Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Применение особенностей ультразвуковых резонансных колебаний для оценки размеров фазовых включений в образцах сплавов на основе хром–железо

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-7-564-570

Полный текст:

Аннотация

При реализации стратегической программы исследований, осуществляемой Технологической платформой «Замкнутый ядернотопливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах», выполняются работы по оснащению горячих камер оригинальным нестандартным оборудованием для первичных послереакторных неразрушающих исследований свойств критически важных материалов реакторов на быстрых нейтронах. К ним относятся сплавы на основе хром–железо, рассматриваемые как перспективные для оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах. В ходе исследования ультразвуковым спектроскопическим методом внутреннего трения цилиндрических образцов сплавов на основе хром – железо в узком температурном интервале вблизи 550  К при их охлаждении со скоростью около 0,2  К/с обнаружен аномальный с точки зрения классической теории колебаний эффект. Его особенность заключается в возникновении связанных колебаний в образцах с неравномерным распределением температуры по радиусу, если интервал изменения температуры содержит точку магнитного фазового перехода материала. Такой образец можно рассматривать как сложную колебательную систему, состоящую из периферийной (более холодной) и центральной областей, находящихся в разных магнитных состояниях, с пульсирующей границей раздела, на которой действуют механические напряжения. Установлено, что указанный аномальный режим колебаний связан с влиянием динамических колебательных напряжений на образование и магнитные фазовые превращения в карбонитридных включениях, возникающих в ходе термообработки сплавов. Предложено теоретическое описание этого эффекта. Показано, что регистрируя параметры связанных колебаний, можно оценить размеры образующихся фазовых включений. Отмечается, что обнаруженные особенности и установленные закономерности резонансных колебаний в совокупности с традиционным методом внутреннего трения можно использовать для обнаружения метастабильных фазовых включений, возникающих на промежуточных стадиях формирования структуры материала, и оценить их размеры. Последнее несомненно окажется полезным при первичных неразрушающих испытаниях в горячих камерах сильно облученных образцов этих сплавов при оптимизации состава сплавов для оболочек ТВЭЛов реакторов на быстрых нейтронах.

Об авторах

А. В. Берестов
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
к.т.н., доцент, и.о. декана


Е. М. Кудрявцев
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
д. ф.-м. н., профессор кафедры конструирования приборов и установок


С. П. Мартыненко
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
научный сотрудник кафедры конструирования приборов и установок


И. И. Родько
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
ассистент кафедры конструирования приборов и установок


Список литературы

1. Карзов Г.П., Кудрявцев А.С., Марков В.Г. и др. Разработка конструкционных материалов для атомных энергетических установок на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем // Вопросы материаловедения. 2015. № 2. С. 17 – 23.

2. Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П. Исследование структурных и фазовых превращений в сплавах на основе хром-железо ультразвуковым спектроскопическим методом // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. № 7. С. 38 – 42.

3. Баранов В.М., Кудрявцев Е.М. Применение ультразвукового резонансного метода для контроля изделий малых размеров // Дефектоскопия. 1979. № 9. С. 25 – 32.

4. Кузьмин Е.В., Петраковский Г.А. Завадский З.А. Физика магнитоупорядоченных веществ. – Новосибирск: Наука, 1976. – 287 с.

5. Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. – М.: Металлургия, 1974. – 352 с.

6. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. – М.: Наука, 1988. – 712 с.

7. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. – М.: Наука, 1969. – 424 с.

8. Апаев Б.А. Магнитный фазовый анализ. – М.: Металлургия, 1976. – 280 с.

9. Металловедение и термическая обработка стали. – В 3-х томах. Т. 2. Основы термической обработки / Под ред. М.Л. Берштейна, А.Г. Рахштадта. – М.: Металлургия, 1983. – 365 с.

10. Салли А., Брэндз Э. Хром / Пер. с англ. / Под ред. В.А. Боголюбова. – М.: Мир, 1971. – 557 с.

11. Трефилов В.И., Мильман В.И., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. – Киев: Наукова думка, 1975. – 315 с.

12. Маслюк В.А., Яковенко Р.В., Грипачевский А.Н., Баглюк Г.А. Структура и свойства спеченных хромистых карбидосталей на основе системы Fe-Cr-C // Вопросы материаловедения. 2015. № 2. С. 9 – 17.

13. Криштал М.А., Головин С.А. Внутреннее трение и структура металлов. – М.: Металлургия, 1976. – 375 с.

14. Головин С.А. Головин И.С. Механическая спектроскопия релаксации Снуковского типа // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 5. С. 3 – 11.

15. Цуканов В.В., Зиза А.И. Совершенствование режимов термообработки стали марок 35ХН3МФА и 38ХН3МФА с целью повышения сопротивляемости хрупкому разрушению. Исследование превращения остаточного аустенита // Вопросы материаловедения. 2015. № 2. С. 1 – 9.

