Please use this identifier to cite or link to this item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/31567

Title: On estimation of the structural elements damage according to coercive force. Message 3. Results of experimental studies of the possibility of using a coercive-metric control to estimate the degree of damage of ferromagnetic steels under mechanical loading
Other Titles: Оцінка пошкодженості елементів конструкцій за вимірами коерцитивної сили. Повідомлення 3. Феромагнітні сталі за механічного навантаження
Authors: Гопкало, Олексій Петрович
Нехотящий, Володимир Олександрович
Безлюдько, Геннадій Якович
Кураш, Юрій Петрович
Gopkalo, Oleksii
Nekhotiashchiy, Volodymyr
Bezlyudko, Gennadii
Kurash, Yurij
Affiliation: Інститут проблем міцності імені Г. С. Писаренка НАН України, Київ, Україна
Інститут електрозварювання імені Є. О. Патона НАН України, Київ, Україна
ООО «Специальные научные разработки», Харків, Україна
Institute for Problems of Strength named after G. S. Pisarenko, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
Institute of Electric Welding named after E. O. Paton, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
LLC «Special Scientific Developments», Kharkiv, Ukraine
Bibliographic description (Ukraine): On estimation of the structural elements damage according to coercive force. Message 3. Results of experimental studies of the possibility of using a coercive-metric control to estimate the degree of damage of ferromagnetic steels under mechanical loading / Oleksii Gopkalo, Volodymyr Nekhotiashchiy, Gennadii Bezlyudko, Yurij Kurash // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2019. — Vol 95. — No 3. — P. 7–18. — (Mechanics and materials science).
Bibliographic description (International): Gopkalo O., Nekhotiashchiy V., Bezlyudko G., Kurash Y. (2019) On estimation of the structural elements damage according to coercive force. Message 3. Results of experimental studies of the possibility of using a coercive-metric control to estimate the degree of damage of ferromagnetic steels under mechanical loading. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 95, no 3, pp. 7-18.
Is part of: Вісник Тернопільського національного технічного університету, 3 (95), 2019
Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 3 (95), 2019
Journal/Collection: Вісник Тернопільського національного технічного університету
Issue: 3
Volume: 95
Issue Date: 31-Oct-2019
Submitted date: 29-May-2019
Date of entry: 13-May-2020
Publisher: ТНТУ
TNTU
Place of the edition/event: Тернопіль
Ternopil
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.03.007
UDC: 539.4
Keywords: структуроскоп
коерцитивна сила
навантаження
пошкодження
напруження
деформація
руйнування
structurescope
coercive force
load
damage
stress
deformation
destruction
Number of pages: 12
Page range: 7-18
Start page: 7
End page: 18
Abstract: Наведено результати експериментальних досліджень реагування коерцитивної сили на механічні навантаження лабораторних зразків із феромагнітних сталей 05кп, 17Г1С та сталі 20. Показано, що відмінності у реагуванні коерцитивної сили на механічні навантаження феромагнітних та аустенітних сталей полягають у фізичній природі цих явищ. Для феромагнітних сталей зміни значень коерцитивної сили при статичному та циклічному деформуванні пов’язані з упорядкуванням орієнтації доменної структури металу (від хаотичної до направленої). Для парамагнітних (не магнітних у початковому стані) сталей зміни значень коерцитивної сили при статичному та циклічному деформуванні пов’язані зі структурними перетвореннями вихідного аустеніту в деформаційний мартенсит з кінцевим ферито-перлітним розпадом, що викликає зміну магнітних властивостей металу з парамагнітного у феромагнітний стан. Запропонований авторами прилад зі зміненою конструкцією датчика дозволив отримати нові дані реагування коерцитивної сили на механічні навантаження і встановити основні закономірності деформування та руйнування металу у найбільш навантажених та пошкоджених локальних зонах, у тому числі зонах концентрації напружень, елементів конструкцій із феромагнітних сталей. Експериментально встановлено, що при механічному навантаженні виміряні значення коерцитивної сили залежать від орієнтації полюсів магнітів датчика відносно напрямку навантаження. При статичному або циклічному навантаженні до напружень, які перевищували умовну межу плинності, після розвантаження значення коерцитивної сили у 1,5–2 раза перевищують аналогічні значення у навантаженому стані. При цьому за статичного або циклічного навантаження з перевищенням діючих напружень умовної межі плинності при розвантаженні відбувається реверсивний поворот на 90 0 напрямку максимальних значень коерцитивної сили, який викликає відповідний «стрибок» цих значень. Виявлення різкої зміни значень коерцитивної сили, при перевищенні напружень умовної межі плинності, при моніторингу НДС елементів конструкцій дозволяє встановлювати межі пластично та пружно-деформованого металу й може стати обґрунтуванням для використання інших неруйнівних методів дослідження, наприклад, вимірювання товщини металу та пошуку дефектів. Застосування коерцитиметричного контролю дозволяє сепарувати пошкодження, які отримані в металі в умовах пружного деформування й пошкодження, отримані при пружно-пластичному та пластичному деформуванні, аж до руйнування. Залежність значень коерцитивної сили від орієнтації напрямку вимірювання відносно напрямку навантаження дозволяє визначати напрямок головних напружень. Наведені результати можуть бути корисними при діагностуванні якості сучасних технологій, наприклад, локальної термообробки конструктивних елементів типу «термошок» та при розробленні методики оцінювання залишкових напружень від зварювання. Отримані експериментальні результати дають оптимістичний прогноз можливості застосування коерцитиметричного контролю для моніторингу накопичення пошкоджень у феромагнітних металах після зміни значень коерцитивної сили.
