что реализуемая современными аппаратным средствами точность измерения МСА-параметров существенно превышает их изменения при значимых отклонениях прочностных характеристик. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методик количественной неразрушающей оценки особенностей структуры металла.

1. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. — М.: Техносфера, 2004. — 384 с.

2. Marcantonio V., Monarca D., Colantoni A., Cecchini M. Ultrasonic Waves for Materials Evaluation in Fatigue, Thermal and Corrosion Damage: A review / Mech. Syst. Signal Proc. 2019. Vol. 120. P. 32 – 42. DOI: 10.1016/j.ymssp.2018.10.012

3. Lukomski T., Stepinski T. Steel hardness evaluation based on ultrasound velocity measurements / Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2010. Vol. 52. N 11. P. 592 – 596. DOI: 10.1784/insi.2010.52.11.592

4. Ivanova Y., Partalin T., Pashkuleva D. Acoustic investigations of the steel samples deformation during the tensile / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2017. Vol. 53. N 1. P. 39 – 50. DOI: 10.1134/S1061830917010077

5. Воробьев Р. А., Евстифеева В. В., Литовченко В. Н. и др. Применение ультразвуковой диагностики для оценки трещиностойкости стали 38ХН3МФА / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 2. С. 64 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-2-64-69

6. Муравьев В. В., Муравьева О. В., Петров К. В. Связь механических свойств пруткового проката из стали 40Х со скоростью объемных и рэлеевских волн / Дефектоскопия. 2017. № 8. С. 20 – 28.

7. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. — Новосибирск: Наука, 1996. — 184 с.

8. Kobayashi M. Acoustoelastic Theory Deformation for Finite Plastic of Solids / JSME Int. J. 1992. Ser. 1. Vol. 35. N 1. P. 45 – 52. DOI: 10.1299/jsmea.1988.35.1_45

9. Semenov A. S., Polyanskii V. A., Shtukin L. V., Tretyakov D. A. Effect of Surface Layer Damage on Acoustic Anisotropy / J. Appl. Mech. Techn. Phys. 2018. Vol. 59. N 6. P. 1136 – 1144. DOI: 10.1134/S0021894418060202

10. Гончар А. В., Мишакин В. В. Исследование металлических сплавов акустическим методом при статическом и усталостном нагружении / Вестник университета Лобачевского. 2010. № 5(2). С. 116 – 119.

11. Хлыбов А. А., Углов А. Л. Исследование накопления усталостных повреждений в образцах из стали 08Х18Н10Т при малоцикловой усталости / Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 3. С. 185 – 190. DOI: 10.17073/0368-0797-2016-3-185-190

12. Углов А. Л., Хлыбов А. А., Макаров А. Д. и др. Методика оценки поврежденности аустенитной стали при термопульсациях акустическим методом / Труды НГТУ имени Р. Е. Алексеева. 2015. № 4(111). С. 151 – 158.

13. Хлыбов А. А., Рябов Д. А., Пичков С. Н. и др. Разработка акустического метода определения степени наводораживания в конструкциях из титановых сплавов / Дефектоскопия. 2019. № 4. С. 8 – 14. DOI: 10.1134/S013030821904002X

14. Пасманик Л. А., Камышев А. В., Радостин А. В., Зайцев В. Ю. Параметры акустической неоднородности для неразрушающей оценки влияния технологии изготовления и эксплуатационной поврежденности на структуру металла / Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 24 – 36. DOI: 10.31857/S0130308220120039

15. Данилов А. В., Камышев А. В., Пасманик Л. А. и др. Применение метода акустоупругости для определения остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях / В мире НК. 2020. Т. 23. № 3. С. 10 – 17. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-10-17