Ультразвуковой контроль акустических и упругих характеристик стали 12Х18Н10Т, облученной быстрыми электронами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Стали специальных марок, таких как ЧС-68 и 12Х18Н10Т, применяются в атомной энергетике, космической отрасли, медицине и других важных областях технической сферы и при эксплуатации подвергаются различным видам разрушающего воздействия, в том числе радиационной нагрузке. В данной работе представлены результаты исследования влияния высокоэнергетического электронного излучения на акустические свойства аустенитной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Экспериментально установлено, что после воздействия электронов с энергией 10 МэВ происходит изменение таких параметров, как коэффициент затухания ультразвука и скорость распространения поперечных волн и волн Рэлея. Эти изменения обусловлены дефектообразованием и структурными модификациями материала, вызванными радиационным воздействием. Полученные данные позволяют сделать вывод о необходимости учета изменений акустических свойств сталей при оценке их работоспособности в условиях радиационного воздействия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Витальевич Васильев

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: vasilev.a.v98@list.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Дмитрий Юрьевич Бирюков

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: bir-70@list.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Владимир Николаевич Костин

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук

Email: kostin@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Анатолий Федорович Зацепин

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: a.f.zatsepin@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Список литературы

  1. Пичков С.Н., Захаров Д.А., Хлыбов А.А. Физические аспекты использования волноводных линий для акустико-эмиссионного контроля целостности металла корпусных конструкций ядерных энергетических установок // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2020. № 4 (131). С. 63—70.
  2. Митенков Ф.М., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г., Панов В. А., Пичков С.Н. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок. М.: Машиностроение, 2007. 445 с.
  3. Хлыбов А.А. Обеспечение эксплуатации крупногабаритных конструкций по техническому состоянию / Монография. Н. Новгород: НГПУ, 2008. 136 с.
  4. Vuolo M., Baiocco G., Barbieri S., Bocchini L., Giraudo M., Gheysens T., Ottolenghi A. Exploring innovative radiation shielding approaches in space: A material and design study for a wearable radiation protection spacesuit // Life Sciences in Space Research. 2017. No. 15. P. 69—78.
  5. Anders J., Braccini S., Carzaniga T.S., Casolaro P., Chatterjeeet M. A facility for radiation hardness studies based on a medical cyclotron //Journal of Instrumentation. 2022. V. 17. No. 04. P. P04021.
  6. De Azevedo A.M., Cardoso D.D.O., De Medeirjs M.P.C., Gavazza S., Morales R.K. Determination of steel and lead bi-laminated shielding for military vehicles // Brazilian Journal of Radiation Sciences. 2023. V. 11. No. 1A (Suppl.). P. 01—31.
  7. Adupa C., Prakash T. Chandhra, Ramchandar P., Tarun J. Radiation hardened circuits in multiple harsh environments // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering // IOP Publishing. 2020. V. 981. No. 3. P. 032044.
  8. Pavan Kumar M., Lorenzo R. A review on radiation-hardened memory cells for space and terrestrial applications // International journal of circuit theory and applications. 2023. V. 51. No. 1. P. 475—499.
  9. Rockett L., Patel D., Danziger S., Wang J.J., Cronquist B. Radiation hardened FPGA technology for space applications / 2007 IEEE Aerospace Conference. IEEE. 2007. P. 1—7.
  10. Клюшников В.А., Мишакин В.В. Исследование влияния пластического деформирования на акустические и магнитные характеристики аустенитной и аустенитно-ферритной сталей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 2 (119).
  11. Латыпова Д.Р., Бугай Д. Е., Латыпов О. Р., Рябухина В. Н. Исследование коррозии контактной пары сталей 09Г2С/12Х18Н10Т в технологических средах колонного оборудования // Нефтегазовое дело. 2020. Т. 18. № 6. С. 122—129.
  12. Jerin A., Karunakaran K. Minimizing maximum height of the profile on stainless steel of 12X18H10T for ECM //AIP Conference Proceedings. AIP Publishing. 2022. V. 2473. No. 1.
