blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-4-409-416blackmet-2763Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEИсследование малоцикловой усталости зон сварного соединения стали класса прочности X70Low-cycle fatigue of welded joint from steel of X70 strength classГалкинА. А.GalkinA. A.

Андрей Александрович Галкин, аспирант кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Andrei A. Galkin, Postgraduate of the Chair “Technology and Equipment Engineering”

24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation

galkinnnov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4300-6659КабалдинЮ. Г.KabaldinYu. G.

Юрий Георгиевич Кабалдин, д.т.н., профессор кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Yurii G. Kabaldin, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Technology and Equipment Engineering”

24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation

uru.40@mail.ruМордовинаЮ. С.MordovinaYu. S.

Юлия Сергеевна Мордовина, инженер кафедры «Технология и оборудование машиностроения», аспирант

Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Yuliya S. Mordovina, Engineer of the Chair “Technology and Equipment Engineering”, Postgraduate

24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation

ips4@nntu.ruАносовМ. С.AnosovM. S.

Максим Сергеевич Аносов, к.т.н., доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Maksim S. Anosov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Techno­logy and Equipment Engineering”

24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation

anosov-maksim@list.ruНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваРоссияR.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityRussian Federation202431082024674409416Copyright © Галкин А.А., Кабалдин Ю.Г., Мордовина Ю.С., Аносов М.С., 20242024Галкин А.А., Кабалдин Ю.Г., Мордовина Ю.С., Аносов М.С.Galkin A.A., Kabaldin Y.G., Mordovina Y.S., Anosov M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2763

Широкое применение в области тяжелого машиностроения получили стали класса прочности X70. Одним из наиболее важных вопросов при выборе стали для конструкций является ее поведение при циклических нагрузках. В научной литературе трудно найти описание поведения всех зон сварного соединения при усталости. Поэтому целью данного исследования является определение характеристик усталостной прочности сварных соединений из российского аналога стали S690QL с фиксацией параметров акустической и магнитной дефектоскопии для их применения при диагностике конструкций во время эксплуатации. В качестве объекта исследования были взяты образцы из отечественной стали класса прочности X70. Химический состав определялся с помощью оптико-эмиссионной спектрометрии. Подготовка шлифов для микроструктурного анализа проводилась по стандартной методике с травлением в нитале. Испытание на усталость проводилось на специализированном стенде. Для акустических измерений применяли акустический комплекс АИС НРК-3, в качестве информативного параметра использовался акустический параметр D. Для оценки магнитных характеристик использовался коэрцитиметр МА-412ММ. Оценивались остаточная намагниченность Br , коэрцитивная сила Hc , отношение Hc /Br . Наименьшее количество циклов соответствует зоне наплавленного металла. Снижение амплитуды показало значительный разбег в поведении материала в зависимости от зоны соединения. Однако кривые для зоны термического влияния (ЗТВ) и для наплавленного металла практически совпадают. При этом ЗТВ в меньшей степени отличается от основного металла, чем зона наплавленного металла. График акустического параметра по своему виду является обратным по отношению к графику магнитных характеристик. Так, для акустического параметра в зависимости от наработки имеется минимум, а для магнитных характеристик – максимум. Но для обоих графиков экстремумом является точка, соответствующая наработке 0,6.

