CC BY
37
УДК 539.5
НЕКОТОРЫЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
© В. Т. Курохтин
Россия, Балашиха, Московский Военно-Технический Университет
Kurokhtin V.T. On some conceptual considerations of the theory of high-speed elastic-plastic deformation. The author proposes some new ideas for describing the process of elastic-plastic deformation under dynamic load. It is supposed that materials are capable of getting more low level of order during this process.
При импульсной нагрузке, приложенной к телу, способному пластически деформироваться, происходит разупорядочивание первоначально сплошной среды на отдельные блоки и вовлечение последних в вихревое движение, которое особенно ярко проявляется при турбулентном движении вязкой жидкости. Описанное явление согласуется с принципом Ле-Шетелье, который формулируется так: «Система реагирует на внешнее воздействие так, чтобы максимально уменьшить эффект, производимый этим воздействием». Следует отметить также ступени в иерархии неупорядоченности, имеющей место в динамических задачах механики сплошной среды. Теория упругости характеризуется симметричными тензорами напряжений и деформаций. С математической
точки зрения, имеем дело с действительными собственными значениями некоторых операторов, и весь процесс деформирования сводится к растяжению-сжатию по осям, определяемым собственными значениями вышеупомянутых операторов. Действительные собственные значения указывают на высокую упорядоченность исследуемой среды. Динамика упругопластических тел и турбулентность характеризуются вихревым движением.
Это физическое явление можно интерпретировать как наличие комплексных значений соответствующих операторов, матрицы которых трактуются как матрицы поворотов. То есть степень упорядоченности системы уменьшается при быстрых энергетических переходах с уровня на уровень.
УДК 620.194.2
ВЛИЯНИЕ НАВОДОРОЖИВАНИЯ СТАТИЧЕСКИ НАПРЯЖЕННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ НА ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И АКУСТИЧЕСКУЮ ЭМИССИЮ
© Д.Л. Мерсон, А.А. Разуваев, Т.В. Тетюева*
Россия, Тольятти, Политехнический институт
* Самара, ВНИИТнефть
Merson D.L., Razuvayev A.A., Tetiuyeva T.V. Influence of hydrogenning of statically stressed pipe steels on their mechanical properties and acoustic emission. In the investigation, the method sensitivity of steels 20 and 09GSF to hydrogen brittleness and to degree of their degradation at hydrogenning by registration of acoustic emission is proposed.
Как известно, все последние годы существует устойчивая тенденция возрастания доли влажных сред, содержащих сероводород, в общем объеме добычи и транспортирования нефти. В связи с этим, чрезвычайную актуальность приобретает задача создания сталей повышенной стойкости к водородному охрупчиванию, для решения которой требуются надежные методы
контроля чувствительности сталей к повреждениям, связанным с наводороживанием.
Металл, абсорбируя водород, изменяет свои физико-механические свойства, поэтому степень наводоро-живания во многом определяет поведение материала под нагрузкой и, в частности, его пластичность и характер акустического излучения.
Рис. 1. Результаты испытаний для образцов стали 20: а - исходный образец (5 = 31 %), б - после выдержки в течение 720 ч (5 = 29 %)
Рис. 2. Результаты испытаний для образцов стали 20: а - исходный образец (5 = 44 %), б - после выдержки в течение 96 ч (5 = 6 %), в - после выдержки в течение 720 ч (5 = 7 %)
го
1=
8
и
о.
с
га
X
700
600
500
400
300
200
100
0
і а
Щи- їй*.
б
тЦ А , і
0,040
0,042
0,035
0,028
0,021
0,014
0,007
0,000
0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5
Время, мин Время, мин
9,0
со
<
тс
№
э-
£
Ю
ю
Рис. 3. Результаты испытаний для образцов стали 09ГСФ: а - исходный образец (5 = 29 %), б - после выдержки в течение 720 ч (5 = 33 %)
Целью настоящей работы является изучение возможности применения метода акустической эмиссии для оценки чувствительности металла к водородному охрупчиванию, а именно, для определения степени деградации наводороженных образцов.
Для исследования были выбраны стали 20 и 09ГСФ различных плавок, отличающихся друг от друга схемой микролегирования (содержанием карбонитридообра-зующих элементов А1, Т1, V, №>) и имеющих, соответственно, различную микроструктуру.
Образцы с размерами рабочей части 0 6x20 мм на-водороживали путем выдержки в среде по стандарту ЫАСЕ ТМ 01-77 (96) (водный раствор, содержащий 5 % ЫаС1, 0,5 % сН3С00Н, насыщенный Н2Б, при комнатной температуре и начальном значении pH = 3,0) при постоянном растягивающем напряжении, составляющем 75 % от предела текучести, в течение
96...720 ч на установке «СоГ^». Исходные и наводо-
роженные образцы подвергали одноосному растяжению на универсальной испытательной машине 1231У-10 при скорости деформирования 1,3 мм/мин.