This paper presents the results of experimental studies on the response of the coercive force to the mechanical loads of laboratory samples from ferromagnetic steels of 05kp, 17G1C and steel 20. It is shown that the differences in the response of the coercive force to the mechanical loads of ferromagnetic and austenitic steels are in the physical nature of these phenomena. For ferromagnetic steels, changes in the values of coercive force in static and cyclic deformation are associated with the ordering of the domain structure of the metal (from chaotic to directed). For paramagnetic (non-magnetic in the initial state), changes in the values of coercive force in static and cyclic deformation are associated with structural transformations of the original austenite into a deformation martensitic with a finite ferrito-perlite decay, which causes a change in the magnetic properties of the metal from the paramagnetic into the ferromagnetic state. The device proposed by the author with the modified design of the sensor allowed to obtain new data on the response of the coercive force to mechanical loads and to establish the basic laws of deformation and destruction of the metal in the most loaded and damaged local zones, including areas of stress concentration, elements of structures made of ferromagnetic steels. It has been experimentally established that when measured in mechanical load, the measured values of the coercive force depend on the orientation of the poles of the sensor magnets relative to the direction of loading. At static or cyclic loading to stresses that exceed the boundary of fluidity, after unloading, the value of coercive force in 1,5–2 times exceeds the same values in the loaded state. At the same time, in the case of static or cyclic loading with excess of the existing stresses of the boundary of flux during unloading, there is a reversible turn in 900 directions of the maximum values of the coercive force that causes the corresponding «jump» of these values. The detection of a sharp change in the values of the coercive force, in excess of the stresses of the boundary of fluidity, during the monitoring of the VAT of structural elements allows to establish the boundaries of plastic and elastically deformed metal and may be the background for the use of other non-destructive research methods, for example, measuring the thickness of the metal and finding defects. The use of a coercimetry control allows separating the damage that is obtained in the metal under conditions of elastic deformation and damage caused by elastic-plastic and plastic deformation, as well as destruction. The dependence of the values of the coercive force on the orientation of the direction of measurement relatively the direction of loading allows us to determine the direction of the main stresses. The present results can be useful in diagnosing the quality of modern technologies, for example, the local heat treatment of constructive elements of the type «thermoshocks» and in developing a method for evaluating the residual stresses from welding. The experimental results obtained give an optimistic prediction of the possibility of using a coercimetric control to monitor the accumulation of damage in ferromagnetic metals by changing the values of the coercive force.
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/31567
ISSN: 2522-4433
Copyright owner: © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2019
References (Ukraine): 1. Горкунов Э. С., Митропольская С. Ю., Вичужанин Д. И., Туева Е. А. Применение магнитных методов для оценки нагруженности и поврежденности стали Х70. Физическая мезомеханика. 2010. № 13. С. 73–82.
2. Матросов Ю. И., Литвиненко Д. А., Голованенко С. А. Сталь для магистральных газопроводов. М.: Металлургия, 1989. 288 с.
3. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. М.: ОГТЗ, 1948. 816 с.
4. Малахов О. В., Кочергин А. В., Девяткин Д. С. Персперктивы применения метода магнитной памяти металлов к диагностике состояния металлов. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. ISSN 1729-3774. 4/5 (64). 2013. С. 20–24.
5. Кулеев В. Г., Царькова Т. И., Нипичурук А. П. Исследование причин существенных различий величин коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и начальной магнитной проницаемости ферромагнитных сталей в нагруженном состоянии при их пластическом растяжении. ФММ. 2007. Т. 103. № 2. С. 136–146.
6. Царькова Т. П., Кулеев В. Г. Особенности магнитоупругого эффекта в пластически деформированных ферромагнитных сталях в слабых магнитных полях. ФММ. 2009. Т. 108. № 3. С. 227–236.
References (International): 1. Gorkunov E. S., Mitropolskaya S. Yu., Vichuzhanin D. I., Tueva E. A. Primenenie magnitnyh metodov dlya ocenki nagruzhennosti i povrezhdennosti stali Х70. Fizicheskaya mezomehanika. 2010. № 13. Р. 73–82. [Іn Russian].
2. Matrosov Yu. I., Litvinenko D. A., Golovanenko S. A. Stal dlya magistralnyh. M.: Metallurgiya, 1989. 288 p. [Іn Russian].
3. Vonsovskij S. V., Shur Ya. S. Ferromagnetizm. M.: OGTZ, 1948. 816 p. [Іn Russian].
4. Malahov O. V., Kochergin A. V., Devyatkin D. S. Persperktivy primeneniya metoda magnitnoj pamyati metallov k diagnostike sostoyaniya metallov. Vostochno-Evropejskij zhurnal peredovyh tehnologij. ISSN 1729-3774. 4/5 (64). 2013. Р. 20–24. [Іn Russian].
5. Kuleev V. G., Carkova T. I., Nipichuruk A. P. Issledovanie prichin sushestvennyh razlichij velichin koercitivnoj sily, ostatochnoj namagnichennosti i nachalnoj magnitnoj pronicaemosti ferromagnitnyh stalej v nagruzhennom sostoyanii pri ih plasticheskom rastyazhenii. FMM. 2007. Т. 103. № 2. Р. 136–146. [Іn Russian].
6. Carkova T. P., Kuleev V. G. Osobennosti magnitouprugogo effekta v plasticheski deformirovannyh ferromagnitnyh stalyah v slabyh magnitnyh polyah. FMM. 2009. Т. 108. № 3. Р. 227–236. [Іn Russian].
Content type: Article
Appears in Collections:Вісник ТНТУ, 2019, № 3 (95)



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.