Локальный градиентный индикатор магнитной изменчивости при циклическом нагружении сталей

Введение. Актуальность задачи надёжной оценки остаточного ресурса металлоконструкций определяется необходимостью одновременно обеспечить высокий уровень промышленной безопасности и оптимизировать эксплуатационные расходы. Особенно остро эта проблема стоит для протяжённых сварных оболочек, резервуаров и трубопроводов, где необходимо контролировать большую площадь поверхности и значительные объёмы металла в условиях ограниченного доступа и сложных нагрузочных режимов.

Традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, радиографический, акустико-эмиссионный и др.) эффективно выявляют сформировавшиеся дефекты типа макротрещин и несплошностей, однако имеют ряд ограничений при ранней диагностике усталостного повреждения. Они, как правило, требуют тщательной подготовки поверхности и значительных трудозатрат, плохо приспособлены к экспресс-картированию протяжённых сварных швов и зачастую дают интегральную оценку состояния без возможности локализовать зоны начальной деградации и градиенты остаточных напряжений. Поэтому значительная часть ресурса конструкции расходуется вслепую, а потенциально опасные зоны могут оставаться незамеченными до стадии развития макротрещин.

На этом фоне возрастает интерес к методам, основанным на регистрации собственных физических полей материала, которые чувствительны к эволюции внутреннего состояния без непосредственного введения энергии в контролируемый объём. Одним из наиболее перспективных является анализ распределения напряжённости постоянного (остаточного) магнитного поля, формируемого в ферромагнитных сталях при накоплении повреждений и перераспределении остаточных напряжений. Магнитные методы обладают рядом важных преимуществ: возможность дистанционных измерений, высокая скорость обследования больших площадей и чувствительность к ранним стадиям перераспределения напряжений и дефектов, когда ещё отсутствуют макротрещины [1].

Надёжная диагностика остаточного ресурса металлоконструкций в этой постановке опирается на детальный анализ микроскопических изменений, происходящих в структуре материала в процессе накопления усталостных повреждений. Одними из наиболее чувствительных и информативных носителей таких сведений выступают собственные магнитные поля материала, формирующиеся в результате перераспределения доменной структуры. Изменения доменной конфигурации интегрально отражают сочетание микроструктурных превращений и эволюции остаточных напряжений, а значит, могут служить основой для построения высокочувствительных диагностических критериев.

В ферромагнитных материалах наблюдаются значимые различия магнитной доменной структуры вблизи поверхности и в объёме. В частности, экспериментальные исследования показали, что у поверхности доменные стенки могут быть существенно шире, чем внутри материала. Это приводит к снижению плотности магнитной энергии в стенке и, как следствие, влияет на подвижность доменных границ и их чувствительность к локальным механическим напряжениям и дефектам [2]. Таким образом, можно заключить, что поверхностные слои обладают особыми магнитными характеристиками, отличными от объёмных, что необходимо учитывать при анализе магнитной текстуры материала.

Прямая визуализация внутренних доменных структур в объёме твёрдых материалов остаётся крайне затруднённой из-за ограниченного пространственного разрешения большинства магнитных микроскопических методов. Такие методы, как магнитооптическая визуализация или магнитная силовая микроскопия, эффективно фиксируют магнитную морфологию лишь на поверхности образца. Для исследования трёхмерной магнитной структуры применяются косвенные подходы. Классические микромагнитные модели и многомасштабные численные схемы позволяют прогнозировать конфигурации доменов и их динамику, учитывая как локальные магнитные поля, так и кристаллографические особенности материала. Внедрение, например, дислокационных напряжений в микромагнитную симуляцию демонстрирует, как дислокации могут служить центрами закрепления доменных границ и влиять на эффект Баркгаузена [2].

Отдельно стоит отметить новейшие методы реконструкции магнитной структуры на основе машинного обучения. В работе [3] представлена модель на основе свёрточной нейронной сети (MagNet), которая повышает точность восстановления трёхмерной конфигурации намагниченности по данным томографии. Данный подход преодолевает ограничения классических алгоритмов векторной томографии, устраняя артефакты неполных данных и существенно улучшая качество реконструированного магнитного поля.

