Оценка охрупчивания конструкционных сталей методом микроиндентирования

Механические характеристики металла определяются его химическим составом, особенностями структуры, ее деформационной способностью. Под последней понимается способность элементов структуры к релаксации внутренних напряжений при деформировании путем дислокационного скольжения, не приводящего к образованию трещин и разрушению. В работе рассмотрена возможность использования метода микроиндентирования для оценки деформационной способности структуры конструкционных сталей, обладающих относительно высокой пластичностью. Согласно теоретическому анализу повышение жесткости и снижение пластичности металла приводит к изменению механизма деформирования при внедрении индентора, в частности, к возникновению на поверхности рядом с отпечатком деформационных эффектов различной морфологии, которые могут служить признаком пластичности металла. Выполнены экспериментальные исследования на трубных сталях различных классов прочности и типов структуры. Они подтвердили, что по мере снижения деформационной способности металла (прежде всего в результате деформационного упрочнения) рядом с отпечатком формируется система локализованных сдвигов по линиям действия максимальных касательных напряжений. Предложена шкала для ранжирования данных локализованных сдвигов, определены оптимальная величина нагрузки и форма индентора, позволяющие обеспечить максимальную информативность микроиндентирований. По результатам микроиндентирования разработана методика оценки охрупчивания пластичных конструкционных сталей, которая может стать основой для создания эффективной технологии неразрушающего способа оценки состояния металла.

1. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Чернявский О. Ф., Чернявский А. О. Исследования свойств материалов при сложных условиях малоциклового деформирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 7. С. 49 – 58. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-7-49-58

2. Глазов В. М., Вигдорович В. Н. Микротвердость металлов. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1962. — 224 с.

3. Зорин А. Е. Разработка портативного микротвердомера для выполнения неразрушающей оценки состояния металла газопроводов / Нефть, газ и бизнес. 2015. № 8. С. 35 – 38.

4. Фомин В. Н., Сауле К. А., Рустембеков К. С. и др. Оптимизация параметров лазерно-искрового эмиссионного спектрометра с применением вероятностно-детерминированного планирования эксперимента / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 5. С. 14 – 19. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-5-14-19

5. Матвеев В. И. Testing and control и NDT RUSSIA 2017: большой выбор оборудования / Мир измерений. 2017. № 4. С. 60 – 63.

6. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989. — 509 с.

7. Верещагин М. Н., Шепелевич В. Г., Остриков О. М. и др. Влияние изохронного отжига на зарождение полос сдвига вблизи концентратора напряжений на поверхности аморфных сплавов на основе железа / Прикладная механика и техническая физика. 2003. Т. 44. № 5(261). С. 97 – 101.

8. Гудцов Н. Г. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: Справочник. — М.: Металлургиздат, 1957. — 1204 с.

9. Солнцев К. А., Кантор М. М., Боженов В. А. и др. О склонности к хладноломкости феррито-бейнитных сталей класса прочности Х80 / Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 1(36). С. 62 – 67.

10. Сандомирский С. Г. Статистический анализ и использование взаимосвязей между физико-механическими свойствами сталей и чугунов. — Минск: Беларуская навука, 2021. — 144 с.

11. Порошин В. Б. Конструкционная прочность. — М.: Инфра-Инженерия, 2022. — 440 с.

12. Плетнев А. А. Микромеханические свойства спеченых образцов ВТСП-керамики / Сборник материалов XXV региональной конференции молодых ученых и исследователей Волгоградской области, 2021. С. 143.

13. Bulatov M., Shatsov A., Grigirev N., Malkov N. Strength, crack resistance and optical loses of heat-treated silica fibers coated with non-ferrous metal / Optical Fiber Technology. 2023. Vol. 75. Art. 103174. DOI: 10.1016/j.yofte.2022.103174

14. Henry R., Le Roux N., Zacharie-Aubrun I., et al. Indentation cracking in mono and polycrystalline cubic zirconia: Methodology of an apparent fracture toughness evaluation / Material Science and Engineering: A. 2022. Vol. 860. Art. 144261. DOI: 10.1016/j.msea.2022.144261

15. Вабищевич С. А., Вабищевич Н. В., Бринкевич Д. И. и др. Микропрочностные свойства имплантированных монокристаллов кремния / Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. 2012. № 12. С. 79 – 88.

16. Щербак Г. В., Мурашов А. А., Сметанин К. Е. и др. Исследование анизотропии свойств режущей пластины, полученной по технологии керамической 3D-печати (LCM) из композита Al2O3/ZrO2 (ZTA) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 11. С. 64 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-11-64-69

17. Тюрин А. И., Поверинова Г. В., Куприякин А. М. Влияние скорости относительной деформации на величину трещиностойкости Si и Ge при динамическом микроиндентировании / Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2007. Т. 12. № 1. С. 84 – 87.

18. Lube T. Fracture Toughness Measurement / Encyclopedia of Materials: Technical Ceramics and Glasses. 2021. Vol. 1. P. 762 – 774. DOI: 10.1016/B978-0-12-818542-1.00001-1

19. Зорин Е. Е., Пирожков В. Г., Маляревская Е. К. Использование математико-статистической обработки результатов замеров микротвердости для оценки рассеянной поврежденности в материале конструкции / Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. Научно-технический сборник. 2000. Т. № 3. С. 45 – 51.