Steels of X70 strength class are particularly widely used in the field of heavy engineering. One of the most important issues when choosing steel for structures is its behavior under cyclic loads. It is difficult to find a description of the behavior of all zones of the welded joint under fatigue. The purpose of this study was to determine the fatigue characteristics of welded joints made of the Russian analogue of S690QL steel with fixation of acoustic and magnetic parameters for their use in the diagnosis. The objects of the study were the samples from domestic steel of X70 strength class. The chemical composition was determined using optical emission spectrometry. The grinds for microstructural analysis were prepared according to the standard technique with etching in the metal. The fatigue test was carried out on a specialized test bench. The authors used the acoustic system AIS NRK-3 for acoustic measurements and the acoustic parameter D – as an informative parameter. A MA-412MM coercitimeter was applied to evalua­te the magnetic characteristics. The following were evaluated: residual magnetization Br , coercive force Hc , Hc/Br ratio. The smallest number of cycles corresponds to the deposited metal zone. The decrease in amplitude showed a significant variation in the behavior of the material depending on the junction zone. However, the curves for heat affected zone (HAZ) and the deposited metal are practically the same. HAZ differs to a lesser extent from the base metal than the deposited metal zone. The graph of the acoustic parameter in its form is the reverse of the magnetic characteristics graph. Thus, there is a minimum for the acoustic parameter, depending on the operating time, and a maximum for the magnetic characteristics. For both graphs, the extremum is the point corresponding to the operating time of 0.6.

