АНАЛИЗ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И ПОЛЕЙ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА РАССТОЯНИИ ОТ ЗОН ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОЙ СТАЛИ

Выполнен анализ различий структурно-фазового состояния и полей внутренних напряжений в зонах локализации деформации и на расстоянии 1 мм от нее для образцов из теплоустойчивой стали марки 12Х1МФ. Исследование микроструктуры образцов осуществляли методом просвечивающей электронной микроскопии на тонких фольгах. Показано, что структура металла всех исследованных участков образцов после деформации до образования зон устойчивой локализации деформаций состоит из феррита и перлита. Занимающий основную часть объема материала феррит присутствует как не фрагментированный, так и фрагментированный. Выявлены отличия в структурно-фазовом состоянии в металле образцов из стали марки 12Х1МФ в зонах устойчивой локализации деформации и на расстоянии от нее. Установленные различия заключаются как в разном процентном соотношении морфологических составляющих микроструктуры (феррита и перлита), в том числе в содержании фрагментированной и не фрагментированной дислокационной субструктуры, так и в количественных показателях (скалярной и избыточной плотности дислокаций, кривизны-кручения кристаллической решетки, амплитуды полей внутренних сдвиговых и дальнодействующих напряжений). Установлено, что после кратковременного испытания до достижения устойчивой локализации деформации не весь объем металла образца имеет одинаковую микроструктуру. Установленные различия структурно-фазового состояния и полей внутренних напряжений в зонах локализации деформации и на расстоянии 1 мм от нее для образцов из теплоустойчивой стали марки 12Х1МФ свидетельствуют о том, что именно в зонах локализации деформации возникновение микротрещин имеет наибольшую вероятность.

1. Клюев В.В. Деградация диагностики без-опасности. Москва: Издательский дом «Спектр». 2012:128. EDN: SFDDCN.

2. Багмутов В.П., Белов Е.Г., Божко И.А., Бу-довских Е.А., Ващук Е.С. и др. Структур-но-фазовые состояния перспективных ме-таллических материалов. Новокузнецк: Изд-во НПК. 2009:613. EDN: SNBGKB.

3. Grib V.V., Petrova I.M., Romanov A.N. Esti-mation of the probability of mechanical sys-tems breakdown by technical state modelling. Journal of Machinery Manufacture and Relia-bility. 2016;45(5):433–437.

4. https://doi.org/10.3103/S1052618816050095

5. Ботвина Л.Р., Будуева В.Г., Остапенко А.А., Тютин М.Р., Демина Ю.А., Солдатенков А.П., Жаркова Н.А. Механические свойства и ме-ханизмы разрушения крупногабаритных ем-костей из сплава АМг6 после длительной эксплуатации. Деформация и разрушение материалов. 2013;12:28–35.

6. Demina Y.A., Tyutin M.R., Marchenkov A.Y., Levin V.P., Botvina L.R. Effect of Long-Term Operation on the Physical and Mechanical Properties and the Fracture Mech-anisms of X70 Pipeline Steels. Russ. Metall. 2022;2022:452–462. https://doi.org/10.1134/s0036029522040127

7. Romanov A.N., Filimonova N.I. Deformation Re-sistance and Damage Accumulation of Unstable Structural Material under Cyclic Elastoplastic De-formation. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2019;48(5):440‒445.

8. https://doi.org/10.3103/S1052618819050108

9. Тихомирова Е.А., Рыбников А.И., Гецов Л.Б. Изменение структуры и свойств монокри-сталлических жаропрочных сплавов в про-цессе длительной эксплуатации. Металло-ведение и термическая обработка. 2017;1(739):33–38.

10. Демченко М.В., Кузеев И.Р. Закономерно-сти изменения морфологии рельефа поверх-ности сварного соединения нефтегазового оборудования в условиях эксплуатации. Нанотехнологии в строительстве. 2018;10(4):39–56.

11. Polyakov A., Kuksenova L.I., Alekseeva M.S. Metodological Foundations for Chosing the Materials for Gears according to Wear Re-sistance Criteria. Journal of Machinery Manu-facture and Reliability. 2019;48(4):328–335. https://doi.org/10.3103/S1052618819040125.

12. Петрова И.М., Гадолина И.В., Ботвина Л.Р., Демина Ю.А., Тютин М.Р. Влияние дли-тельного старения на характеристики уста-лости стали 45. Заводская лаборатория. Ди-агностика материалов. 2011;77(1):58–61.

13. Makhutov N.A., Gadenin M.M., Odintsev I.N., Razumovsky I.A. Methods of the calcu-lation and experimental determination of the local residual stresses under spectrum devel-opment of complex loading. Journal of Ma-chinery Manufacture and Reliability. 2015;44(6):531–538. https://doi.org/10.3103/S1052618815060096

14. Горынин И.В., Тимофеев Б.Т. Деградация свойств конструкционных материалов при длительном воздействии эксплуатационных температур. Вопросы материаловедения. 2011;1(65):41–59.

