Научно-технический и производственный журнал.
Издается с января 1958 года. Индекс: 70383
ISSN 2410-2091 (Online), ISSN 0368-0797 (Print)
 
 
 
 

Послать статью

 

ПРИМЕНЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАЗМЕРОВ ФАЗОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ХРОМ-ЖЕЛЕЗО

стр. 564-570

Авторы: Кудрявцев Е. М.1, Родько И. И.1, Берестов А. В.1, Мартыненко С. П.1

1 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Россия, 115409, Москва, Каширское ш., 31, )
Кудрявцев Е. М. - д. ф.-м. н., профессор кафедры «Конструирования приборов и установок» (email: kudr51@mail.ru)
Родько И. И. - ассистент кафедры «Конструирования приборов и установок» (email: iirodko@mephi.ru)
Берестов А. В. - к.т.н., доцент, и.о. декана (email: avberestov@mephi.ru)
Мартыненко С. П. - научный сотрудник кафедры «Конструирования приборов и установок» (email: spmart@mail.ru)

Аннотация: При реализации стратегической программы исследований, осуществляемой Технологической платформой «Замкнутый ядерно-топливный 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.

Ключевые слова: ультразвуковые резонансные колебания, связанные колебания, сплавы на основе хром-железо, внутреннее трение, фазовые включения, фазовые превращения, динамические колебательные напряжения

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-7-564-570

Библиография:
  1. Карзов Г.П., Кудрявцев А.С., Марков В.Г., Гришмановская Р.Н., Трапезников Ю.М., Ананьева М.А. 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. Чёрная 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 твёрдого 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 т. Т. 2. Основы термической обработки / Под ред. Берштейна М.Л., Рахштадта А.Г. - 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. Magalas L.B., Malinowski T. 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 твёрдых 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 Leszek 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., Motegi M., Minamida K., Hayakawa H., 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.
Благодарности: Авторы выражают глубокую признательность студентке кафедры Белендрясовой Е.Г., взявшей на себя труд по цифровой обработке микроструктуры сплава, приведенной на рис. 3 настоящей статьи. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Соглашение № 14.578.21.0258, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57817X0258.

Дата поступления: 03.07.2018

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия