Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації
Встановлено найінформативніші параметри мікроструктурних змін матеріалів металоконструкцій, які взаємопов’язані з їх механічними та фізичними властивостями. Для визначення структурно- і фазочутливих характеристик матеріалів використано різні методи та засоби неруйнівного контролю. За комплексом фі...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136835 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації / В.Д. Миндюк, О.М. Карпаш, М.О. Карпаш // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 129-133. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-136835 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1368352018-06-17T03:11:59Z Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації Миндюк, В.Д. Карпаш, О.М. Карпаш, М.О. Встановлено найінформативніші параметри мікроструктурних змін матеріалів металоконструкцій, які взаємопов’язані з їх механічними та фізичними властивостями. Для визначення структурно- і фазочутливих характеристик матеріалів використано різні методи та засоби неруйнівного контролю. За комплексом фізико-механічних характеристик неруйнівного контролю встановлено оптимальну кількість параметрів контролю і характеристик мікроструктури. Установлены наиболее информативные параметры микроструктурных изменений материалов металлоконструкций, взаимосвязанные с их механическими и физическими характеристиками. Для определения структурно- и фазочувствительных параметров материалов использованы разные методы и средства неразрушающего контроля. Установлено оптимальное количество параметров неразрушающего контроля и характеристик микроструктуры за комплексом физико-механических параметров неразрушающего контроля. The most informative parameters of the metal construction materials microstructural changes, which are interrelated with the material mechanical and physical properties, are established. Experimental researches of the microstructure and phase-sensitive parameters of materials different nondestructive methods and facilities are used. The optimal number of nondestructive testing parameters and microstructure characteristics by the complex physical and mechanical parameters of the non-destructive testing are established. 2013 Article Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації / В.Д. Миндюк, О.М. Карпаш, М.О. Карпаш // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 129-133. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136835 620.179 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Встановлено найінформативніші параметри мікроструктурних змін матеріалів металоконструкцій, які взаємопов’язані з їх механічними та фізичними властивостями.
Для визначення структурно- і фазочутливих характеристик матеріалів використано
різні методи та засоби неруйнівного контролю. За комплексом фізико-механічних
характеристик неруйнівного контролю встановлено оптимальну кількість параметрів контролю і характеристик мікроструктури. |
| format |
Article |
| author |
Миндюк, В.Д. Карпаш, О.М. Карпаш, М.О. |
| spellingShingle |
Миндюк, В.Д. Карпаш, О.М. Карпаш, М.О. Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Миндюк, В.Д. Карпаш, О.М. Карпаш, М.О. |
| author_sort |
Миндюк, В.Д. |
| title |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| title_short |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| title_full |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| title_fullStr |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| title_full_unstemmed |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| title_sort |
характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136835 |
| citation_txt |
Характер зв’язку мікроструктури з фізико-механічними властивостями сталей тривалої експлуатації / В.Д. Миндюк, О.М. Карпаш, М.О. Карпаш // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 129-133. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT mindûkvd harakterzvâzkumíkrostrukturizfízikomehaníčnimivlastivostâmistalejtrivaloíekspluatacíí AT karpašom harakterzvâzkumíkrostrukturizfízikomehaníčnimivlastivostâmistalejtrivaloíekspluatacíí AT karpašmo harakterzvâzkumíkrostrukturizfízikomehaníčnimivlastivostâmistalejtrivaloíekspluatacíí |
| first_indexed |
2025-07-10T02:58:35Z |
| last_indexed |
2025-07-10T02:58:35Z |
| _version_ |
1837227122044698624 |
| fulltext |
129
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.179
ХАРАКТЕР ЗВ’ЯЗКУ МІКРОСТРУКТУРИ З ФІЗИКО-МЕХАНІЧ-
НИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ СТАЛЕЙ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
В. Д. МИНДЮК, О. М. КАРПАШ, М. О. КАРПАШ
Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу
Встановлено найінформативніші параметри мікроструктурних змін матеріалів мета-
локонструкцій, які взаємопов’язані з їх механічними та фізичними властивостями.
Для визначення структурно- і фазочутливих характеристик матеріалів використано
різні методи та засоби неруйнівного контролю. За комплексом фізико-механічних
характеристик неруйнівного контролю встановлено оптимальну кількість парамет-
рів контролю і характеристик мікроструктури.
