Анизотропия акустических свойств в тонколистовом прокате низкоуглеродистой марганцовистой стали

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Тонколистовой прокат из низкоуглеродистой марганцовистой стали 09Г2С толщиной 0,8 мм, имеющий сильную анизотропию свойств вследствие текстуры и остаточных напряжений, экспериментально исследован с помощью SH-волны горизонтальной поляризации и нулевой симметричной моды волны Лэмба. Анализировались скорости распространения вдоль листа упругих волн при изменении их направления и поляризации относительно направления проката в диапазоне углов от 0 до 180 град. Возбуждение и прием нормальных волн в листе осуществлялись пьезопреобразователями с сухим точечным контактом, обеспечивающих касательное силовое воздействие. Получены результаты исследований анизотропии акустических свойств, рентгеноструктурного анализа остаточных напряжений и обратных полюсных фигур и металлографических исследований.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Муравьев

ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; ФГБУН «УдмФИЦ УрО РАН»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 426069 Ижевск, ул. Студенческая, 7; 426067 Ижевск, ул. им. Татьяны Барамзиной, 34

О. В. Муравьева

ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; ФГБУН «УдмФИЦ УрО РАН»

Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 426069 Ижевск, ул. Студенческая, 7; 426067 Ижевск, ул. им. Татьяны Барамзиной, 34

Л. В. Волкова

ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 426069 Ижевск, ул. Студенческая, 7

К. В. Колпаков

ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 426069 Ижевск, ул. Студенческая, 7

Д. И. Девятериков

Институт физики металлов УрО РАН

Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 620108 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Е. А. Кравцов

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: ludmila396@istu.ru
Россия, 620108 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18; 620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19

