A Method for Experimental Investigation of Degradation Processes in Materials

V. I. Mironov; I. G. Emelyanov; D. I. Vichuzhanin; I. S. Kamantsev; V. V. Yakovlev; D. A. Ogorelkov; L. M. Zamaraev

doi:10.17804/2410-9908.2019.2.016-027

V. I. Mironov, I. G. Emelyanov, D. I. Vichuzhanin, I. S. Kamantsev, V. V. Yakovlev, D. A. Ogorelkov, L. M. Zamaraev

A METHOD FOR EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF DEGRADATION PROCESSES IN MATERIALS

DOI: 10.17804/2410-9908.2019.2.016-027

In most cases, long-term degradation processes in the materials of metal structures are the main cause of their catastrophic destruction. A method for the experimental construction of rheological dependences is proposed to describe the kinetics of these processes. The phenomenological representation of the degradation process as the transition of a ductile material to a brittle state is based on simple testing of single samples of a material in a rigid loading device. It is shown that such external factors as cyclic loading and hydrogenation change the parameters of the resulting static diagram, first of all, the available plasticity determined by the length of the diagram. It is noted that tests with the construction of complete diagrams with a falling branch offer a unified methodological basis for the investigation of degradation processes in steels and alloys.

Acknowledgement: The work was performed within the state assignment, theme No. 0391-2016-0001.

Keywords: degradation, complete deformation diagram, cyclic loading, hydrogenation, single samples, softening, kinetic curves, rigid loading device

References:

1. Pronikov A.S. Nadeznost mashin [Reliability of Machines]. Moscow, Mashinostroienie Publ., 1978, 592 p. (In Russian).

2. Bolotin V.V. Resurs mashin i konstruktsiy [Resource of Machines and Structures]. Moscow, Mashinostroienie Publ., 1990, 448 p. (In Russian).

3. Veselov I., Emelyanov I., Fedotov V. Research of the Tension of the Shell Working in Hydrogen-Containing Environment. In: Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference, Beijing, China, June 12–15, 2000, pp. 1041–1045.

4. Cherdantsev Y., Chernov I., Tyurin Y. Research Methods of Metal-Hydrogen Systems: Textbook. Tomsk, TPU Publ., 2008. (In Russian).

5. Rakhmatulin Kh.A., Demyanov Yu.A. Prochnost pri intensivnykh kratkovremennykh nagruzkakh [Strength under Intensive Momentary Loads]. Moscow, Fizmatgiz Publ., 1961, 393 p. (In Russian).

6. Koneva N.A., Sosnin O.V., Teplyakova L.A., В.Е. Громов, В.В. Коваленко. Evolyutsiya dislokatsionnykh substruktur pri ustalosty [Evolution of Dislocation Substructures under Fatigue]. Novokuznetsk, 2001. (In Russian).

7. Terent'ev V.F., Kolmakov A.G., Kurganova Y.A. Teoriya i praktika povysheniya nadezhnosti i rabotosposobnosti konstruktsionnykh metallicheskikh materialov: uchebnoe posobie [Theory and Practice of Improving the Reliability and Performance of Structural Metallic Materials: Tutorial]. Ulyanovsk, UlGTU Publ., 2010, 268 p. ISBN 978-5-9795-0680-7. (In Russian).

8. Volkov S.D., Gus'kov Yu. P., Krivospitskaya V.I., Mironov V.I., Sokovnin Y.P., Sokolov P.S. Experimental functions of the resistance of alloy steel in tension and torsion. Strength of Materials, 1979, vol. 11, iss. 1, pp. 1–5. DOI: 10.1007/BF00806220.

9. Volkov S.D. Funktsiya soprotivleniya materialov i postanovka kraevykh zadach mekhaniki razrusheniya [Function of the Strength of Materials and the Formulation of Boundary Value Problems in Fracture Mechanics]. Sverdlovsk, UNTs AN SSSR Publ., In-t metallurgii, 1968, 65 p. (In Russian).

10. Volkov S.D. The problem of strength and fracture mechanics. Problemy Prochnosti, 1978, no. 7, pp. 3–10. (In Russian).

11. Struzhanov V.V., Mironov V.I. Deformatsionnoe razuprochnenie materiala v elementakh konstruktciy [Work Softening of Structure Elements Materials]. Ekaterinburg, Izd-vo UrO RAN Publ., 1995. (In Russian).

12. Mironov V.I., Lukashuk O.A. Influence of material structural inhomogeneity on fracture strength of constructional elements. J. Key Engineering Materials, 2017, vol. 735, pp. 89–94. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.735.89.

13. Mironov V.I., Andronov V.A., Jakushev A.V., Bambulevich V.B. Method and device for tension testing. RF Patent 2 251 676, 2005. (In Russian).