  13. Ткачева А.А., Макаревич В.О., Корнеева Е.К. Особенности радиационной стойкости сталей и сплавов: сборник научных работ VI Международной научно-практической интернет конференции студентов и магистрантов, 23—24 ноября 2023 года / сост.: А. П. Бежок, И. А. Иванов. Минск: БНТУ, 2023. С. 160—163.
  14. Муравьев В.В., Будрин А.Ю., Синцов М.А. Влияние циклически изменяющихся нагрузок на скорости сдвиговых и Рэлеевских волн в стальных прутках разной термической обработки // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18. № 4. С. 4—10.
  15. Хлыбов А.А., Углов А.Л., Рябов Д.А., Аносов М.С. Оценка поврежденности конструкционных металлических материалов акустическими методами // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2022. Т. 25. № 4. С. 18—26.
  16. Хлыбов А.А., Кабалдин Ю.Г., Рябов Д.А., Аносов М.С., Шагатин Д.А. Исследование поврежденности образцов из стали 12Х18Н10Т при малоцикловой усталости методами неразрушающего контроля// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 5. С. 61—67.
  17. Matlack K.H., Kim Jin-Yeon, Wall J., Qu J. Radiation damage characterization in reactor pressure vessel steels with nonlinear ultrasound //AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics. 2014. V. 1581. No. 1. С. 1007—1013.
  18. Koskinen T.S. Artificial Flaw Detection with Ultrasound in Austenitic Stainless Steel / дис. 2016.
  19. Okita T., Etoh J., Sagisaka M., Matsunaga T., Isobe Y., Freyer P.D., Huang Y., Wiezorek J.M.K., Garner F.A. Validation of ultrasonic velocity measurements for detecting void swelling in first-wall structural materials // Fusion Science and Technology. 2014. V. 66. No. 1. P. 77—82.
  20. Баев А.Р., Асадчая М.В., Сергеева О.С., Коновалов Г.Е. Распространение волны Рэлея в твердых телах с технологическим выступом // Приборы и методы измерений. 2011. № 2 (3).
  21. Зацепин А.Ф. Акустические измерения. Москва: Изд-во Юрайт, 2024. 209 с.
  22. Drouin D., Couture A.R., Joly D., Tastet X., Aimez V., Gauvin R. CASINO V2.42: a fast and easy-to-use modeling tool for scanning electron microscopy and microanalysis users // Scanning. 2007. May—Jun. V. 29. No. 3. P. 92—101.
  23. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. СПб.: Радиоавионика, 1995. 327 с.
  24. Васильев А.В., Бирюков Д.Ю., Зацепин А.Ф. Программа для контроля коэффициента затухания ультразвука и анализа микроструктуры материалов / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024669749 от 21 августа 2024 г.
  25. Бражников Н.И. Ультразвуковые методы / Под общ. ред. акад. Н. Н. Шумиловского. Физ. и физ.-хим. методы контроля состава и свойств вещества. Москва— Ленинград: Энергия, 1965. 248 с.
  26. Далин М.А., Чертищев В.Ю., Краснов И.С., Раевских А.Н. Исследование случаев «аномального» затухания ультразвуковых колебаний в заготовках из никелевых жаропрочных сплавов // Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 37—47.
  27. Подымова Н.Б., Ермолинский А.Б., Чернов М.С. Неразрушающий контроль локальной микротрещиноватости лабораторных образцов минералов акустическим методом с лазерным источником ультразвука и его верификация методом рентгеновской компьютерной томографии // Дефектоскопия. 2023. № 10. С. 18—27.
  28. Муравьев В.В., Муравьева О.В., Владыкин А.Л. Акустические и электромагнитные свойства мартенситно-стареющего железохромоникелевого сплава с добавлением меди при механическом растяжении // Дефектоскопия. 2023. № 5. С. 12—20.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Измерение скоростей и коэффициентов затухания продольных волн.

Скачать (279KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Точки измерения параметров продольных волн для исходного (а) и облученного (б) образцов.

Скачать (377KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схемы прозвучивания образцов поперечными волнами (а) и волнами Рэлея (б).

Скачать (255KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты моделирования методом Монте-Карло взаимодействия быстрых электронов (10 МэВ) с исследуемым материалом (сталь 12Х18Н10Т): траектории движения электронов (траектории обратно отраженных электронов, покинувших образец, обозначены красными линиями) (а); профиль пробега электронов (% доля заторможенных электронов на соответствующей глубине) (б).

Скачать (506KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Коэффициент затухания в исходном (а) и облученном (б) образцах при прозвучивании ПЭП с частотой 2,5 МГц.

Скачать (293KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Интерфейс программы для расчета акустических параметров в дальней зоне.

Скачать (758KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025