Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 84, № 3 (2018)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-13 157
Аннотация

Для извлечения палладия (II) из раствора на фоне сопутствующих компонентов предложен полисилоксан, модифицированный группами рубеановодородной кислоты (ДТОАП). Сорбент синтезирован впервые в Институте органического синтеза УрО РАН с использованием «золь-гель»-технологии. Сорбцию палладия (II) проводили в условиях конкурентного процесса в присутствии 9 возможных сопутствующих ионов металлов. В интервале pH от 1,0 до 4,0 палладий (II) в статических условиях количественно и селективно извлекается на ДТОАП из раствора, содержащего ионы переходных металлов, в том числе, платины (IV). Для полного извлечения палладия (II) в фазу сорбента необходимо 30 мин. Показано, что сорбция палладия (II) имеет обратимый характер, количественная десорбция иона металла с поверхности сорбента возможна с применением 1 %-го раствора тиомочевины в1 Мсоляной кислоте. При сорбции в динамических условиях достигнуто отделение палладия (II) от платины (IV) и сопутствующих ионов неблагородных металлов. Установлено, что ДТОАП количественно извлекает до 0,2 ммоль/г палладия (II). Разработана методика атомно-абсорбционного определения палладия (II) с предварительным концентрированием на модифицированном полисилоксане, которая апробирована при анализе модельных и промышленных растворов с высоким солевым фоном.

13-20 102
Аннотация

Изучена возможность использования цифровой фотокамеры с последующей компьютерной обработкой цветометрических характеристик изображения для измерения мутности воды по каолину с помощью модифицированного турбидиметра Джексона. Показано, что в цветовом пространстве RGB подходящей цветометрической функцией мутности в каолиновой шкале является контраст фотоснимка юстировочного шаблона. Мешающее влияние желтого окрашивания проб воды нивелируется при измерении мутности на зеленом канале. Установлено уравнение связи между приведенным контрастом (степенью мутности) и концентрацией взвеси, которое по форме не отличается от закона светопоглощения. Методом множественной стандартной добавки каолиновой взвеси к пробе водопроводной воды установлено правило аддитивности мутностей смешиваемых растворов. С помощью предложенного прибора можно измерять не только мутность, но и цветность воды: в этом случае вместо контраста следует использовать яркость изображения, концентрационная зависимость которой линейна в полулогарифмических координатах.

21-24 122
Аннотация

Синтезирован хелатообразующий сорбент на основе сополимера малеинового ангидрида со стиролом, содержащий фрагменты п-аминобензойной кислоты. Исследованы сорбционные и комплексообразующие свойства модифицированного сорбента по отношению к торию (IV) и определены основные количественные характеристики сорбции ионов металла. Построена изотерма сорбции тория синтезированным сорбентом и найдены оптимальные условия концентрирования (pH = 4; V = 20 мл; mсорб = 0,05 г). Рассчитанное значение сорбционной емкости (CTh = 8 · 10–3 моль/л) составило 853 мг/г. Изучено влияние разных минеральных кислот (HClO4, H2SO4, HNO3, HCl) на десорбцию тория (IV) в статических и динамических условиях: в качестве десорбента предпочтительно использовать 2 М HNO3. Изучено влияние мешающих ионов и скорости подачи раствора пробы и элюента на извлечение тория в динамических условиях. Степень извлечения ионов тория (IV) при оптимальных условиях превышает 92 %. Разработана методика сорбционно-фотометрического определения тория (IV) в морской воде.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

25-31 204
Аннотация

Полнопрофильный анализ по методу Ритвельда широко используется для лабораторного интерактивного количественного рентгенофазового анализа, однако его приложения для оперативного производственного аналитического контроля недостаточно развиты. Причина в том, что метод Ритвельда основан на нелинейном методе наименьших квадратов (МНК), который для сходимости требует достаточно точных исходных приближений уточняемых параметров для каждого образца. При эволюционном методе полнопрофильного количественного рентгенофазового анализа (КРФА) исходные приближения ищет генетический алгоритм. Вместе с тем эмпирическая настройка оптимальных параметров генетических операций, выполняемая в интерактивном режиме, остается трудоемкой. Для ее автоматизации предложен подход, основанный на самонастройке в процессе эволюционного КРФА с помощью самоконфигурируемого генетического алгоритма (СГА). Для улучшения сходимости в целевую функцию генетического алгоритма, представляющую взвешенный профильный R-фактор метода Ритвельда, вводили данные о количественном химическом составе образца. Программная реализация метода основана на параллельных вычислениях, обеспечивающих ускоренную сходимость генетического алгоритма, и позволяет проводить бесстандартный КРФА в автоматическом режиме на многоядерном персональном компьютере. Метод опробован на группе тестовых многофазных образцов известного состава и показал хорошую точность полнопрофильного КРФА.