14. Vildeman V.E., Tretyakov M.P., Tretyakova Т.V. et al. Eksperimental’nye issledovaniya svoystv materialov pri slozhnykh termomekhanicheskikh vozdeystviyakh [Experimental Investigation of Material Properties under Complex Thermomechanical Loading, ed. by V. E. Wildeman]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2012. (In Russian).

15. Lebedev A.A., Chausov N. G. Phenomenological fundamentals of the evaluation of crack resistance of materials on the basis of parameters of falling portions of strain diagrams. Strength of Materials, 1983, vol. 15, iss. 2, pp. 155–160. DOI: 10.1007/BF01523460.

16. Goldenblat I.I, Bazhenov, V.L., Kopnov V.A. Dlitelnaya prochost v mashinostroenii [Long-Term Strength in Machine Construction]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1977. (In Russian).

17. Rabotnov Yu.N. Polzuchest elementov konstruktsiy [Creep of Construction Elements]. Moscow, Nauka Publ., 1955. (In Russian).

18. Karpenko G.V., Kripyakevich R.I. Vliyanie vodoroda na svoystva stali [The Effect of Hydrogen on Steel Properties]. Moscow, Mettallurgizdat Publ., 1962. (In Russian).

19. Terent'ev V.F. Ustalostnaya procnost’ metallov i splavov [Fatigue Strength of Metals and Alloys]. Moscow, Intermet Inzhiniring Publ., 2002. (In Russian).

20. Ustalost i vynoslivost metallov [Fatigue and Endurance of Metals, ed. by G. V. Uzhik]. Moscow, Izd-vo. inostr. lit. Publ., 1963. (In Russian).

21. Emelyanov I.G. Mironov V.I. Dolgovechnost’ obolochennykh konstruktsiy [Durability of Shell Structures]. Ekaterinburg, RIO UrO RAN Publ., 2012. ISBN 978-5-7691-2322-1. (In Russian).

22. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G. Influence of hydrogen-containing media at high temperatures and pressures on the behavior of metals and structures made of metals. Naukovedenie, 2012, no. 4. Available at: https://naukovedenie.ru/PDF/60tvn412.pdf (accessed at 20.09.2017). (In Russian).

23. Pisarev A.A., Tsvetkov I.V., Yarko E.D. Pronitsaemost vodoroda cherez metally [Hydrogen Permeability through Metals: Tutorial]. Moscow, MIFI Publ., 2008. (In Russian).

24. Mironov V.I., Emelyanov I.G., Yakushev A.V., Lukashuk O.A. Development of rapid method for car steel quality control. Transport of the Ural, 2012, no. 2 (33), pp. 13–18. (In Russian).

25. Lebedev A.A., Chausov N.G. Novye metody otsenki degradatsii mekhanicheskikh svoystv metalla konstruktsiy v protsesse narabotki [New Methods of Estimating the Degradation of Mechanical Properties of Structural Steel in Operation, the Monography]. Kiev, IPP NANU Publ., 2004.

В. И. Миронов, И. Г. Емельянов, Д. И. Вичужанин, И. С. Каманцев, В. В. Яковлев, Д. А. Огорелков , Л. М. Замараев

СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАТЕРИАЛЕ

Длительные деградационные процессы в материале эксплуатируемых металлических конструкций в большинстве случаев являются основной причиной их катастрофического разрушения. Предлагается способ экспериментального построения реологических зависимостей для описания кинетики подобных процессов. Феноменологическое представление деградационного процесса, как перехода пластичного материала в хрупкое состояние, основано на простых испытаниях однократных образцов материала в жестком нагружающем устройстве. Показано, что такие внешние факторы, как циклическое нагружение и наводороживание, меняют параметры получаемой статической диаграммы. Прежде всего, располагаемой пластичности, определяемой длиной диаграммы. Отмечается, что испытания с построением полных диаграмм с падающей ветвью дают единую методологическую базу для исследования деградационных процессов в сталях и сплавах.

Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания, тема № 0391-2016-0001.

Ключевые слова: деградация, полная диаграмма деформирования, циклическое нагружение, наводороживание, однократные образцы, разупрочнение, кинетические кривые, жесткое нагружающее устройство

Библиография:

