КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-79-00188
НазваниеДетализация механизма роста трещин при водородной хрупкости низкоуглеродистых сталей на основе данных прецизионных экспериментов
Руководитель Мерсон Евгений Дмитриевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" , Самарская обл
Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций
Ключевые слова Стали, водородная хрупкость, акустическая эмиссия, процессы и механизмы разрушения и деформации, фрактография, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, квазискол, сканирующая электронная микроскопия
Код ГРНТИ29.19.13; 53.01.97; 53.49.09
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Несмотря на то, что проблема ВХ известна науке уже около 150 лет, она, по-прежнему, остается высоко актуальной. Пристальный интерес научного сообщества к проблеме ВХ сталей связан с ее опасностью, заключающейся в высокой вероятности внезапного хрупкого разрушения стальных деталей и конструкций, в металле которых, по тем или иным причинам, оказалась повышенная концентрация водорода. В частности проблема ВХ стоит остро для нефтегазовой и химической промышленности. Отдельно стоит отметить, что на сегодняшний день во всем мире ведутся активные работы по переходу к водородной энергетике, подразумевающей использование газообразного водорода в качестве топлива. Одной из ключевых задач в этой сфере является обеспечение безопасной транспортировки и хранения водорода, в том числе, посредством трубопроводов и резервуаров высокого давления, материал которых должен обладать высокой стойкостью к ВХ и в то же время быть относительно недорогим. Наиболее привлекательными с этой точки зрения являются низкоуглеродистые малолегированные стали со специальной микроструктурой, обеспечивающей высокую сопротивляемость ВХ. Однако целенаправленный дизайн такой микроструктуры, как и создание физико-математических моделей, позволяющих рассчитать ресурс работы материала или допустимые нагрузки и концентрации водорода для его безопасной эксплуатации, невозможны без понимания фундаментальных механизмов ВХ, которое на сегодняшний день, к сожалению, не достигнуто. Разрушение большинства низкоуглеродистых сталей, охрупченных водородом, сопровождается образованием изломов со специфическим рельефом квазискола (КС). Существуют две прямо противоположных точки зрения о механизме роста трещин, который приводит к формированию такого рельефа. Согласно одной из версий рост водородных трещин - чисто хрупкий процесс, который осуществляется по механизму скола и аналогичен тому, который наблюдается, например, при хладноломкости данных сталей. Другая популярная версия заключается в том, что в микро масштабе рост водородных трещин является результатом сильно локализованного вязкого разрушения, т.е. процесса образования и слияния микро или нано-пор. Каждый из указанных механизмов требует совершенно разных подходов к дизайну микроструктуры материала, чтобы повысить его стойкость к ВХ. В связи с этим основная задача, на решение которой направлен настоящий проект – это расширение представлений о механизме роста трещин и формирования поверхности разрушения квазискола в низкоуглеродистых сталях и железе, охрупченных водородом. Научная новизна настоящего исследования в первую очередь обеспечивается оригинальностью постановки запланированных экспериментов, а также комплексом современных исследовательских методов и авторских методик, которые будут задействованы при выполнении работ по проекту. В работе планируется исследовать образцы чистого железа, сплава Fe-3%Si и низкоуглеродистой стали. Путем изменения условий испытания с растяжения при in-situ наводороживании на растяжение в жидком азоте планируется изменить механизм роста трещин в одном и том же образце, с вызванного водородом, КС на истинный скол. Анализ поведения акустической эмиссии (АЭ) в процессе испытаний, а также последующее всестороннее микроскопическое исследование поверхности разрушения, боковой поверхности и поперечных сечений каждого образца при помощи методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) и дифракции обратно-отраженных электронов (EBSD) позволит установить, как меняется путь и морфология трещин при переходе от испытания в процессе наводороживания к испытанию в жидком азоте. Если путь трещин будет меняться незначительно и при обоих условиях испытания будет совпадать с кристаллографическими плоскостями скола, то можно будет заключить, что рост водородных трещин КС осуществляется по механизму скола. Если же путь трещин при наводороживании и в жидком азоте будет существенно отличаться, то теорию скола можно будет исключить.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