Аналогичный принцип применён в исследовании [4], где нейросетевая модель обучается преобразовывать изображения внешнего магнитного поля (например, карты поля утечки) в распределение вектора намагниченности внутри материала. Это позволяет восстанавливать сложные доменные текстуры с переменным направлением намагничивания, недоступные для традиционных методов инверсии [4]. Подобные нейросетевые подходы расширяют возможности интерпретации экспериментальных данных и приближают исследователей к прямой реконструкции внутренней магнитной текстуры по косвенным измерениям.

Микроструктура материала, включая распределение намагниченности, эволюционирует при накоплении пластической деформации в условиях циклического нагружения. Хотя современные измерительные методы не позволяют напрямую отслеживать перестройку отдельных доменов внутри объёма, совокупный магнитный отклик (например, петля гистерезиса) чувствителен к таким микроструктурным изменениям. Перестройка и перераспределение доменных границ на микроуровне проявляются в измеряемых вариациях магнитной проницаемости, коэрцитивной силы и других параметрах материала. Таким образом, анализ динамики магнитных характеристик под нагрузкой позволяет судить об изменениях внутренней структуры. Учет этих эффектов даёт возможность перейти от интегральной оценки состояния материала к локализованному анализу, нацеленному на раннее выявление зон, предрасположенных к развитию повреждений.

Внутреннее (объёмное) поведение материала при усталостной деформации существенно отличается от процессов, происходящих вблизи поверхности. В толще материала пластическая деформация распределяется более равномерно и градиенты остаточных напряжений значительно ниже, чем у поверхности [5]. В поликристаллическом объёме дислокации генерируются и накапливаются группами, вызывая значительные локальные напряжения, снятие которых затруднено из-за отсутствия свободной поверхности. Границы зёрен выполняют роль внутренней «поверхности», однако для выхода дислокаций через эти границы требуется преодоление энергетического барьера [6]. Лишь по достижении критического уровня накопленных напряжений и энергии дефектов [7] возможно зарождение микротрещин внутри материала. Эти особенности согласуются с концепцией Mura о релаксации внутренних напряжённых полей [8], а также с экспериментальными данными о неравномерном распределении остаточных напряжений (анизотропии напряжений) в сталях [9].

В отличие от объёма, свободная поверхность материала служит эффективным стоком для дислокаций, требуя гораздо меньше энергии для выхода дефектов. Этот факт объясняет, почему усталостные трещины чаще инициируются именно на поверхности. Следовательно, изменения, происходящие в приповерхностном слое в процессе нагружения, могут быть использованы как информативные диагностические признаки развивающейся деградации.

Одним из таких признаков является формирование на поверхности самоподобных (фрактальных) структур по мере развития повреждений. Как отметил Б. Мандельброт, подобные образования обладают свойством самоподобия на разных масштабных уровнях [10]. Действительно, морфология повреждённой поверхности металлов нередко описывается фрактальными характеристиками, которые можно количественно оценивать [11]. Анализ геометрии элементов рельефа на различных масштабах позволяет установить связь между поверхностными проявлениями усталости и протекающими в объёме процессами разрушения [12].

Неоднородность и шероховатость поверхности способны влиять и на магнитные свойства приповерхностного слоя. Согласно исследованиям, изменения фрактальной структуры деформированного материала коррелируют с его магнитными параметрами, такими как насыщенная намагниченность и магнитная проницаемость [11]. Иными словами, трансформация распределения физических свойств по мере роста повреждений может проявлять мультифрактальные черты. Отслеживание эволюции нескольких таких мультифрактальных параметров расширяет возможности диагностической интерпретации, позволяя более надёжно идентифицировать ранние стадии деградации материала.

