Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск

Научно-технический журнал «Заводская лаборатория.  Диагностика материалов» (старое название «Заводская лаборатория») учрежден в 1932 году. Он информирует читателей о главных параметрах качества любых веществ и материалов – химическом составе, строении и  свойстве. Высокий научный уровень журнала был и остается одним из главных его достоинств. Во многом его обеспечивают высококвалифицированные члены редколлегии, секций редколлегии журнала, рецензенты – академики, члены-корреспонденты, доктора и кандидаты наук. В редакционной коллегии и секциях редколлегии работают четыре академика РАН,  пять членов-корреспондентов РАН, 25 докторов наук и 12 кандидатов наук.   В журнале публикуются статьи по аналитической химии, физическим методам исследования и контроля, механике материалов, математическим методам исследования, а также сертификации веществ и материалов. 

Журнал способствует инновационной деятельности – внедрению в практику новых методов и средств исследований как известных, так и перспективных  материалов. Целевая аудитория – лаборатории научно-исследовательских, отраслевых и учебных институтов, промышленных предприятий, научных Центров коллективного пользования, заводов.  Журнал привлекает внимание к наиболее актуальным и перспективным направлениям научных исследований, способствует обеспечению связей и обмену мнениями между исследователями из разных регионов России и разных государств. В последние годы тематика журнала значительно расширяется, чтобы  наиболее полно соответствовать насущным проблемам науки и техники.

Часть годового объема статей журнала переводится на английский язык издательством "Шпрингер" и выходит в виде двух сборников под названием " INORGANIC MATERIALS . English translation of selected articles from Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov".

 

 

 

Текущий выпуск

Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 85, № 6 (2019)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-10 24
Аннотация

Sequential extraction procedures (SEP) have been widely used for the fractionation of trace elements in soils according to their physicochemical mobility and bioaccessibility. Potassium/sodium pyrophosphate in alkaline medium may be considered as the most appropriate extracting reagent for the recovery of amorphous metal-organic complexes, which play a very important role in biological, physical, and chemical processes in soil. However, the selectivity of pyrophosphate has been poorly studied. In the present work the ability of pyrophosphate to attack mineral inorganic phases of environmental solids was assessed using dynamic extraction, which allows one to minimize artifacts and mimic natural conditions. Samples of gabbro and granite containing nearly no organic compounds were taken as example. The eluents applied addressed exchangeable, specifically sorbed, bound to Mn oxides, and bound to metal-organic complexes fractions extractable by 0.05 M Ca(NO3)2, 0.43 M CH3COOH, 0.1 M NH2OH · HCl, and 0.1 M K4P2O7 at pH 11, respectively. As expected, pyrophosphate extraction leads to a partial dissolution of elements bound to inorganic compounds. The recovery of aluminum, iron, manganese, and rare earth elements by pyrophosphate is up to 4% of their total concentrations in samples. The results were discussed on the basis of coordination chemistry of pyrophosphate complexes. In general, pyrophosphate extraction could be further regarded to be sufficiently selective for the dissolution of metal-organic complexes while using SEP in environmental analysis, soil science, and biogeochemistry. Nevertheless, in the interpretation of the fractionation results, a partial dissolution of mineral inorganic phases should be taken into consideration, especially for soils with low content of organic compounds.