усталостьмалоцикловая усталостьсварные соединенияакустический параметркоэрцитивная силаостаточная намагниченностьусталость сварных соединенийкласс прочности X70fatiguelow-cycle fatiguewelded jointacoustic parametercoercive forceresidual magnetizationfatigue of welded jointsX70 strength classReferencesNikolić R., Arsic D., Lazić V. Application of the S690QL class steel in responsible welded structures. Materials Engineering-Materialove Inzinierstvo. 2013;20(4):174–183.Nikolić R., Arsic D., Lazić V. Application of the S690QL class steel in responsible welded structures. Materials Engineering-Materialove Inzinierstvo. 2013;20(4):174–183.Якушева Н.А. Высокопрочные конструкционные стали для деталей шасси перспективных изделий авиационной техники. Авиационные материалы и технологии. 2020;(2(59)):3–9. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-2-3-9Yakusheva N.A. High-strength constructional steels for landing gears of perspective products of aircraft equipment. Aviation Materials and Technologies. 2020;(2(59)):3–9. (In Russ.). https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-2-3-9Каблов Е.Н., Бакрадзе М.М., Громов В.И., Вознесенс­кая Н.М., Якушева Н.А. Новые высокопрочные конст­рукционные и коррозионностойкие стали для аэрокосмической техники разработки ФГУП «ВИАМ» (обзор). Авиационные материалы и технологии. 2020;(1(58)): 3–11. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-1-3-11Kablov E.N., Bakradze M.M, Gromov V.I., Voznesenskaya N.M., Yakusheva N.A. New high strength structural and corrosion-resistant steels for aerospace equipment deve­loped by FSUE “VIAM” (review). Aviation Materials and Technologies. 2020;(1(58)):3–11. (In Russ.). https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-1-3-11Ivković D., Adamovic D., Arsic D., Ratkovic N., Mitro­vić A., Nikolić R. Review of the advanced high-strength steels used in the automotive industry review of advanced high-strength steels and their manufacturing procedures. Mobility and Vehicle Mechanics. 2023;49(3):47–64.Ivković D., Adamovic D., Arsic D., Ratkovic N., Mitro­vić A., Nikolić R. Review of the advanced high-strength steels used in the automotive industry review of advanced high-strength steels and their manufacturing procedures. Mobility and Vehicle Mechanics. 2023;49(3):47–64.Cadoni E. High and very-high strength steels under harsh conditions of temperature and loading. Procedia Structural Integrity. 2023;47:348–353. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2023.07.090Cadoni E. High and very-high strength steels under harsh conditions of temperature and loading. Procedia Structural Integrity. 2023;47:348–353. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2023.07.090Murakami Y., Nomoto T., Ueda T. Factors influencing the mechanism of superlong fatigue failure in steels. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1999;22(7):581–590. https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.1999.00187.xMurakami Y., Nomoto T., Ueda T. Factors influencing the mechanism of superlong fatigue failure in steels. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1999;22(7):581–590. https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.1999.00187.xТотай А.В., Федонин О.Н., Хандожко А.В., Петрешин Д.И. Технологическое обеспечение гигацикловой усталости деталей класса валов. Транспортное машиностроение. 2023;2023(11):15–24. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-11-15-24Totay A.V., Fedonin O.N., Khandozhko A.V., Petreshin D.I. Technological support of gigacycle fatigue of shaft parts. Transport Engineering. 2023;(11(23)):15–24. (In Russ.). https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-11-15-24Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость – новая проблема физики и механики разрушения. Заводская лаборатория. 2004;70(4):41–51.Botvina L.R. Gigacycle fatigue - a new problem of phy­sics and mechanics of destruction. Zavodskaya laboratoriya. 2004;70(4):41–51. (In Russ.).Селезнев М.Н., Мерсон Е.Д. Выявление зон усталостной трещины при гигацикловой усталости стали 42CrMo4 с применением количественной фрактографии. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2019;(3):33–39. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2019-3-33-39Seleznev M.N., Merson E.D. Identification of fatigue crack zones in very high cycle fatigued 42CrMo4 steel with the use of quantitative fractography. Vektor nauki Tol`yattinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2019;(3):33–39. (In Russ.). https://doi.org/10.18323/2073-5073-2019-3-33-39Ерасов В.С., Орешко Е.И. Испытания на усталость металлических материалов (обзор). Часть 1. Основные определения, параметры нагружения, представление результатов испытаний. Авиационные материалы и технологии. 2020;(4(61)):59–70. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-4-59-70Erasov V.S., Oreshko E.I. Fatigue tests of metal mate­rials (review). Part 1. Main definitions, loading parameters, representation of results of tests. Aviation Materials and Technologies. 2020;(4(61)):59–70. (In Russ.). https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-4-59-70Rémy L. Low cycle fatigue of alloys in hot section components: progress in life assessment. Procedia Structural Integrity. 2023;14:3–10. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.05.002Rémy L. Low cycle fatigue of alloys in hot section components: progress in life assessment. Procedia Structural Integrity. 2023;14:3–10. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.05.002Salehnasab B., Hashem-Sharifi S. Low cycle fatigue beha­vior and life prediction of a directionally solidified alloy. Journal of Design Against Fatigue. 