Таким образом, анализ литературы подтверждает необходимость комплексного подхода к диагностике повреждений в ферромагнитных конструкционных материалах. Магнитные доменные структуры у поверхности и в объёме реагируют по-разному на присутствие дефектов и механических напряжений. Совмещение классических микромагнитных моделей с современными нейросетевыми методами реконструкции [3][4] позволяет глубже анализировать внутренние изменения магнитной текстуры, недоступные прямому наблюдению. Одновременно учёт особенностей накопления повреждений (дислокационной структуры и остаточных напряжений) в объёме [5–9] и связанных с ними фрактальных признаков на поверхности [10–12] обеспечивает более полный контроль состояния материала. Синтез магнитных и фрактальных критериев деградации, подтверждённых литературными данными, открывает путь к созданию высокочувствительных методов неразрушающего контроля для раннего обнаружения зарождающихся дефектов.

Магнитные методы диагностики по распределению напряженности постоянного магнитного поля применяются для выявления зон концентрации напряжений и участков локальной деградации в ферромагнитных сталях. Их основа — чувствительность магнитного отклика к перераспределению остаточных напряжений и к дефектам, формирующим локальные неоднородности поля. Вместе с тем известные подходы часто используют интегральные показатели или одномерные профили вдоль выбранной линии и не обеспечивают строгой привязки пространственных аномалий поля к (i) стадии усталостного нагружения и (i) параметрам микроструктуры по толщине материала.

Однако до настоящего времени недостаточно исследовано, как локальные аномалии распределения результирующей напряжённости постоянного магнитного поля на поверхности конструкционных сталей количественно согласуются с изменением микроструктуры и с её мультифрактальными параметрами в приповерхностном слое и в объёме при циклическом нагружении. Отсутствие такой связи ограничивает формирование устойчивого диагностического признакового пространства для ранней локализации очага разрушения.

В этой связи целью настоящей работы является экспериментальное обоснование диагностического подхода, при котором пространственно-локализованные измерения результирующей напряжённости остаточного магнитного поля при циклическом изгибе стали 09Г2С сопоставляются с мультифрактальными параметрами микроструктуры, рассчитанными по микрофотографиям в характерных зонах по толщине.

Материалы и методы. Для исследования взяты образцы из низколегированной конструкционной стали 09Г2С, подвергавшиеся циклическому нагружению с целью моделирования условий эксплуатации элементов, работающих под переменными механическими воздействиями (например, резервуары, трубопроводы, несущие элементы металлоконструкций) (рис. 1). Для измерения напряженности постоянного магнитного поля был использован прибор ИКН-2М-8 (измеритель концентрации напряжений).

Магнитные измерения проводились в 12 точках с шагом 10 мм. На каждом уровне нагружения испытательная машина останавливалась и измерения выполнялись по согласованной схеме в фиксированных контрольных точках, что обеспечивало корректное сопоставление данных между циклами. Для оценки воспроизводимости и статистической надёжности результаты измерений регистрировались на пяти идентичных образцах, подвергнутых одинаковому режиму циклического нагружения. Это позволило подтвердить стабильность магнитного отклика и уменьшить влияние случайных факторов, связанных с локальной микроструктурной неоднородностью. Для повышения достоверности анализа все измерения повторялись не менее трёх раз в каждой точке.

После завершения циклических испытаний и фиксации разрушения из исследованных образцов были вырезаны участки для анализа микроструктурных изменений.

Фрактальный анализ микроструктуры использовался для установления взаимосвязи между структурной неоднородностью металла и локальными магнитными аномалиями, зафиксированными при измерении результирующей напряжённости постоянного магнитного поля Hr. Исследование микроструктуры проводилось на микрофотографиях, полученных в поперечном сечении разрушенного образца в трёх характерных зонах:

• в зоне, примыкающей к наружной поверхности;
• в центральной (объёмной) части;
• в зоне, примыкающей к очагу разрушения.

Дополнительно для сравнительного анализа использовались микроструктуры исходного состояния металла, полученные до циклического нагружения.

Микрофотографии каждой изучаемой зоны были получены при увеличении ×200, ×500 и ×1000, что обеспечивало анализ структуры на различных масштабных уровнях. Обработку изображений проводили в программе MFRDrom Fast, разработанной профессором Г.В. Встовским [13][14], в режиме Normalized By D₁, с типом анализа Pseudo.

