Новые исследования
 

Разрушение при водородном охрупчивании сталей и сплавов под напряжением, несмотря на многолетние исследования во всем мире, до сих пор является важной проблемной задачей технологии металлов. Это актуально, например, при разработке новых высокопрочных сталей с целью уменьшения материалоемкости конструкций и при прогнозе степени деградации механических свойств при длительной эксплуатации ответственных конструкций.

Источником водорода в металлической конструкции при ее эксплуатации может быть электролиз на поверхности металла воды, обогащенной промышленными газами из атмосферы воздуха. При исследовании разрушения cталей под воздействием внешней среды, в том числе и водорода, необходимо выделение структурных факторов, определяющих чувствительность металла к замедленному разрушению. Известен ряд механизмов водородного охрупчивания, которые могут быть прямо связаны с механизмами упрочнения металла.

На кафедре Металловедения и физики прочности в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2010-2011 годы)» по проекту № 2.1.2/5662 и при финансовой поддержке программы развития НИТУ «МИСиС» проводится работа по сравнительной оценке сопротивления водородному охрупчиванию конструкционных термоулучшаемых сталей, в которых за счет разницы в содержании карбидообразующих элементов создаваны состояния с разной прочностью. Оценка проводилась по наблюдению методом акустической эмиссии (АЭ) развития очагов разрушения при растяжении наводороженных образцов, металлографии, количественному анализу поверхности разрушения и анализу диаграмм деформации при испытаниях на растяжение с гальваническим наводороживанием металла.

 

 

 

Наблюдение выделения водорода из стали в тонкий слой глицерина

 

Проведенные исследования показали, что бóльшим сопротивлением зарождению и распространению трещины при воздействии водорода обладает сталь, имеющая более низкую прочность по сравнению со сталью с повышенной прочностью, достигнутой за счет эффекта дисперсионного упрочнения при отпуске, связанного с выделением в структуре дисперсных карбидов. Измерения АЭ и фрактографии показали, что основной причиной этого является образование и развитие трещин на поверхности образца уже при наводороживании под нагрузкой. Измерения АЭ позволяют оценить время зарождения таких трещин (инкубационный период) и проследить кинетику развития очага разрушения при последующем растяжении образцов.

 

Подробнее о последних результатах исследований в этой области можно ознакомиться в следующих работах:

  1. Н.Ю. Демцев. Распределенная компьютерная информационно-измерительная система для наблюдения процессов замедленного разрушения металлов методом акустической эмиссии // 62-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции. Тезисы докладов.–М.: МИСиС, 2007.–С. 123

  2. В.С. Глазкина, О.А. Федорова. Установка для наблюдения в реальном времени выделения водорода из металла после гальванического наводороживания // 64-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М: МИСиС, 2009.–С. 184-185

  3. Khanzhin V.G., Shtremel' M.A. Diagnostics of Fracture Processes by Measurements of Acoustic Emission // e-Journal of Nondestructive Testing.–2010.–V. 15.–N 9.–P. 24

  4. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, М.В. Котенева. Замедленное водородное охрупчивание сталей разной прочности // Сборник трудов V-ой Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур" (ПРОСТ 2010), 20-22 апреля 2010 г.–М.: МИСиС, 2010.–С. 193.

  5. С.А. Никулин, В.Г. Ханжин. Анализ замедленного водородного разрушения сталей и сплавов циркония // Тезисы докладов представленных на Всероссийскую научно-техническую конференцию "Материалы ядерной техники" (МАЯТ-2010).–М.: ОАО "ВНИИНМ", 2010.–С. 34.

  6. В.С. Радченко. Пакет программного обеспечения для анализа оптических изображений // 65-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2010.–С. 358

  7. М.И. Сергачева. Анализ строения изломов сталей разной прочности при водородном охрупчивании под напряжением // 65-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2010.–С. 360

  8. Л.В. Тутова. Изучение способности к гальваническому наводороживанию сталей разной прочности // 65-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2010.–С. 362-363

  9. О.А. Федорова. Изучение сопротивления водородному охрупчиванию сталей разной прочности // 65-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2010.–С. 364

  10. О.В. Ханжин. Сравнительная оценка сопротивления водородному охрупчиванию при изгибе сталей разной прочности по измерению акустической эмиссии и фрактографии // 65-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2010.–С. 364-365

  11. V. Khanzhin, S. Nikulin, A. Rojnov, M. Koteneva, Y. Smirnova, A. Komissarov. The Steels Resistance to Hydrogen Induced Fracture under Stress Conditions // Summaries of lectures of 9th International Symposium of Croation Metallurgical Society "Materials and metallurgy" (SHMD'2010), 20-24 June 2010, Sibenik, Croatia.–Metallurgija, 2010.–V. 49.–N 3.–P. 212-213.