15. Константинов В.М., Пучков Э.П., Галим-ский А.И. Особенности эксплуатации и свойства конструкционных сталей при ра-боте в условиях климатического холода. Ползуновский альманах. 2014;2:41–44.

16. Romanov A.N. Damage accumulation and limit states under the low-cycle loading of structural softening steel. Engineering Failure Analysis. 2022;142:106836.

17. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106836

18. Getsov L., Semenov A., Semenov S., Rybni-kov A., Tikhomirova E. Thermal fatigue of single-crystal superalloys: experiments, crack-initiation and crack-propagation criteria. Ma-terials and technology. 2015;49(5):773–778.

19. Makhutov N.A., Gadenin M.M. Analysis and control of the strength, useful life, and safe operation risks of power plants with various kinds of energy commodities. Journal of Ma-chinery Manufacture and Reliability. 2022;51(1):37–45. https://doi.org/10.3103/S105261882201006X

20. Зуев, Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А., Плосков Н.А. О природе упругопластиче-ского инварианта деформации. ЖТФ. 2018;88(6):855–859.

21. Danilov V.I., Gorbatenko V.V., Zuev L.B. On the kinetics of mobile Chernov – Luders band fronts. AIP Conference Proceedings. 2016;1783:020035. https://doi.org/10.1063/1. 4966328

22. Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Elastoplastic transition in material with sharp yield point. AIP Conference Proceedings. 2015;1683:020058. https://doi.org/10.1063/1.4932748

23. Ababkov N., Smirnov A., Danilov V., Zuev L., Popova N., Nikonenko E. Structural-phase state, mechanical properties, acoustic and magnetic characteristics in the sustainable de-formation localization zones of power equip-ment made of structural and heat resistant steels. Metals. 2021;11(10).

24. https://doi.org/10.3390/met11101638

25. Danilov V.I., Orlova D.V., Zuev L.B. On the kinetics of localized plasticity domains emer-gent at the pre-failure stage of deformation process. Materials and Design. 2011;32:1554‒1558. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.09.031

26. Zuev L.B. Chernov–Luders and Portevin–Le Chatelier deformations in active deformable media of different nature. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017;58(2):328‒334. https://doi.org/10.1134/S0021894417020171

27. Конева Н.А., Козлов Э.В. Закономерности субструктурного упрочнения. Известия ву-зов. Физика. 1991;34(3):С. 56–70.

28. Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V. Fatigue-induced evolution of AISI 310S steel micro-structure after electron beam treatment. Mate-rials. 2020;13(20):1–13.

29. https://doi.org/10.3390/ma13204567

30. Козлов Э.В., Попова Н.А., Кабанина О.В., Климашин С.И., Громов В.Е. Эволюция фа-зового состава, дефектной структуры, внутренних напряжений и перераспределе-ние углерода при отпуске литой конструк-ционной стали. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2007:177.

31. Конева Н.А., Попова Н.А., Козлов Э.В. Размер зерен и фрагментов микроуровня как фактор, определяющий плотность дислока-ций. Известия РАН. Серия физическая. 2011;75(5):709–712.

32. Козлов Э.В., Тришкина Л.И., Попова Н.А., Конева Н.А. Место дислокационной физики в многоуровневом подходе к пластической деформации. Физическая мезомеханика. 2011;14(3):95–110.

33. Gromov V.E., Yur’ev A.B., Morozov K.V., Ivanov Yu.F., Alsaraeva K.V. Structure, phase composition, and defect substructure of dif-ferentially quenched rail. Steel in Translation. 2014;44(12):883–885. https://doi.org/10.3103/S0967091214120067

34. Kozlov E. V., Popova N.A., Pekarskaya E.E., Koneva N.A., Zhdanov A.N. Subgrain struc-ture and internal stress fields in UFG materi-als: problem of Hall–Petch relation. Materials Science and Engineering: A. 2004;1-2:789–794. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.081

35. Смирнов А.Н., Козлов Э.В., Абабков Н.В., Купченко М.В. Современное методическое обеспечение для оценки состояния металла потенциально опасного оборудования. Часть 1. Микроскопия и рентгеноструктур-ный анализ. Вестник Кузбасского государ-ственного технического университета. 2010;4:62–68.

36. Абабков Н.В. Исследование структурно-фазового состояния и внутренних напряже-ний в зонах локализации деформации об-разцов из теплоустойчивой стали. Вестник Сибирского государственного индустриаль-ного университета. 2024;1(47):135‒141. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-135-141