Ключові слова: мікроструктура, деградація, співвідношення фаз, умовний розмір
зерна, неруйнівний контроль, фізико-механічні характеристики, структуроскопія.
Одним із основних чинників, що визначає роботу і залишковий ресурс мета-
локонструкцій тривалої експлуатації, є якість металу. Тому діагностика їх техніч-
ного стану повинна охоплювати не тільки оцінку їх цілісності, але й змін мікрост-
руктури металу внаслідок експлуатаційних деградаційних процесів, які часто ви-
кликають деформації-руйнування, зародження і розвиток мікропошкоджень, що
проявляється у відповідних змінах фізико-механічних властивостей матеріалу [1–3].
Щоб виявити незворотні мікроструктурні зміни у матеріалах, слід контро-
лювати їх фізичні структурно- та фазочутливі властивості. Структурно-чутливі
(електричні, акустичні, гальваномагнетні, термоелектричні, деякі магнетні (на-
приклад, коерцитивна сила), внутрішнє тертя) реагують на зміну ступеня спотво-
реності кристалічної ґратки, концентрацію домішкових атомів, порядок у розта-
шуванні атомів компонентів, розмір зерна, появу частинок надмірної фази, зміну
їх дисперсності тощо. За фазочутливими можна з високою точністю фіксувати
зміну складу фаз і кількісного співвідношення між ними. До них насамперед слід
віднести намагнеченість насичення.
Нижче, розвиваючи розпочаті дослідження [4], вивчили характер взаємо-
зв’язку між фазо- і структурно-чутливими параметрами методів неруйнівного
контролю із основними характеристиками мікроструктури сталей ферито-перліт-
ного класу: співвідношенням між структурним і фазовим складниками, а також
розміром зерен d. Зразки вирізали з труб магістральних трубопроводів, які де-
монтували під час ремонтів, з труб аварійних запасів, а також листового прокату
різних марок низьковуглецевих сталей.
Відібрали 16 зразків конструкційних сталей (дев’ять – з металопрокату (з
позначкою “П”), сім – з трубопровідних сталей (з позначкою “Т”)) прямокутної
форми розмірами 350×500 mm, очищених від бруду та корозії. Неруйнівним ме-
тодом [5] визначали твердість НВ, індуктивний магнетний параметр І [6], коер-
цитивну силу Нс, теплопровідну характеристику Т [7] та питомий електричний
опір ρ. Для цього використовували динамічний твердомір ТД-32, експерименталь-
ну інформаційно-вимірювальну систему ІВС-І2 [8] для визначення параметра І,
Контактна особа: В. Д. МИНДЮК, e-mail: tinlaven@gmail.com
130
структуроскоп КРМ-Ц-К2М, інформаційно-вимірювальну систему ІВС ФМХ-1
[8] з нагрівальним блоком для встановлення характеристики Т та мікроомметр
БСЗ-010-2 зі спеціальним контактним механізмом. Щоб послабити вплив різних
чинників (анізотропії матеріалу, шорсткості тощо) на результати вимірювань,
кожен зразок ділили на шість зон і для кожної виконали десятикратні вимірюван-
ня всіма приладами.
Зразки для металографічних досліджень вирізали на спеціальному верстаті
Q-80Z УРМО-80А, який автоматично підтримував задану швидкість різання від-
різним абразивним кругом і інтенсивно охолоджував зразок, запобігаючи спотво-
ренню мікроструктури металу. Далі їх шліфували і полірували на пристрої
УШПО-1, використовуючи фетровий круг, змочений суспензією дистильованої
води і дрібнодисперсного порошку оксиду алюмінію. Потім витримували у 5%-
му спиртовому розчині пікринової кислоти [9]. Виділяли шари ближче до зов-
нішньої чи внутрішньої поверхонь зразка, а також розташовані в середній части-
ні його товщини [10]. Кількісні параметри мікроструктури визначали за норма-
тивним документом [11], застосовуючи програмний продукт ImageJ версії m1.45,
результати усереднювали за вимірами в шести областях розміром 0,5 mm2 на всій
площині видимості знімка. Для визначення взаємозв’язку між параметрами мік-
роструктури і вибраними фізико-механічними інформативними характеристика-
ми виконали графічний та кореляційний аналізи.