  12. S. Nikulin, V. Khanzhin, V. Belov, M. Koteneva. Influence of chemical composition of high-strength steel on hydrogen-induced embrittlement // Summaries of lectures of 9th International Symposium of Croation Metallurgical Society "Materials and metallurgy" (SHMD'2010), 20-24 June 2010, Sibenik, Croatia.–Metallurgija, 2010.–V. 49.–N 3.–P. 213.

  13. В.С. Радченко, А.Ю. Ромашов, Е.А. Гроничева, А.С. Пятилов, О.В. Ханжин, О.А. Федорова, О.Ю. Слотвицкая, Е.В. Акшаева, Д.А. Мирошкин, С.А. Никулин, В.Г. Ханжин. Оценка диффузионной подвижности водорода в сталях разной прочности по анализу цифровых изображений оптического микроскопа в LabVIEW и IMAQ Vision // Сборник трудов 9-й международной научно-практической конференции "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments".–М.: РУДН, 2010.–С. 446-448

  14. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.А. Белов, В.Ю. Турилина, А.Б. Рожнов. Водородное охрупчивание сталей. I. Анализ кинетики процесса по измерениям акустической эмиссии // Деформация и разрушение материалов.–2011.–№ 8.–С. 44-48 (V.G. Khanzhin, S.A. Nikulin, V.A. Belov, V.Yu. Turilina, A.B. Rozhnov. Hydrogen embrittlement of steels: I. Analysis of the process kinetics using acoustic emission measurements // Russian Metallurgy (Metally).–2013.–V. 2013.–N. 4.–P. 308-312)

  15. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.Ю. Турилина, В.А. Белов, А.М. Арсенкин. Водородное охрупчивание конструкционных сталей в зависимости от легирования карбидообразующими элементами и прочности // Металловедение и термическая обработка металлов.–2011.–№ 8.–С. 35-41 (V.G. Khanzhin, S.A. Nikulin, V.Yu. Turilina, V.A. Belov, and A.M. Arsenkin. Hydrogen embrittlement of structural steels as a function of alloying with carbide-forming elements and strength // Metal Science and Heat Treatment.–2011.–Vol. 53.–N 7-8.–P. 387-394)

  16. Л.В. Тутова, О.В. Ханжин, О.А. Федорова. Разработка методики оценки качества стали по сопротивлению водородному охрупчиванию // 66-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.:МИСиС, 2011.–С. 40-41

  17. О.В. Ханжин. Фрактографическое исследование поверхности разрушения хром-молибден-ванадиевой стали при водородном охрупчивании // 66-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.:МИСиС, 2011.–С. 41-42

  18. Е.А. Гроничева, О.В. Ханжин. Интеллектуальная измерительная система в LabVIEW для мониторинга водородного охрупчивания сталей методом акустической эмиссии // 66-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.:МИСиС, 2011.–С. 582

  19. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.Ю. Турилина, В.А. Белов, С.О. Рогачев. Влияние прочности сталей на замедленное водородное охрупчивание // Научно-технический семинар "Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов". Москва. 26-28 октября 2011 г. Тезисы докладов.–М.: НИТУ "МИСиС", 2011.–С. 116

  20. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.А. Белов, В.Ю. Турилина, А.Б. Рожнов. Водородное охрупчивание сталей. II. Влияние прочности // Деформация и разрушение материалов.–2012.–№ 1.–С. 44-48 (V.G. Khanzhin, S.A. Nikulin, V.A. Belov, V.Yu. Turilina, A.B. Rozhnov. Hydrogen embrittlement of steels: II. Effect of strength // Russian Metallurgy (Metally).–2013.–V. 2013.–N. 4.–P. 313-320)

  21. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.А. Белов, C.О. Рогачев, В.Ю. Турилина. Водородное охрупчивание сталей. III. Влияние частиц // Деформация и разрушение материалов.–2012.–№ 3.–С. 34-40 (V.G. Khanzhin, S.A. Nikulin, V.A. Belov, S.O. Rogachev, V.Yu. Turilina. Hydrogen Embrittlement of Steels: III. Influence of Secondary Phase Particles // Russian Metallurgy (Metally).–2013.–V. 2013.–N. 10.–P. 790-796)

  22. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, О.В. Ханжин, C.О. Рогачев, В.Ю. Турилина. Водородное охрупчивание сталей. IV. Замедленное разрушение при изгибе // Деформация и разрушение материалов.–2012.–№ 4.–С. 44-48 (V.G. Khanzhin, S.A. Nikulin, O.V. Khanzhin, S.O. Rogachev, V.Yu. Turilina. Hydrogen Embrittlement of Steels: IV. Delayed Fracture during Bending // Russian Metallurgy (Metally).–2013.–V. 2013.–N. 10.–P. 797-801)

  23. Ханжин В.Г., Никулин С.А., Ханжин О.В., Турилина В.Ю., Смарыгина И.В., Рогачев С.О. Водородное охрупчивание сталей. V. Замедленное разрушение болтов // Деформация и разрушение материалов.–2012.–№ 10.–С. 45-48 (Khanzhin V.G., Nikulin S.A., Khanzhin O.V., Turilina V.Y., Smarygina I.V., Rogachev S.O. Hydrogen embrittlement of steels: V. Delayed fracture of bolts // Russian Metallurgy (Metally).–2014.–V. 2014.–N. 4.–P. 336-340)

  24. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, В.А. Белов, В.Ю. Турилина, А.Б. Рожнов, С.О. Рогачев. Водородное охрупчивание сталей разной прочности при растяжении // Сборник трудов VI-ой Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур" (ПРОСТ 2012), 17-19 апреля 2012 г.–М.: Издательство "Альянс Пресс", 2012.–С. 161.