11-24 32
Аннотация

Для аттестации кандидата в стандартные образцы состава хвои сосны сибирской (ХСС-1) разработаны методики анализа, включающие разложение растительных образцов двумя разными способами (смесью кислот в микроволновой системе MARS-5 и сплавлением с метаборатом лития) и определение требуемых для аттестации элементов в полученных рас­творах методами масс-спектрометрии высокого разрешения и атомно-эмиссионной спек­трометрии с индуктивно-связанной плазмой (МС-ИСП и АЭС-ИСП). Измерения выпол­нены с использованием масс-спектрометра ELEMENT в низком, среднем и высоком раз­решении и атомно-эмиссионного спектрометра IRIS Advantage с применением внешних градуировок в сочетании с внутренними стандартами (In — МС-ИСП, Sc — АЭС-ИСП). Выполнение измерений в среднем и высоком разрешении масс-спектрометра позволило решить проблему спектральных наложений при анализе растительных образцов методом МС-ИСП. Продемонстрирована согласованность результатов, полученных двумя методами (МС-ИСП и АЭС-ИСП) при анализе растворов, приготовленных с применением разных методик химической подготовки. Правильность методик доказана сравнением результатов анализа трех растительных стандартных образцов — ЛБ-1 (лист березы), Тр-1 (травосмесь) и ЭК-1 (элодея канадская) — с аттестованными/рекомендованными значениями. Кандидат в стандартные образцы состава ХСС-1 проанализирован с применением разра­ботанных методик, получены новые данные по 37 элементам методом МС-ИСП, результаты определения 17 из них подтверждены методом АЭС-ИСП, и еще один элемент (B) опре­делен только методом АЭС-ИСП. Относительная погрешность анализа не превышает 10 % для большинства элементов. Показано, что сочетание двух методов анализа для аттестации нового образца позволяет расширить набор определяемых элементов и сократить общее время анализа.

24-29 15
Аннотация
При выполнении силикатного анализа геологических материалов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) впервые на практике реализован способ градуировки в относительных концентрациях, который ранее применялся только для анализа цветных и черных металлов. В случае геологических материалов при реализации градуировки в относительных концентрациях необходимо принять во внимание и решить следующие проблемы: не все компоненты проб определяются методом АЭС-ИСП; матричные элементы могут присутствовать в разных степенях окисления. Растворение ГСО состава руд и геологических материалов проведено в две стадии в автоклавах при температуре 180 °С в системе HotBlock 200. На первой стадии использовали смесь HCl, HNO3 и HF, на второй — добавляли 4 %-ный раствор H3BO3. Выполнено сравнение повторяемости и промежуточной прецизионности при использовании градуировки в относительных концентрациях, в абсолютных интенсивностях и с индием в качестве внутреннего стандарта при определении SiO2 (в диапазоне содержаний 40 - 75 %), А120З, (5 - 20 %) CaO (0,25 - 15 %), MgO (0,1 - 15 %), Fe2O3 (0,5 - 15 %), Na2O (0,5 - 10 %), K2O (0,5 - 5 %), P2O5 (0,01 - 0,3 %), MnO (0,03 - 0,5 %), TiO2 (0,05 - 2 %). Градуировка в относительных концентрациях обеспечивает лучшие метрологические характеристики по сравнению с другими вариантами градуировки при анализе геологических материалов. Основные причины такого улучшения: исключение погрешности калибровки мерной посуды и погрешности взвешивания навесок анализируемых материалов из суммарной погрешности анализа; измерение больших значений интенсивностей элемента основы; более высокая точность измерения отношения интенсивностей по сравнению с измерением абсолютных интенсивностей.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

30-36 20
Аннотация

Представлены результаты исследований с использованием дилатометров DIL 805A/D (TA Instruments) и DIL 402C (Netzsch). Дилатометрический анализ позволяет не только определять температурный коэффициент линейного расширения и температуры фазовых переходов, оценивать кинетику превращений, но также моделировать режимы термической обработки, выявлять с помощью вакуумного травления размеры бывшего аустенитного зерна, совершенствовать технологии термической и термомеханической обработок сталей и сплавов. Для сталей мартенситного и мартенсито-бейнитного классов (38ХМА, 38ХН3МФА, 20Х3НМФА) приведены режимы вакуумного травления в камере дилатометра, оценено влияние термодеформационных параметров на размер аустенитного зерна, показана эффективность метода при определении размеров зерна в сравнении с традиционными способами травления. При моделировании режимов термической обработки дилато-метрическим методом исследовали также микроструктуру никелевого сплава ХН55МВЦ (ЧС57). Показаны изменения размера и морфологии зеренной структуры материала на разных этапах его обработки. Результаты исследований использовали для корректировки действующих режимов термообработки, что позволило получить равномерную мелкозернистую структуру. Комплексное применение дилатометрического и металлографического анализов после вакуумного травления материала повышает экономическую эффективность получения требуемой микроструктуры с помощью термической и термомеханической обработок заготовок.