Список литературы

  1. Ginzel E. CIVA as an Aid to Understanding Ultrasonic Anisotropy in Steel // e-Journal of Nondestructive Testing. 2024. No. 3 (29). doi: 10.58286/29306
  2. Zuo P., Fan Z. Modal properties of elastic surface waves in the presence of material anisotropy and prestress // J. Sound Vib. 2020. V. 485. P. 115588. doi: 10.1016/j.jsv.2020.115588
  3. Johnson Ward L., Heyliger Paul R., Benzing, Jake T., Kafka Orion L., Moser Newell H., Harris Derek, Iten Jeremy, Hrabe Nik W. Evidence for contributions of lack-of-fusion defects and dislocations to acoustic nonlinearity and loss in additively manufactured aluminum // NDT E Int. 2024. V. 143. P. 103068. doi: 10.1016/j.ndteint.2024.103068
  4. Miao H., Li F. Shear horizontal wave transducers for structural health monitoring and nondestructive testing: A review // Ultrasonics. 2021. V. 114. P. 106355. doi: 10.1016/j.ultras.2021.106355
  5. Parra-Raad J., Khalili P., Cegla F. Shear waves with orthogonal polarisations for thickness measurement and crack detection using EMATs // NDT E Int. 2020. V. 111. P. 102212. doi: 10.1016/j.ndteint.2019.102212
  6. Parra-Raad J., Lan B., Cegla F. Orthogonally polarised shear waves for evaluating anisotropy and cracks in metals // NDT E Int. 2021. V. 121. P. 102440. doi: 10.1016/j.ndteint.2021.102440
  7. Stepinski T., Mańka M., Martowicz A. Interdigital lamb wave transducers for applications in structural health monitoring // NDT E Int. 2017. V. 86. P. 199—210. doi: 10.1016/j.ndteint.2016.10.007
  8. Holloway P., Ginzel E. Calibration for Anisotropic Effects on Shear Wave Velocity for Improvements of Weld Inspections in TMCP Steels // e-Journal of Nondestructive Testing. 2021.
  9. Ivanova Y. Application of Ultrasonic Methods for Evaluation the Anisotropy of Materials // The Eurasia Proceedings of Science Technology Engineering and Mathematics. 2023. V. 22. P. 258—267. doi: 10.55549/epstem.1350957
  10. Malmström M., Jansson A., Hutchinson B. Application of Laser-Ultrasonics for Evaluating Textures and Anisotropy // Applied Sciences. 2022. V. 12. No. 20. P. 10547. doi: 10.3390/app122010547
  11. Luo Zhongbing, Jin Shijie, Zou Longjiang, Zhu Xiaolei, Lin Li. Gain-scale ultrasonic properties measurement of cast austenitic stainless steel // Measurement. 2020. V. 151. P. 107231. doi: 10.1016/j.measurement.2019.107231
  12. Alabi D.J., Skarlatos A., Riding K.A., Reboud C., Harley J.B. Magnetic anisotropy quantification in steel fiber reinforced materials // NDT & E International. 2024. V. 141. P. 102995. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.102995
  13. Simonetti F., Alqaradawi M.Y. Guided ultrasonic wave tomography of a pipe bend exposed to environmental conditions: A long-term monitoring experiment // NDT & E International. 2019. V. 105. P. 1—10. doi: 10.1016/j.ndteint.2019.04.010
  14. Willey C.L., Simonetti F., Nagy P.B., Instanes G. Guided wave tomography of pipes with high-order helical modes // NDT E Int. 2014. V. 65. P. 8—21. doi: 10.1016/j.ndteint.2014.03.010
  15. Trushkevych O., Dixon S., Tabatabaeipour M., Potter M.D.G., MacLeod C., Dobie G., Edwards R.S. Calibration-free SH guided wave analysis for screening of wall thickness in steel with varying properties // NDT & E International. 2023. V. 135. P. 102789. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.102789
  16. Ratassepp M., Rao J., Fan Z. Quantitative imaging of Young’s modulus in plates using guided wave tomography // NDT & E International. 2018. V. 94. P. 22—30. doi: 10.1016/j.ndteint.2017.09.016
  17. Williams C.L., Lear M.H., Shokouhi P. A review of the microstructural contributions to the acoustic nonlinearity parameter measured with longitudinal and Rayleigh wave second harmonic generation in metals // NDT & E International. 2024. V. 142. P. 103027. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.103027
  18. Wang Yingzhu, Zhu Xupeng, Gong Yunxuan, Liu Nanxi, Li Zuohua, Long Zhili, Teng Jun. Combination of transverse and longitudinal ultrasonic waves for plane stress measurement of steel plates // Applied Acoustics. 2022. V. 188. P. 108500. doi: 10.1016/j.apacoust.2021.108500
  19. Czink S., Dietrich S., Schulze V. Ultrasonic evaluation of elastic properties in laser powder bed fusion manufactured AlSi10Mg components // NDT E Int. 2022. V. 132. P. 102729. doi: 10.1016/j.ndteint.2022.102729
  20. Du H., Turner J.A., Hu P. Characterization of microstructural anisotropy in pearlitic steel with mode-converted ultrasonic scattering // NDT & E International. 2019. V. 102. P. 189—193. doi: 10.1016/j.ndteint.2018.11.016
  21. Hong Xiaobin, Yue Jikang, Zhang Bin, Liu Yuan. A time-of-flight based weighted imaging method for carbon fiber reinforced plastics crack detection using ultrasound guided waves // NDT & E International. 2023. V. 137. P. 102855. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.102855
  22. Анисимов В.А., Каторгин Б.И., Куценко А.Н., Малахов В.П., Рудаков А.С., Чванов В.К. Неразрушающий контроль / Справочник в 8 томах. Под общей редакцией В.В. Клюева. Т. 4. Кн. 1. 2-е издание, исправленное. М.: Научно-техническое издательство «Машиностроение», 2006. 98 с.
  23. Naumenko V.V., Smetanin K.S., Muntin А.V., Baranova O.А., Kovtunov S.V. Features of the formation of structure and mechanical properties in rolled products of various thicknesses from low-carbon microalloyed steel produced by casting and rolling complex // Izv. Ferr. Metall. 2021. V. 64. No. 9. P. 669—678. doi: 10.17073/0368-0797-2021-9-669-678
  24. Mishakin V.V., Klyushnikov V.A., Gonchar A.V. Relation between the deformation energy and the Poisson ratio during cyclic loading of austenitic steel // Technical Physics. 2015. V. 60. No. 5. P. 665—668. doi: 10.1134/S1063784215050163
  25. Grishchenko A.I., Modestov V.S., Polyanskiy V.A., Tretyakov D.A., Shtukin L.V. Experimental investigation of the acoustic anisotropy field in the sample with a stress concentrator // St. Petersburg Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics. 2017. No. 3. P. 77—82. doi: 10.1016/j.spjpm.2017.02.005
  26. Коликов А.П., Ти С.О., Сидорова Т.Ю. Экспериментальные и математические методы расчета остаточных напряжений при производстве сварных труб // Черные металлы. 2021. № 7. С. 41—49. doi: 10.17580/chm.2021.07.03
  27. Погуляев С.И., Максютин И.В., Попков А.С. Влияние неравномерности распределения остаточных и эксплуатационных напряжений в трубах на возникновение в них дефектов коррозионного растрескивания под напряжением // Научно-технический сборник: Вести газовой науки. 2022. № 1(50). С. 120—132.
  28. Горкунов Э.С., Задворкин С.М., Худорожкова Ю.В., Корзунин Г.С. Влияние типа кристаллографической текстуры на анизотропию параметров магнитных полей рассеяния стального листового проката // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 3. С. 54—64. doi: 10.24411/1683-805X-2019-13006
  29. Dixon S., Fletcher M.P., Rowlands G. The accuracy of acoustic birefringence shear wave measurements in sheet metal // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. No. 11. doi: 10.1063/1.3033395
  30. Belyaev Alexander K., Polyanskiy Vladimir A., Semenov Artem S., Tretyakov Dmitry A., Yakovlev Yuriy A. Investigation of the correlation between acoustic anisotropy, damage and measures of the stress-strain state // Procedia Structural Integrity. 2017. V. 6. P. 201—207.
  31. Tretyakov D., Belyaev A., Shaposhnikov N. Acoustic anisotropy and localization of plastic deformation in aluminum alloys // Mater. Today Proc. 2020. V. 30. P. 413—416. doi: 10.1016/j.matpr.2019.12.387
  32. Roohnia M., Tajdini A., Manouchehri N. Assessing wood in sounding boards considering the ratio of acoustical anisotropy // NDT & E International. 2011. V. 44. No. 1. P. 13—20. doi: 10.1016/j.ndteint.2010.09.001
  33. Busko V.N., Osipov A.A. Application of Magnetic Noise Method to Control the Mechanical Anisotropy of Ferromagnetic Materials // Devices Methods Meas. 2019. V. 10. No. 3. P. 281—292. doi: 10.21122/2220-9506-2019-10-3-281-292
  34. Murav’eva O.V., Murav’ev V.V. Methodological peculiarities of using SH- and Lamb waves when assessing the anisotropy of properties of flats // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2016. V. 52. No. 7. P. 363—369. doi: 10.1134/S1061830916070056
  35. Murav’ev V.V., Murav’eva O.V., Volkova L.V. Influence of the mechanical anisotropy of thin steel sheets on the parameters of Lamb waves // Steel in Translation. 2016. V. 46. No. 10. P. 752—756. doi: 10.3103/S0967091216100077
  36. Zou Zhouyiao, Hao Yanpeng, Tian Fangyuan, Zheng Yao, He Weiming, Yang Lin, Li Licheng. An Ultrasonic Longitudinal Through-Transmission Method to Measure the Compressive Internal Stress in Epoxy Composite Specimens of Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear // Energies. 2020. V. 13. No. 5. P. 1248. doi: 10.3390/en13051248
  37. Grechnikov F.V., Erisov Ya.A., Zaitsev V.M. On the calculation of mean anisotropy coefficient of sheet materials // News of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014. V. 16. No. 4. P. 154—157. doi: 10.3103/S0967091216100077

