Определение критического уровня накопления усталостных повреждений в стали 09Г2С по характеру изменения параметров акустической эмиссии

Объект исследования – низколегированная конструкционная сталь 09Г2С. Цель работы: Выявление критического уровня накопления усталостных повреждений при малоцикловой усталости на примере низколегированной стали 09Г2С на основе установления связи между характером накопления повреждений, регистрируемых методом АЭ, и изменениями на уровне зеренной структуры материала. Исследования проводились с использованием современных экспериментальных методов (оптическая металлография, растровая электронная микроскопия), а также приборов неразрушающего контроля (акустико-эмиссионный метод контроля, твердометрия). Результаты исследования показали, что изменение параметров АЭ при малоцикловом нагружении для образцов из стали 09Г2С имеет нелинейный характер и описывается полиномиальными зависимостями с экстремумами на уровнях накопленных повреждений Ni/Np = 0,2-0,4, Ni/Np = 0,5-0,6 и Ni/Np = 0,7-0,8. При достижении уровня накопленных повреждений Ni/Np = 0,2-0,4 и Ni/Np = 0,7-0,8 происходит снижение энергии импульсов акустических сигналов, что свидетельствует о накоплении критического уровня энергии материалом в данных периодах нагружения и для последующей релаксации внутренних напряжений сменяется механизм адаптации материала к внешнему нагружению. Обнаружено, что в стали 09Г2С при МЦУ интенсивность образования микропор увеличивается при достижении уровня повреждений Ni/Np = 0,3, средний размер зерен перлита увеличивается на всем протяжении циклического нагружения. Средний размер зерен феррита в продольном и поперечном направлениях уменьшается вплоть до достижения Ni/Np = 0,7, при этом их соотношение (вытянутость зерен) меняется нелинейно с экстремумами при Ni/Np = 0,3, Ni/Np = 0,5, Ni/Np = 0,6, что свидетельствует об изменении микроструктуры. Полученные результаты расширяют представления о полиэкстремальном характере накопления повреждений в низколегированной стали при реализации циклического нагружения в малоцикловой области усталости, что коррелирует с изменениями параметров АЭ и позволяет использовать новые диагностические признаки для выявления локализации предельного состояния конструкционной низколегированной стали на всем временном интервале нагружении. Практическая значимость работы заключается в применении алгоритма определения критического уровня накопленных повреждений при МЦУ по параметрам АЭ, который использован независимой экспертной организацией ООО «Техническая диагностика» в качестве дополнительного метода контроля за состоянием технологического оборудования в процессе технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности. Полученные результаты используются в процессе изучения дисциплины «Оборудование и методы проведения испытания материалов» при подготовке бакалавров, обучающихся по направлению 15.03.02 – «Технологические машины и оборудование» на кафедре «Технологические машины и оборудование» УГНТУ.