Результати експериментів усереднювали (табл. 1), а також будували за-
лежності фізичних і механічних параметрів від характеристик мікроструктури
(рис. 1 і 2).
Таблиця 1. Результати дослідження мікроструктури і вимірювання фізичних
і механічних структурно-чутливих параметрів
№
зразка
d,
µm Перліт/ферит НВ Нс,
А/cm
І,
cond. un
T,
cond. un
ρ,
nΩ⋅m
1П 58,89 0,2 135 2,26 1785,8 6,08 178
2П 62,24 0,16 114,3 1,53 1950,5 5,82 198
3П 9,62 0,35 116 1,82 1997,2 5,95 267
4П 26,6 0,36 136,6 3,25 1853,5 4,557 329
5П 31,54 0,4 138,3 1,43 2156,6 6,738 165
6П 71,01 8,79 249,6 8,55 1532,4 5,369 350
7П 26,54 0,37 134,6 3,01 1629 5,87 141
8П 42,08 0,22 126,3 1,99 1975,3 5,849 172
9П 16,89 0,14 134 3,19 1839,8 4,929 272
10Т 35,12 0,34 149 3,92 1996,5 4,749 370
11Т 23,59 0,13 118,6 2,24 1846,5 5,207 264
12Т 13,6 0,36 151 3,8 1729,6 5,034 224
13Т 62,61 5,13 187 5,61 1561,8 5,764 380
14Т 56,14 5,91 198,3 5,3 1573,7 5,571 315
15Т 16,67 0,52 188,3 2,89 1684,2 6,223 198
16Т 12,79 0,26 203 3,14 1895,5 5,709 385
131
Рис. 1. Залежності фізичних і механічних
параметрів від співвідношення
перліт/ферит (P/Fe).
Fig. 1. Dependences of physical
and mechanical parameters
on pearlite/ferrite (P/Fe).
Виявлено добру кореляцію між фазоструктурним співвідношенням перліт/
ферит і твердістю, коерцитивною силою та умовним магнетним індуктивним па-
раметром (табл. 2; тут знак мінус свідчить про обернену залежність). Питомий
електричний опір та теплопровідна характеристика слабо корелюють з фазо-
структурним параметром через невисоку чутливість методів до структурних змін
на мікрорівні і мають виражений інтегральний характер. Слід відмітити неліній-
ний характер зв’язку між параметрами структури і фізичними, тому доцільно для
аналізу мікроструктурних змін використовувати їх в комплексі. Вибрані фізичні
параметри і середній умовний розмір зерен корелюють слабо, тому оцінювати
деградацію структури сталей феритного і перлітного класів за зміною розмірів
зерен, коли вибрані методи і параметри неруйнівного контролю, недоцільно.
Таблиця 2. Коефіцієнти кореляцій між параметрами мікроструктури
і фізико-механічними характеристиками сталей ферито-перлітного класу
Параметр структури НВ Нс, А/cm І, cond. un Т, cond. un ρ, nΩ⋅m
Перліт/ферит 0,7934 0,9033 –0,5782 –0,2311 0,3999
d, µm 0,3325 0,5018 –0,1917 –0,0504 –0,0313
Отже, зміна співвідношення фаз впливає на окремі фізичні властивості мате-
ріалів, особливо – магнетні і електричні. Бал зерна в матеріалах конструкцій дов-
готривалої експлуатації залишається практично незмінним і несуттєво змінює
магнетні характеристики металу.
132
Рис. 2. Залежності фізичних і механічних
параметрів від розміру зерна d.
Fig. 2. Dependences of physical and
mechanical parameters on the grain size, d.
Тому оцінювати ступінь деградації мікроструктури слід за зміною співвідно-
шення фаз та комплексом фізико-механічних характеристик. Експериментально
визначено оптимальну кількість фізичних величин неруйнівної структуроскопії:
твердість, коерцитивну силу і електромагнетний індуктивний параметр.
ВИСНОВКИ
Комплекс параметрів, зокрема твердість, коерцитивну силу і магнетний ін-
дукційний параметр, можна ефективно використовувати для визначення співвід-
ношення перліт/ферит як ознаки мікроструктурного стану низьковуглецевих
сталей. Для практичної реалізації лабораторних досліджень необхідно розробити
методику, що регламентує порядок робіт, застосовуваних методів та засобів для
опосередкованого визначення деградації мікроструктури матеріалів металокон-
струкції за встановленим комплексом інформативних параметрів неруйнівного
контролю.