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Текстура проката, поперечный срез вдоль проката.

Скачать (537KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсионные кривые фазовой (а) и групповой скоростей (б) для стального листа толщиной 0,8 мм.

Скачать (168KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема измерений скоростей волн в зависимости от отклонения направления распространения волны от направления проката (а); фото установки для проведения измерений (б).

Скачать (407KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эхограмма SH-волны с зондирующим импульсом (а); точки эхограмм волн S0 (б) и SH (в), по которым автоматически обрабатывается время прихода волны (эхограмма волны S0 при автоматической обработке инвертируется).

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Анизотропия скорости нормальных SH-волн (а) и волн Лэмба (б). Направление проката — 0 и 180 град.

Скачать (221KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Акустическая анизотропия свойств в зависимости от направления относительно оси проката.

Скачать (180KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Анизотропия модуля Юнга и модуля сдвига (а); коэффициента Пуассона (б).

Скачать (224KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Полюсные фигуры с направлением (110) на углах 2θ = 52,51 град (а); на углах 77,25 град текстура выстраивается по направлению (200) (б); на углах 99,76 град текстура выстраивается по направлению (211) (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. Экспериментальная дифрактограмма, измеренная в геометрии Θ – 2Θ.

Скачать (106KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость межплоскостного расстояния Fe (211) от sin2Ψ в случае, когда проекция падающего рентгеновского пучка направлена вдоль направления прокатки.

Скачать (131KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024