Сигналы акустической эмиссии (АЭ) воспринимали широкополосным пьезодатчиком в диапазоне частот
60...1500 кГц при общем усилении 5103. Первичную обработку АЭ-информации осуществляли с помощью прибора АВН-3, причем в качестве наиболее информативного параметра использовали огибающую сигналов со временем осреднения 0,5 с. Для сбора и обработки всей регистрируемой информации использовалась специальная аппаратура, выполненная в стандарте КАМАК, работающая под управлением компьютера.
Всего было исследовано более 10 плавок обеих сталей. Результаты испытания исходных и наводороженных образцов представлены на рис. 1-3 в виде совмещенных зависимостей напряжения и огибающей сигналов АЭ от времени. Как видно, во всех случаях
максимум акустической активности приходится на область квазиупругих деформаций, т. е. проявляется при напряжениях, меньших напряжения предварительной выдержки. Установлено, что акустическая эмиссия в этом случае состоит из набора дискретных импульсов. В области площадки текучести, если она существует, происходит смена дискретной АЭ на непрерывную, причем более ярко это выражено для стали 09ГСФ (рис. 3а). После завершения формирования площадки текучести вновь появляется дискретная АЭ, которая с дальнейшим ростом деформации вплоть до начала образования шейки постепенно затухает.
Характер АЭ у исходных и наводороженных образцов в целом подобен, однако уровень излучения наводороженных образцов, как правило, ниже (рис. 1, 2). Наиболее чувствительной характеристикой АЭ к водородному охрупчиванию является высота пика АЭ -Гшах, которая с увеличением длительности выдержки в среде понижается. Причем снижение Ymax происходит уже через несколько суток, т. е. намного раньше, чем снижение пластичности (рис. 1).
Однозначной пропорциональной связи между снижением высоты пика АЭ и потерей пластичности обнаружено не было, хотя в общем такая тенденция наблюдается (рис. 2). Для двух плавок стали 09ГСФ высота пика АЭ у наводороженного образца оказалась даже выше, чем у исходного (рис. 3), однако в этих случаях и снижения пластичности не наблюдалось.
Считается, что процессы микропластической деформации, протекающие в квазиупругой области диаграммы растяжения, связаны с поверхностными эффектами [1]. Поэтому естественно предположить, что причиной появления пика АЭ в той же области также являются поверхностные эффекты. Поскольку влияние внешней среды на материал осуществляется именно через поверхность, становится понятным, почему величина Ymax более чувствительна к влиянию водорода, чем макроскопические механические характеристики.
Сделано предположение, что снижение уровня акустического излучения после выдержки в среде связано с наклепом в тонком поверхностном слое объемов металла, прилегающих к коллекторам молизованного водорода.
Таким образом, несмотря на то, что полученные результаты нуждаются в тщательной проверке, предварительно можно говорить о возможности создания методики контроля водородного охрупчивания металлов по высоте пика АЭ. Достоинством такой методики может стать возможность контроля воздействия агрессивной среды на материал уже на ранней стадии и, что не менее важно, при неразрушающем уровне напряжения (0,5 .0,7 от предела текучести).
ЛИТЕРАТУРА
1. Алехин В.П. // Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 280 с.
УДК 539.2І4:548.4
ИНДЕНТИРОВАНИЕ С КОНТРОЛЕМ СМЕЩЕНИЯ И НАГРУЗКИ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
© В.И. Орлов, Ю.Л. Иунин, Б.Я. Фарбер*, А.Х. Хойер**
Россия, Черноголовка, Институт физики твердого тела РАН
* USA, Cleveland, Zircoa Incorporated **Case Western Reserve University, Department of Materials Science and Engineering
Orlov V.I., Iunin Y.L., Farber B.Y., Heuer A.H. Displacement-sensitive indentation at elevated temperatures. Load-displacement indentation tests are performed in Ge single crystals on a newly designed install. The deformation substructure is investigated using selective etching. The energy dissipated during the indentation cycle is measured and compared with the extent and the structure of the deformation zone.
Метод измерения микротвердости предоставляет уникальную возможность исследовать механизмы пластической деформации и разрушения хрупких материалов, механические свойства тонких пленок, а также материалов, доступных в малых объемах (~1 мм3). Из-за своей простоты он уже около 100 лет широко используется для экспресс-анализа механических свойств материалов. Однако сложность и многообразие процессов, происходящих при индентировании, делает очень трудной физическую интерпретацию полученных данных. Поэтому до сих пор продолжаются интенсивные исследования процессов, ответственных за формирование отпечатка под индентором.
Развитие методики индентирования с непрерывным контролем смещения и нагрузки на инденторе [1] позво-
лило получать дополнительную информацию (модуль Юнга; энергия, затраченная на образование отпечатка и т. д.) и практически полностью автоматизировать процесс индентирования. Однако, как правило, исследования методом индентирования с контролем смещения и нагрузки ограничиваются областью комнатных температур. Расширение температурного интервала позволяет существенно повысить возможности этого метода (исследовать изменения процессов деформации при хрупкопластичном и фазовых переходах).
В данной работе дано краткое описание высокотемпературной установки для индентирования с контролем смещения и продемонстрированы ее возможности на примере экспериментальных данных, полученных на образцах монокристаллов Ое.