РЕЗЮМЕ. Установлены наиболее информативные параметры микроструктурных
изменений материалов металлоконструкций, взаимосвязанные с их механическими и фи-
зическими характеристиками. Для определения структурно- и фазочувствительных пара-
метров материалов использованы разные методы и средства неразрушающего контроля.
Установлено оптимальное количество параметров неразрушающего контроля и характе-
ристик микроструктуры за комплексом физико-механических параметров неразрушающе-
го контроля.
SUMMARY. The most informative parameters of the metal construction materials
microstructural changes, which are interrelated with the material mechanical and physical
properties, are established. Experimental researches of the microstructure and phase-sensitive
parameters of materials different nondestructive methods and facilities are used. The optimal
133
number of nondestructive testing parameters and microstructure characteristics by the complex
physical and mechanical parameters of the non-destructive testing are established.
1. Оцінка деградації сталей обладнання нафтопереробних і хімічних виробництв / О. Г. Ар-
хипов, О. В. Зінченко, Д. О. Ковальов, Р. Г. Заїка // Металеві конструкції. – 2009. – 15,
№ 2. – С. 115–122.
2. Крижанівський Є. І., Никифорчин Г. М. Особливості корозійно-водневої деградації
сталей нафтогазопроводів і резервуарів зберігання нафти // Фіз.-хім. механіка матеріа-
лів. – 2011. – 47, № 2. – С. 11–20.
(Kryzhanivs’kyi E. І. and Nykyforchyn H. M. Specific features of hydrogen-induced corro-
sion degradation of steels of gas and oil pipelines and oil storage reservoirs // Materials
Science. – 2011. – 47, № 2. – P. 127–138.)
3. Миндюк В. Д., Доценко Є. Р., Карпаш М. О. Особливості деградації структури матеріа-
лів металоконструкцій довготривалої експлуатації та оцінка можливості її діагносту-
вання в нафтогазовому комплексі // Наук. вісник ІФНТУНГ. – 2011. – № 2 (28).
– С. 91–97.
4. Карпаш О. М., Доценко Є. Р., Карпаш М. О. Комплексний метод контролю фізико-ме-
ханічних характеристик матеріалів металоконструкцій // Фіз.-хім. механіка матеріалів.
– 2011. – 47, № 5. – С. 40–47.
(Karpash O. M., Dotsenko E. R., and Karpash M. O. Complex method for checking physico-
mechanical characteristics of materials of metalworks // Materials Science. – 2011. – 47,
№ 5. – P. 613–620.)
5. РД 12-411-01. Инструкция по диагностированию технического состояния подземных
стальных газопроводов. – М.: Госгортехнадзор России, 2001. – 50 с.
6. Тацакович Н. Л., Карпаш O. M., Карпаш M. O. Експериментальне дослідження мож-
ливості визначення ударної в’язкості неруйнівним методом // Матеріали 14 Міжнар.
наук.-техн. конф. “Електромагнітні та акустичні методи неруйнівного контролю мате-
ріалів та виробів” (“Леотест-2009”), Славське, 16–21 лютого 2009 р. – Львів, 2009.
– С. 75–76.
7. Тацакович Н. Л. Удосконалення методу технічної діагностики нафтогазопроводів:
Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Івано-Франківськ, 2010. – 16 с.
8. Кісіль І. С., Карпаш М. О., Ващишак І. Р. Прилад для контролю фізико-механічних
характеристик сталей ФМХ-1 // Методи та прилади контролю якості. – 2005. – № 14.
– С. 77–80.
9. Металловедение и термическая обработка стали: справ. изд. в 3-х т. // Методы испы-
таний и исследования / Под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта. – М.: Металлур-
гия, 1983. – 352 с.
10. Оценка прочностного ресурса газопроводных труб с коррозионными повреждениями
/ И. Н. Бирилло, А. Я. Яковлев, Ю. А. Теплинский и др. – М.: Изд. Центрлитнефтегаз,
2008. – 168 с.
11. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.
– М.: Изд-во стандартов, 1994. – 22 с.
Одержано 25.06.2013
|