37-41 28
Аннотация

Представлены результаты сравнения режимов, параметров и средств при радиографическом контроле сварных соединений ответственного назначения с использованием российского (ГОСТ) и международного (ISO) стандартов. Сравнение проводили по таким параметрам, как чувствительность и производительность контроля, допустимая энергия излучения (влияет на формирование контраста радиационного изображения) и минимальное фокусное расстояние (определяет четкость получаемого оптического изображения). Установили, что в системе ISO требования по чувствительности выше. При этом она оценивается с использованием проволочного индикатора, размеры элементов которого меньше, чем размеры канавок канавочного эталона чувствительности, регламентированного ГОСТ. По выбору энергии излучения в системе ГОСТ требования строже, чем по ISO. Это обеспечивает повышенную контрастность формируемого радиационного изображения. Преобразование радиационного изображения в оптическое по системе ISO осуществляется с использованием пленочных систем высокого класса оптической плотности. Как следствие, изображение преобразовывается в области больших градиентов. По ГОСТ требование по пленочным системам отсутствует, поскольку на рынке представлена отечественная пленка лишь одного класса. По минимально допустимому фокусному расстоянию требования по российскому стандарту выше, что дает возможность получать лучшую, чем по ISO, четкость радиографических снимков. Производительность контроля по ГОСТ также превышает аналогичный показатель по ISO. В итоге можно заключить, что несмотря на ряд отличий, обе системы стандартов гарантированно позволяют обнаруживать недопустимые дефекты, однако контролировать сварные соединения следует с использованием всего комплекса принятых нормативов.

ОБМЕН ОПЫТОМ

42-46 22
Аннотация

Представлены результаты контроля тонкостенных сварных соединений (высокотемпературных узлов эпитаксиальных установок), полученных электронно-лучевой сваркой, вихретоковым методом. Герметичность подобных деталей и узлов контролируют вакуумным и компрессионным методами течеискания, основанными на повышении концентрации тестового газа с одной стороны тестируемой поверхности и отборе его для масс-спектрометрического анализа — с другой стороны. Гелиевые масс-спектрометрические течеискатели в настоящее время широко распространены в аэрокосмической, электронной и химической отраслях промышленности, в приборостроении и научных исследованиях. Вихретоковый метод позволяет использовать данный подход для своевременного обнаружения дефектов и предотвращения риска аварийного износа тонкостенных элементов и деталей аэрокосмического и нефтегазохимического оборудования, а также обеспечивает высокую скорость сканирования. Исследовали сварные соединения танталовых экранов толщиной 0,2 и 0,5 мм с помощью дефектоскопа ВЕКТОР-60Д. Прибор дает возможность использовать накладные или проходные вихретоковые дифференциальные, тангенциальные и абсолютные преобразователи, работающие на частотах от 10 Гц до 20 МГц, а также различные динамические преобразователи. Он предназначен для контроля металлопродукции, углепластиков и композитов на наличие дефектов (поверхностных и подповерхностных трещин, нарушений сплошности и однородности материала). Отображение сигнала на экране дефектоскопа получали как в амплитудно-временной, так и комплексной плоскостях. Использовали датчики ПВДТ-1000-2, ПВД-200-2,3 и VP160A45, с помощью которых за один проход вдоль сварного соединения можно обнаруживать дефекты по всей ширине шва и околошовной зоны. Выявили дефект сварного соединения танталового экрана — неполное проплавление (непровар в корне сварного шва). Заключили, что вихретоковый дефектоскоп ВЕКТОР-60Д можно с успехом применять для контроля дефектов тонкостенных сварных соединений.