  25. В.Г. Ханжин, С.А. Никулин, О.В. Ханжин, В.А. Белов, А.Б. Рожнов, В.Ю. Турилина, C.О. Рогачев. Замедленное разрушение сталей при изгибе, охрупченных водородом // Сборник трудов VI-ой Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур" (ПРОСТ 2012), 17-19 апреля 2012 г.–М.: Издательство "Альянс Пресс", 2012.–С. 182.

  26. S.A. Nikulin, V.G. Khanzhin, S.O. Rogachev, V.Yu. Turilina. Delayed fracture of hydrogen embrittlement steels by bending // Summaries of lectures of 10th International Symposium of Croatian Metallurgical Society "Materials and Metallurgy" (SHMD'2012), 17-21 June 2012, Sibenik, Croatia.–Metallurgija, 2012.–V. 51.–N 3.–P. 404

  27. Митина М.И., Шабашова Н.А., Жаровцева К., Крылов В., Маляр Н.А., Шашина И. Экспериментальная установка для измерения оксидно-полупроводниковым датчиком диффузии водорода через металлические мембраны // 67-е дни науки студентов НИТУ "МИСиС": международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2012.–С. 518-519

  28. Петухова В.А., Барбалюк Д.В. Анализ кинетики выделения водорода из металла в глицерин с проектированием измерительной системы в программной среде LabVIEW 8.5 и IMAQ Vision // 67-е дни науки студентов НИТУ "МИСиС": международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2012.–С. 519-520

  29. Шулакова А.О. Экспериментальная установка для измерения скорости диффузии водорода через стальные мембранны // 68-е дни науки студентов НИТУ "МИСиС": международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции.–М.: МИСиС, 2013.–С. 37-38

  30. В.Г. Ханжин, А.В. Никитин, В.Ю. Турилина. Комплексный анализ водородного охрупчивания высокопрочных сталей // Сб. трудов VII-ой Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» - ПРОСТ 2014. 22-24 апреля 2014 года, Москва, НИТУ «МИСиС». – М.: ПОЧЕРК МАСТЕРА, 2014.–С. 155

  31. S.A. Nikulin, V.G. Khanzhin, V.Yu. Turilina. Effect of strength on the mechanism and kinetics hydrogen embrittlement process of steels // Summaries of lectures of 11th International Symposium of Croatian Metallurgical Society "Materials and Metallurgy" (SHMD'2014), 22-26 June 2014, Sibenik, Croatia.–Metallurgija, 2014.–V. 53.–N 3.–P. 404

  32. В.Г. Ханжин, В.Ю. Турилина, С.О. Рогачев, А.В. Никитин, В.А. Белов. Влияние различных факторов на водородное охрупчивание конструкционных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов.–2015.–№ 4–С. 19-26 (V.G. Khanzhin, V.Yu. Turilina, S.O. Rogachev, A.V. Nikitin, V.A. Belov. Effect of Various Factors on Hydrogen Embrittlement of Structural Steels // Metal Science and Heat Treatment.– 2015.–V. 57.–N. 3-4.–P. 197-204)

  33. Мерсон Е.Д., Кудря А.В., Траченко В.А., Виноградов А.Ю. Применение конфокальной лазерной сканирующей микроскопии для исследования механизма формирования рельефа квази-скола в изломе стали, охрупченной водородом // Физика прочности и пластичности материалов: сб. тез. XIX Международной конференции / Ответственный редактор А.М. Штеренберг.–Самара: Самар. гос. тех. ун-т, 2015.–С. 118

  34. A.V. Nikitin, V.G. Khanzhin, V.Yu. Turilina. Acoustic emission analysis of hydrogen embrittlement steels by bending // Book of abstracts of 12th International Symposium of Croatian Metallurgical Society "Materials and Metallurgy" (SHMD'2016), 19-23 June 2016, Sibenik, Croatia.–Metallurgija, 2016.–V. 55.–N 3.–P. 557

  35. Никулин С.А., Ханжин В.Г., Рожнов А.Б., Никитин А.В., Рогачев С.О. Диагностика качества и мониторинг разрушения материалов акустико-эмиссионным методом // Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ-2018) : Всероссийская конференция с международным участием (Тольятти, 28 мая – 1 июня 2018 года) : сборник материалов / отв. ред. Д.Л. Мерсон, А.Ю. Виноградов. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2018.–C. 27-28