16. MagalasL.B., MalinowskiT. Measurement techniques of the logarithmic decrement // Solid State Phenom. 2003. Vol. 89. P. 247 – 260.

17. Кокорин В.В., Осипенко И.А. Особенности магнитных свойств распавшихся твердых растворов Cr-Fe // Физика металлов и металловедение. 1980. Т. 50. № 6. С. 1174 – 1178.

18. Magalas L.B. Mechanical spectroscopy – fundamentals // Sol. St. Phen. 2003. Vol. 89. P. 1 – 22.

19. Magalas L.B., Majewski M. Ghost internal friction peaks, ghost asymmetrical peak broadening and narrowing. Misunderstandings, consequences and solution // Mater. Sci. Eng. A. 2009. September. Vol. 521/522. P. 384 – 388.

20. Magalas L.B., Majewski M. Recent advances in determination of the logarithmic decrement and the resonant frequency in low-frequency mechanical spectroscopy // Solid State Phenomena. 2008. Vol. 137. P. 15 – 20.

21. Magalas L.B., Darinskii B.M. Mechanical spectroscopy and relaxation phenomena in solids // Solid State Phenomena. 2008. Vol. 115. P. 1 – 6.

22. Magalas L.B. Determination of the logarithmic decrement in mechanical spectroscopy // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 115. P. 7 – 14.

23. Golovin I. S., Rivière A. Mechanical spectroscopy of the Fe-25Al-Cr alloys in medium temperature range // Solid State Phenomena. 2008. Vol. 137. P. 99 – 108.

24. Magalas L.B. Mechanical spectroscopy – fundamentals // Solid State Phenomena. 2003. Vol. 89. P. 1 – 22.

25. Magalas L.B., Golovin S.A., Darinskii B.M. Mechanical spectroscopy, internal friction and relaxation phenomena in solids – suggested reading // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 115. P. 15 – 24.

26. Yoshida I., Sugai T., Tani S. etc. Automation of internal friction measurement apparatus of inverted torsion pendulum type // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1981. Vol. 14. No. 10. P. 1201 – 1206.

27. Agrež D. A frequency domain procedure for estimation of the exponentially damped sinusoids, 12 MTC: 2009 // IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. 2009. 1 – 3. P. 1295 – 1300.

28. Головин С.А., Паль-Валь П.П., Мозговой А.В. Современные проблемы механической спектроскопии // Успехи физики металлов. 2013. Т. 14. Вып. 3. С. 259 – 273.

29. Magalas L.B., Majewski M. Toward high-resolution mechanical spectroscopy hrms. resonant frequency – young’s modulus // Solid State Phenomena. 2012. Vol. 184. P. 473 – 478.

30. Duda K., Magalas L.B., Majewski M., Zieliński T.P. DFT-based estimation of damped oscillation parameters in low-frequency mechanical spectroscopy // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2011. Vol. 60. No. 11. P. 3608 – 3618.

31. Rubianes J., Magalas L.B., Fantozzi G., San Juan J. The Dislocation-Enhanced Snoek Effect (DESE) in high-purity iron doped with different amounts of carbon // J. de Phys. 1987. Vol. 48. (C-8). P. 185 – 190.

32. Etienne S., Elkoun S., David L., Magalas L.B. Mechanical spectroscopy and other relaxation spectroscopies // Solid State Phenomena. 2003. Vol. 89. P. 31 – 66.

33. Magalas L.B., Piłat A. Zero-point drift in resonant mechanical spectroscopy // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 115. P. 285 – 292.

34. Magalas L.B., Dufresne J.F., Moser P. The Snoek-Köster relaxation in iron // J. de Phys. 1981. Vol. 42. (C-5). P. 127 – 132.

35. Magalas L.B. Mechanical spectroscopy, internal friction and ultrasonic attenuation: Collection of works // Mater. Sci. Eng. A. 2009. September .Vol. 521/522. P. 405 – 415.

36. Баранов В.М., Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П. Особенности нелинейных резонансных колебаний образцов в области бездиффузионных фазовых переходов материалов // Акустический журнал. 1990. Т. 36. Вып. 3. С. 389 – 394.


Для цитирования:


Берестов А.В., Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П., Родько И.И. Применение особенностей ультразвуковых резонансных колебаний для оценки размеров фазовых включений в образцах сплавов на основе хром–железо. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2019;62(7):564-570. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-7-564-570

For citation:


Berestov A.V., Kudryavtsev E.M., Martynenko S.P., Rod’ko I.I. Application of ultrasonic resonance oscillations to estimate the size of phase inclusions in samples of chrome – iron alloys. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(7):564-570. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-7-564-570

Просмотров: 39


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)