Проников А. С. Надежность машин. – М. : Машиностроение, 1978. – 592с.
Болотин В. В. Ресурс машин и конструкций. – М. : Машиностроение, 1990. – 448 с.
Veselov I., Emelyanov I., Fedotov V. Research of the Tension of the Shell Working in Hydrogen-Containing Environment // Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference, Beijing, China, June 12–15, 2000. – 2000. – P. 1041–1045.
Черданцев Ю. П. Методы исследования систем металл-водород : учеб. пособие. – Томск : Изд-во ТПУ, 2008. – C. 286.
Рахматулин Х. А., Демьянов Ю. А. Прочность при интенсивных кратковременных нагрузках. – М. : Физматгиз, 1961. – 393 с.
Эволюция дислокационных субструктур при усталости / Н. А. Конева, О. В. Соснин, Л. А. Теплякова, В. Е. Громов, В. В. Коваленко. – Новокузнецк, 2001.
Терентьев В. Ф., Колмаков А. Г., Курганова Ю. А. Теория и практика повышения надежности и работоспособности конструкционных металлических материалов : учебное пособие. – Ульяновск : УлГТУ, 2010. – 268 с. ISBN 978-5-9795-0680-7.
Experimental functions of the resistance of alloy steel in tension and torsion / S. D. Volkov, Yu. P. Gus'kov, V. I. Krivospitskaya, V. I. Mironov, Y. P. Sokovnin, P. S. Sokolov // Strength of Materials. – 1979. – Vol. 11, iss. 1. – P. 1–5. – DOI: 10.1007/BF00806220.
Волков С. Д. Функция сопротивления материалов и постановка краевых задач механики разрушения. – Свердловск : УНЦ АН СССР, Ин-т металлургии, 1986. – 65 с.
Волков С. Д. Проблема прочности и механика разрушения // Проблемы прочности. – 1978. – № 7. – С. 3–10.
Стружанов В. В., Миронов В. И. Деформационное разупрочнение материала в элементах конструкций. – Екатеринбург : Изд-во УрО РАН, 1995. – 190 с.
Mironov V. I., Lukashuk O. A. Influence of material structural inhomogeneity on fracture strength of constructional elements // J. Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 735. – P. 89–94. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.735.89.
Устройство и способ для испытания образцов материалов на растяжение: пат. 2251676 / Миронов В. И., Андронов В. А., Якушев А. В., Бамбулевич В. Б., ФГУП ПО “Уралвагонзавод”. – № 2003130046/28 ; заявл. 09.10.2003 ; опубл. 10.05.2005, Бюл. № 13.
Экспериментальные исследования свойств материалов при сложных термомеханических воздействиях / В. Э. Вильдеман, М. П. Третьяков, Т. В. Третьякова, Р. В. Бульбович, С. В. Словиков, А. В. Бабушкин, А. В. Ильиных, Д. С. Лобанов, А. В. Ипатова / под ред. В. Э. Вильдемана. – М. : Физматлит, 2012. – 204 с.
Lebedev A. A., Chausov N. G. Phenomenological fundamentals of the evaluation of crack resistance of materials on the basis of parameters of falling portions of strain diagrams // Strength of Materials. – 1983. – Vol. 15, iss. 2. – P. 155–160. – DOI: 10.1007/BF01523460.
Гольденблат И. И., Баженов В. Л., Копнов В. А. Длительная прочность в машиностроении. – М. : Машиностроение, 1977. – 248 с.
Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. – М. : Наука, 1955. – 752 с.
Карпенко Г. В., Крипяткевич Р. И. Влияние водорода на свойства стали. – М. : Металлургиздат, 1962. – 192 с.
Терентьев В. Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. – М. : Интермет Инжиниринг, 2002. – 288 с.
Усталость и выносливость металлов : сб. статей / под ред. Г. В. Ужика. – М. : Изд-во иностр. лит., 1963. – 497 с.
Емельянов И. Г., Миронов В. И. Долговечность оболочечных конструкций. – Екатеринбург : РИО УрО РАН, 2012. – 217 с. – ISBN 978-5-7691-2322-1.
Овчинников И. И., Овчинников И. Г. Влияние водородосодержащей среды при высоких температурах и давлениях на поведение металлов и конструкций из них // Интернет-журнал «Науковедение». – № 4. – 2012. – URL: https://naukovedenie.ru/PDF/60tvn412.pdf (дата обращения: 20.09.2017).
Проницаемость водорода через металлы : учебное пособие / А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко. – М. : МИФИ, 2008. – 144 с.
Разработка экспресс-метода для контроля свойств вагонных сталей / В. И. Миронов, И. Г. Емельянов, А. В. Якушев, О. А. Лукашук // Транспорт Урала. – 2012. – № 2 (33). – С. 13–18.
Лебедев А. А., Чаусов Н. Г. Новые методы оценки деградации механических свойств металла конструкций в процессе наработки. – Киев : Изд-во ИПП НАНУ, 2004.

Библиографическая ссылка на статью

A Method for Experimental Investigation of Degradation Processes in Materials / V. I. Mironov, I. G. Emelyanov, D. I. Vichuzhanin, I. S. Kamantsev, V. V. Yakovlev, D. A. Ogorelkov, L. M. Zamaraev // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2019. - Iss. 2. - P. 16-27. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2019.2.016-027. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2019-2/2019-2_246.html
(accessed: 26.12.2024).