32-35 120
Аннотация
Титановые сплавы (ВТ8, ВТ18У, ВТ20, ВТ25У) и алюминиды титана широко используются в авиа- и двигателестроении, прежде всего благодаря их высокой удельной прочности. Жаропрочные титановые сплавы применяют при изготовлении деталей компрессора, дисков и лопаток газотурбинных двигателей. Способность длительно работать при повышенной температуре без изменения механических свойств определяется такими их важными характеристиками, как сопротивление окислению и скорость диффузии кислорода через окисел и в основном металле. Представлены результаты исследования образцов сплавов ВТ8, ВТ18У, ВТ20, ВТ25У, Ti6242S после изотермического отжига при 625 °C в течение 1000 ч в воздушной атмосфере. Глубину поверхностного газонасыщенного слоя оценивали рентгеноструктурным, металло- и фрактографическим методами и методом измерения твердости.
36-42 91
Аннотация
Представлены результаты исследований особенностей выделения фаз игольчатой (пластинчатой) морфологии в структуре материала лопаток в процессе эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Выявлено и показано на конкретном примере снижение прочностных характеристик и пластичности материала пера лопаток в зоне выделения фаз, что послужило фактором, способствующим усталостному разрушению рабочей лопатки турбины в эксплуатации. Выделения фаз игольчатой (пластинчатой) морфологии можно рассматривать в качестве одного из критериев качества структуры и работоспособности материала лопаток турбин ГТД, их контроль требует соответствующего нормирования. Отмечены трудности выявления идентификационных отличий топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз и карбидов типа Ме6С игольчатой (пластинчатой) морфологии. Методом расчета химического состава по числу электронных вакансий можно оценить склонность жаропрочного сплава к образованию σ-фазы и тем самым его эксплуатационную пригодность. Вместе с тем выявление и отбраковка лопаток с недопустимыми выделениями σ-фаз возможны путем непосредственного контроля неразрушающими методами. Предложен способ неразрушающего электромагнитного контроля выделений ТПУ-фаз (типа σ) в структуре материала значительно окисленных лопаток (также и при наличии во внутренних полостях посторонних ферромагнитных частиц). Своевременное выявление σ-фаз в структуре материала лопаток в процессе производства и при ремонте позволит исключить установку на ГТД изделий с пониженными прочностными и пластическими характеристиками.

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

43-51 110
Аннотация

Исследована кинетика роста усталостной трещины сталей AISI 4030, 40Х, 40 при внешнем нагружении различного характера. Отмечено, что она во многом зависит от характера переменного нагружения. Получены экспериментальные данные кинетики роста усталостных трещин широкого спектра блочного и случайного нагружений исследуемых сталей и предложен подход для оценки роста трещин в зависимости от свойств материала и характера переменного внешнего воздействия. Показано, что продолжительность роста усталостной трещины на среднеамплитудном участке ее роста зависит от полноты (нерегулярности) блочного или случайного нагружения. Предложена зависимость оценки долговечности усталостной трещины от заданного начального размера до ее критической величины, соответствующей моменту разрушения материала. Для расчета использовали значение продолжительности роста усталостной трещины при отнулевом регулярном нагружении с максимальной нагрузкой, соответствующей максимальной нагрузке используемого в дальнейшем блочного или случайного нагружения, а также учитывали усталостные свойства материала, определяемые по наклону кривой выносливости при мягком симметричном нагружении. Другой подход связан с применением усредненных параметров кинетики усталостного роста трещины — наклоном кривой кинетической диаграммы усталостного разрушения (КДУР) при регулярном циклическом нагружении с теми же силовыми параметрами. В обоих случаях использовали линейный принцип суммирования роста трещины без взаимодействия амплитуд. Для исследования принятых допущений проведен расчет продолжительности роста трещин по программе суммирования прироста трещины за каждый цикл нагружения (цикл за цикл) без учета взаимодействия амплитуд нагружения.

52-60 140
Аннотация

Цель работы — изучение влияния структуры, а также неметаллических включений на зарождение и развитие коррозионных повреждений, а также механические свойства колесной стали в различных средах для разработки эффективных методов повышения коррозионного сопротивления, мероприятий по коррозионной защите железнодорожных колес. Обеспечение высокого качества железнодорожных колес, их надежности и долговечности требует всестороннего анализа механизмов формирования и изменения структуры и свойств материала колес не только в процессе производства, но также при их хранении, транспортировке и эксплуатации в различных условиях. Для этого необходим системный подход к исследованию свойств колесной стали в совокупности с комплексом параметров внешних сред. Цельнокатаное железнодорожное колесо имеет сложную конструкцию, микроструктура стали в разных его элементах различна, а при эксплуатации вследствие износа происходят структурные изменения, связанные с износом поверхности катания, возникновением напряжений в разных элементах, а также взаимодействием с окружающей атмосферой. Состав и структура колесной стали являются одними из важных факторов, определяющих коррозионные процессы, протекающие в поверхностных слоях железнодорожных колес. Для того чтобы описать эти процессы, проведены металлографические исследования материала цельнокатаных колес, испытания на коррозинное растрескивание и малоцикловую усталость. Впервые проведен анализ механизмов формирования и изменения структуры и свойств материала цельнокатаных колес в процессе их хранения, транспортировки и эксплуатации в различных условиях. Рассмотрены новые аспекты влияния неметаллических включений на образование коррозионных повреждений. Впервые определены коэффициенты влияния среды, показывающие степень влияния неметаллических включений на малоцикловую долговечность стали. Проведены испытания на сколонность колесной стали к коррозионному растрескиванию.