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

47-52 19
Аннотация

Безопасность и живучесть оборудования регламентируются прочностными характеристиками его отдельных узлов и элементов, в которых могут быть начальные или эксплуатационные дефекты типа поверхностных разноориентированных полуэллиптических трещин. Численные методы расчета позволяют получить больший объем информации о напряженно-деформированном состоянии (НДС) этих элементов по заданным алгоритмам расчета соответствующих моделей разрушения. Изменение вида НДС вблизи контура трещин при переходе от более глубоких точек к поверхностным зависит от стеснения деформаций вдоль их фронта, т.е. от объемности НДС. На основе экспериментальных результатов и численных решений проведена диагностика формоизменения дефектов типа поверхностных разнонаправленных полуэллиптических малоцикловых трещин. Данные конечноэлементного моделирования реализованы на основе макросов программного комплекса ANSYS. Исследована закономерность направленности развития упругопластического разрушения при малоцикловом нагружении. Изложенная методология подтверждена параметрическими уравнениями кинетики формоизменения исследуемых трещин при фрактографическом анализе поверхностей их развития. По результатам испытания образцов с полуэллиптическими трещинами при малоцикловом нагружении приведен анализ параметров морфологии поверхностей развившихся дефектов. Представлены результаты измерений полей интенсивностей упругопластических деформаций в вершине трещины и геометрических характеристик развития поверхностей разрушения. Анализ динамики локального напряженно-деформированного состояния вблизи контура разноориентированных дефектов в деталях и конструкциях оборудования показал хорошее соответствие между экспериментальными параметрами геометрии форм развивающихся трещин и характеристиками, полученными численными методами решения. Представленные параметрические уравнения уточняют характеристики нелинейной механики разрушения, позволяющие оценивать и прогнозировать живучесть и безопасность работоспособности ответственного оборудования. На основе деформационных критериев нелинейной механики разрушения показана зависимость развития разрушения от объемности напряженно-деформированного состояния, указывающая на направленность геометрического развития формы поверхности разрушения.

53-63 17
Аннотация

Приведены результаты применения разработанной в ИМАШ РАН методики ранней диагностики скрытого повреждения в авиационной панели из композитного материала при стендовых испытаниях на растяжение. Оценены возможности разработанной методики и программного продукта для выявления повреждения на ранней стадии нагружения панели в условиях упругого деформирования материала с применением хрупкого тензопокрытия, трещины в котором регистрировали синхронно с применением высокоскоростной видеокамеры «Видеоспринт» и акустико-эмиссионной системы A-Line 32D. В ходе эксперимента по выявлению подповерхностного дефекта (надреза среднего стрингера) в авиационной панели протестирована разработанная в ИМАШ концепция выявления повреждений на ранней стадии нагружения в условиях упругого деформирования материала конструкции. При этом тестировали не только методику, но и специально разработанное для кластерного анализа и классификации регистрируемых локационных импульсов программное обеспечение (ПО), а также оборудование и ПО для синхронной записи потоков видеоизображений и массивов акустико-эмиссионных (АЭ) данных. Синхронная регистрация потоков видеоизображений и импульсов АЭ позволила точно контролировать процесс трещинообразования в тензопокрытии на этапах эксперимента, а структурно-феноменологический подход при классификации регистрируемых массивов данных АЭ — отслеживать основные тренды накопления повреждений на разных структурных уровнях и идентифицировать источники их излучения. Комплексное использование оксидного тензопокрытия, высокоскоростной видеосъемки, синхронизированной с системой АЭ контроля, дало возможность в процессе мониторинга состояния авиационной панели при уровне нагрузки P =90 кН, составляющей примерно 12 % от предельной, точно диагностировать область подповерхностного дефекта, выявлять распределение наибольших главных деформаций в области трещинообразования хрупкого покрытия, проводить их количественную оценку и идентифицировать основные источники излучения АЭ сигналов.

