Estimation of the structural elements damage based on coercitive force measurements. Report 2. The results of experimental investigations of coercimetric control use for evaluation of paramagnetic austenitic steel damage degree under mechanical stress

Наведено результати експериментальних досліджень реагування коерцитивної сили на механічні навантаження лабораторних зразків із парамагнітної (у вихідному стані) нестабільної аустенітної сталі AISI 304 (08Х18Н9), яке пов’язано зі структурними перетвореннями вихідного аустеніту в деформаційний мартенсит з кінцевим феррито-перлітним розпадом, що викликає зміну магнітних властивостей металу з парамагнітного у феромагнітний стан. Наведено результати експериментальних досліджень реагування коерцитивної сили на відмінні за пошкоджувальною дією види навантаження: розтяг та малоциклове навантаження при контролі амплітуди напружень («м'яке» навантаження), яке зумовлює квазістатичне руйнування шляхом реалізації вихідної пластичності металу (δ ), та малоциклове навантаження при контролі амплітуди деформації («жорстке» навантаження), яке зумовлює руйнування від втоми, внаслідок зародження та розвитку до критичних значень тріщин втоми. Представлені також результати експериментальних досліджень реагування коерцитивної сили на механічні навантаження при напруженнях, характерних для багатоциклової втоми та за наявності концентраторів напружень. За результатами випробувань встановлена стадійність процесів накопичення пошкоджень при «м'якому» та «жорсткому» навантаженнях: зростання значень коерцитивної сили відповідає пружно-пластичному деформуванню (стадії зародження тріщин), а зниження їх значень пов'язано зі втратою суцільності металу при появі пор або тріщин (стадії розвитку тріщин). Встановлення стадійності накопичення пошкоджень за зміною напрямку кінетичної кривої коерцитивної сили після певного числа циклів напрацювання дозволяє побудувати криву незворотної пошкоджуваності (за Френчем) і проводити оцінювання циклічної довговічності не по кривій втоми (руйнуванню) металу, як прийнято в інженерній практиці, а на стадії зародження тріщин, що істотно знижує ризики руйнування. Запропоновано фізично обґрунтований метод встановлення границі витривалості для аустенітної нестабільної сталі, який базується на визначенні швидкості зростання коерцитивної сили на коротких базах циклічного навантаження. За величиною швидкості зростання коерцитивної сили можна встановлювати значення границі витривалості на різних базах довговічності. Показана можливість використання структуроскопу для виявлення найбільш деформованих зон зі встановленням напрямку головних напружень, та несуцільності металу у вигляді пор і тріщин втоми, поверхневих та підповерхневих дефектів і тріщин. Встановлено обмеження у можливості оцінювання ступеня пошкодження металу при багатоцикловій втомі, у тому числі зонах концентраторів напружень, за вимірами значень коерцитивної сили, які зумовлені чутливістю приладу до співвідношення об’ємів пружно та пластично деформованого металу в зоні руйнування (вимірювання). Використання коерцитиметричного контролю дозволяє за результатами вимірювання змін коерцитивної сили у найбільш навантажених ділянках конструкцій при їх експлуатації оцінити рівень отриманих пошкоджень.