61-67 125
Аннотация

Цель данной работы — анализ напряженно-деформированного состояния в консольной системе «пленка – подложка». В балочном приближении проведен анализ деформаций консольной системы «пленка – подложка» под действием напряжений, возникающих при нанесении пленки. Получены общие формулы для вычисления угловой и линейной деформаций системы при различных значениях модулей упругости материалов подложки и пленки. В отличие от известной формулы Стони полученная авторами формула для угловой деформации консольной системы справедлива при различных значениях толщин пленки и подложки. Формула Стони является предельным случаем предложенной формулы при толщинах пленки, на несколько порядков меньших толщины подложки. Оценено влияние различных модулей упругости на угловую и линейную деформацию консоли, а также на распределение напряжений в системе «пленка – подложка». Показано, что если толщина подложки в 100 раз превышает толщину пленки, то угловая деформация изменяется примерно в два раза при двукратном изменении отношения модулей упругости. Проанализированы измерительные возможности консольного преобразователя напряжений в пленке в угловую деформацию конца консоли. Даны оценки чувствительности преобразователя в зависимости от отношения толщин пленки и подложки. Исследовано влияние неравномерности напряжений по толщине пленки на чувствительность консольного преобразователя. Показано, что полученные формулы для перемещений и напряжений применимы для изучения температурных деформаций и напряжений в системе «пленка – подложка». Для этого в полученных формулах напряжение в пленке следует заменить произведением модуля упругости на изменение температуры и разность коэффициентов теплового расширения материалов пленки и подложки.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

68-72 361
Аннотация

Коэффициенты корреляции и детерминации широко используют при статистическом анализе данных. При этом достаточно часто допускают те или иные ошибки. Некоторые из них рассмотрены в данной статье. Ограничимся случаем двух переменных. Наиболее часто используют линейный парный коэффициент корреляции Пирсона и непараметрические ранговые коэффициенты Спирмена и Кендалла. Согласно теории измерений коэффициент корреляции Пирсона можно применять к переменным, измеренным в шкале интервалов (и в шкалах с более узкой группой допустимых преобразований, например, в шкале отношений). Его нельзя применять при анализе порядковых данных. Непараметрические ранговые коэффициенты Спирмена и Кендалла предназначены для оценки связи порядковых переменных. Их можно использовать и в шкалах с более узкой группой допустимых преобразований, например, в шкалах интервалов или отношений. Критическое значение при проверке значимости отличия коэффициента корреляции от нуля зависит от объема выборки и приближается к нулю при его росте. Поэтому использование «шкалы Чеддока» некорректно. При применении пассивного эксперимента коэффициенты корреляции можно обоснованно использовать лишь для прогнозирования, но не для управления. Для получения предназначенных для управления вероятностно-статистических моделей необходим активный эксперимент. Как показал С. Н. Бернштейн, влияние выбросов на коэффициент корреляции Пирсона весьма велико. Эффект «вздувания» коэффициента корреляции состоит в том, что при увеличении числа проанализированных наборов предикторов заметно растет максимальный из соответствующих коэффициентов корреляции — показателей качества приближения. Распространенная ошибка состоит в использовании коэффициента детерминации для оценки качества восстановления зависимости методом наименьших квадратов.

73-78 126
Аннотация

При моделировании технических, экономических, социальных систем часто возникает необходимость решения уравнений с интервально определенными параметрами (интервальных уравнений). Решение таких уравнений требует специальных методов, отличных от методов решения обычных, детерминированных уравнений. Предложен новый метод решения интервальных уравнений, основанный на аппарате интервальной математики. Цель работы — разработка полностью формализованного метода решения интервальных уравнений, базирующегося на упомянутом математическом аппарате. Метод заключается в использовании эквивалентных преобразований обеих частей интервального уравнения по законам интервальной математики, позволяющих перейти от интервального уравнения к обычным детерминированным уравнениям и их последующему решению известными методами. Показано, что разнообразные интервальные уравнения можно решить двумя различными методами: множественным и интервальным. Выявлены различия между этими двумя методами в понятии решения уравнения, в используемом математическом аппарате, в возможности точного решения, в мощности получаемого множества решений. Приведен пример решения двумя методами интервального уравнения, используемого при расчете зоны загрязнения опасным веществом. Предложен новый подход к решению интервальных уравнений, основанный на эквивалентном преобразовании уравнения по законам интервальной математики. Такое преобразование позволяет привести уравнение к детерминированному виду, что дает возможность решить его хорошо известными методами решения обычных (детерминированных) уравнений. Разработанный подход позволяет находить точное решение интервального уравнения (если оно существует) или его приближенное решение (если точного решения не существует).



ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)