64-68 15
Аннотация

Статья посвящена проблемам обеспечения надежности и безопасной эксплуатации дли­тельно эксплуатирующихся опасных промышленных объектов, в частности, магистраль­ных газопроводов, после 50 лет эксплуатации. Цель — разработка способа оценки охрупчи­вания металла длительно эксплуатируемых магистральных газопроводов с использовани­ем неразрушающего метода. Для решения данной задачи проведены экспериментальные исследования образцов из труб магистрального газопровода, на основании которых выбра­ны параметры, чувствительные к процессам структурной деградации. Обоснована приме­нимость данных параметров для оценки степени деградации. Обобщая результаты меха­нических и акустических исследований, установлена достаточно устойчивая корреляцион­ная связь между определяемыми характеристиками. На основании этой корреляционной зависимости разработан способ оценки ударной вязкости. Экспериментальным путем по­лучены предельные значения исследованных параметров, при которых эксплуатация кон­струкции становится опасной. Разработана блок-схема мониторинга изменения ударной вязкости стали магистрального газопровода при длительной эксплуатации. Эксперимен­тальные результаты и разработанный метод оценки предельного состояния материала магистрального газопровода применены для технического диагностирования непроектных участков магистрального газопровода Мастах - Берге - Якутск, в результате которого оце­нены реальные эксплуатационные характеристики и собрана база данных исследуемых показателей для их дальнейшего мониторинга. Предлагаемый способ позволит повысить оперативность сбора информации о конструктивной надежности, оценить в процессе тех­нического диагностирования степень деградации металла трубы без проведения механиче­ских испытаний и изготовления образцов, снизить материальные затраты на проведение планово-предупредительных ремонтов трубопроводов.

 

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ. АККРЕДИТАЦИЯ ЛАБОРАТОРИЙ

70-80 16
Аннотация

Рассмотрена проблема отсутствия прослеживаемости результатов измерений содержания золы к государственным эталонам единиц величин. Выявлены особенности в области измерений массовой доли золы в пищевой промышленности: зависимость результатов измерений от условий анализа, неполнота информации о режимах измерений и метро­логических характеристиках в стандартизированных методиках, отсутствие стандартных образцов. Описаны метод измерений и оборудование для реализации государственной пер­вичной референтной методики измерений (ГПРМИ) массовой доли золы в пищевых про­дуктах и продовольственном сырье (зерне, зернопродуктах, крахмале, сахаре, молочных, низколактозных и безлактозных продуктах, комбикормах и кормовых компонентах). Изло­жена процедура установления методических параметров (температура, продолжитель­ность сжигания, масса навески) в ходе разработки ГПРМИ с использованием стереоскопи­ческого панкратического микроскопа и термогравиметрического анализатора с масс-спек­трометрическим детектором из состава Государственного первичного эталона единиц мас­совой доли и массовой (молярной) концентрации воды в твердых и жидких веществах и материалах ГЭТ 173-2017. Описан алгоритм оценки неопределенностей измерений массо­вой доли золы с указанием выявленных источников неопределенности и их вклада в сум­марную неопределенность результатов измерений с привлечением многофакторного экс­перимента, регрессионного анализа и однофакторного дисперсионного анализа ANOVA. Приведены метрологические характеристики, область применения и назначение ГПРМИ. Представлены результаты межлабораторных сличительных испытаний, подтверждающие эквивалентность разработанной ГПРМИ аналогичным методикам (методам), использу­емым в международной аналитической практике. Продемонстрирована применимость раз­работанной ГПРМИ для определения аттестованных значений массовой доли сырой золы при испытаниях стандартных образцов состава комбикормов.