2024;2(1):1–10. https://doi.org/10.62676/ygye8n63Salehnasab B., Hashem-Sharifi S. Low cycle fatigue beha­vior and life prediction of a directionally solidified alloy. Journal of Design Against Fatigue. 2024;2(1):1–10. https://doi.org/10.62676/ygye8n63Zhu Z., Qianshuo F., Wang B., Zheng W., Yu Y. High-cycle fatigue performance of the heat-affected zone of Q370qENH weathering bridge steel. Journal of Materials in Civil Engineering. 2024;36(4):17056. https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-17056Zhu Z., Qianshuo F., Wang B., Zheng W., Yu Y. High-cycle fatigue performance of the heat-affected zone of Q370qENH weathering bridge steel. Journal of Materials in Civil Engineering. 2024;36(4):17056. https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-17056Grönlund K., Ahola A., Riski J., Pesonen T., Lipiäinen K., Björk T. Overload and variable amplitude load effects on the fatigue strength of welded joints. Welding in the World. 2023;68:411–425. https://doi.org/10.1007/s40194-023-01642-zGrönlund K., Ahola A., Riski J., Pesonen T., Lipiäinen K., Björk T. Overload and variable amplitude load effects on the fatigue strength of welded joints. Welding in the World. 2023;68:411–425. https://doi.org/10.1007/s40194-023-01642-zTang Z., Cai Z., Wu J. Influence of element segregation at grain boundary of heat affected zone on low-cycle fatigue property of weldment. Journal of Mechanical Engineering. 2015;51(14):78–85. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.078Tang Z., Cai Z., Wu J. Influence of element segregation at grain boundary of heat affected zone on low-cycle fatigue property of weldment. Journal of Mechanical Engineering. 2015;51(14):78–85. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.078Васечкин М.А., Егоров С.В., Коломенский А.Б., Чертов Е.Д. Временное сопротивление разрыву сварных конструкций, изготовленных из отечественных и импортных материалов. Вестник ВГУИТ. 2015;(4(66)):61–65.Vasechkin M.A., Egorov S.V., Kolomenskii A.B., Cher­tov E.D. Temporary tensile strength of welded structures made from domestic and foreign materials. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2015;(4(66)):61–65. (In Russ.).Лещик С.Д., Жуковский В.Е., Нощик Р.А. Влияние принудительного охлаждения сварного шва и зоны термического влияния в процессе сварки на характеристики сварного соединения. Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя Янкі Купалы. Серыя 6. Тэхніка. 2023;13(1):45–55.Leshchik S.D., Zhukovski V.E., Noshchik R.A. Influence of forced cooling of the weld and heat-affected zone during welding on the welded joint characteristics. Vesnik Hrodzenskaha Dziarzhaunaha Universiteta Imia Ianki Kupaly. Seryia 6. Tekhnika. 2023;13(1):45–55. (In Russ.).Song W., Liu X., Razavi N. Fatigue assessment of steel load-carrying cruciform welded joints by means of local approaches. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2018;41(12):2598–2613. https://doi.org/10.1111/ffe.12870Song W., Liu X., Razavi N. Fatigue assessment of steel load-carrying cruciform welded joints by means of local approaches. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2018;41(12):2598–2613. https://doi.org/10.1111/ffe.12870Płaczek D., Maćkowiak P., Boroński D. fatigue analysis of welded joints using a thin-walled Al/Fe explosive welded transition joints. Materials. 2023;16(18):6259. https://doi.org/10.3390/ma16186259Płaczek D., Maćkowiak P., Boroński D. fatigue analysis of welded joints using a thin-walled Al/Fe explosive welded transition joints. Materials. 2023;16(18):6259. https://doi.org/10.3390/ma16186259Гридасова Е.А., Веретковский А.В., Сафарьянц А.А., Леонтьев Л.Б. Исследования усталостных свойств сварных соединений в условиях высокочастотного нагружения. Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2019;(2(39)):3–11. https://dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2019-2-1Gridasova E., Veretkovskiy A., Safariants A. Review of research of fatigue properties of welded joints under high-frequency loading. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2019;(2(39)):3–11. (In Russ.). https://dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2019-2-1Аносов М.С., Рябов Д.А., Чернигин М.А., Соловьев А.А. Неразрушающий контроль накопления усталостных повреждений в стали Св-09Г2С, полученной 3D-печатью электродуговой наплавкой. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023;21(2):47–53. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2023-21-2-47-53Anosov M.S., Ryabov D.A., Chernigin M.A., Solo­vyov A.A. Non-destructive testing of the accumulation of fatigue damage in steel Sv-09G2S produced by wire arc additive manufacturing. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2023;21(2):47–53. (In Russ.). https://doi.org/10.18503/1995-2732-2023-21-2-47-53Хлыбов А.А., Рябов Д.А., Соловьев А.А., Аносов М.С., Матвеев Ю.И. Влияние пластической деформации на структуру и свойства стали 20ХГCА, полученной методом аддитивного электродугового выращивания. Научные проблемы водного транспорта. 2023;(75):95–107. (In Russ.). https://doi.org/10.37890/jwt.vi75.382Khlybov A.A., Ryabov D.A., Solovyov A.A., Anosov M.S., Matveev Yu.I. The effect of plastic deformation on the structure and properties of 20CrMnSi steel obtained by additive electric arc cultivation. Russian Journal of Water Transport. 2023;(75):95–107. (In Russ.). https://doi.org/10.37890/jwt.vi75.382

The authors declare that there are no conflicts of interest present.