Для каждой зоны рассчитывались параметры, характеризующие фрактальную размерность, скрытую периодичность и степень однородности микроструктуры [13]. Их сопоставление между зонами по толщине образца и на различных масштабах позволило оценить пространственно-масштабную изменчивость структурной организации материала. Такой подход обеспечил возможность сопоставления градиента микроструктурной сложности с распределением магнитного отклика Hr, фиксируемого на соответствующих участках поверхности образца.

Результаты исследования. Получены результаты измерений результирующей напряжённости постоянного магнитного поля Hr на поверхности образцов при циклическом нагружении, а также результаты расчёта показателя локального изменения магнитной характеристики Gi. Уровень накопленных повреждений задавался относительной наработкой Ni/Np, где Ni — текущее число циклов, Np — число циклов до разрушения. Измерения выполнены на пяти образцах (n = 5), в каждой измерительной точке на каждом уровне Ni/Np проводилось три повтора (m = 3). Для каждой комбинации «точка — уровень Ni/Np» рассчитывались среднее значение и стандартное отклонение, на рис. 2, 3 представлены средние значения с планками погрешности. Паспортная погрешность измерительного прибора не превышала 10 %.

Зависимости Hr от Ni/Np для точек 1, 11 и 12 показаны на рис. 2. Во всём диапазоне Ni/Np значения Hr в точке 1 сохраняются на существенно более низком уровне, по сравнению с точками 11 и 12. В интервале Ni/Np = 0,4–0,5 фиксируется расхождение поведения Hr в точках 11 и 12: в точке 11 наблюдается снижение Hr относительно соседних уровней, тогда как в точке 12 — повышение Hr с формированием локального максимума. Различия между точками 11 и 12 в указанном интервале превышают величину разброса (±SD) и воспроизводятся по серии измерений (n = 5).

Для количественной оценки изменчивости магнитного отклика рассчитан показатель локального изменения G_i, его зависимости от Ni/Np для точек 1, 11 и 12 приведены на рис. 3. В диапазоне Ni/Np = 0,2–0,6 значения Gi в точках 11 и 12 существенно превышают значения, полученные в точке 1. Максимальные значения G_i в точках 11 и 12 наблюдаются при Ni/Np порядка 0,35–0,5, при дальнейшем росте Ni/Np фиксируется снижение Gi. В точке 1 значения Gi остаются на более низком уровне, без выраженных пиков, сопоставимых с точками 11 и 12. Таким образом, результаты магнитных измерений подтверждают пространственную неоднородность распределения Hr и локализацию наибольших изменений магнитной характеристики в области точек 11, 12 в интервале Ni/Np порядка 0,35–0,5 (рис. 2–3).

Максимальные значения Gi в точках 11 и 12 наблюдаются при Ni/Np порядка 0,35–0,5, при дальнейшем росте Ni/Np значения Gi снижаются, и при Ni/Np = 0,75 фиксируется отчётливое уменьшение показателя (рис. 3). В точке 1 значения Gi остаются на более низком уровне, без выраженных пиков, сопоставимых с точками 11 и 12.

Обсуждение. Полученные результаты подтверждают диагностический потенциал пространственно-локализованных измерений результирующей напряжённости постоянного магнитного поля Hr при циклическом нагружении. Наиболее выраженная магнитная изменчивость наблюдается в интервале Ni/Np = 0,4–0,5, а максимальные локальные изменения параметров регистрируются в зоне формирования очага разрушения, что согласуется с ранее показанной чувствительностью магнитных характеристик к накоплению повреждений в модельных элементах металлоконструкций [1].

В диапазоне Ni/Np = 0,8–0,9 выявлена фаза относительной стабилизации магнитного отклика (снижение вариативности Hr и/или производных показателей) с последующим переходом к более неустойчивому режиму. Подобная динамика по типу «затишье → резкое изменение» описана для акустических сигналов как диагностический признак предразрушения [15]. Сопоставимые подходы к мониторингу деградации по физическим параметрам в условиях эксплуатации также демонстрируются при ультразвуковом контроле [16].

Интерпретация наблюдаемых магнитных эффектов должна учитывать связь магнитного отклика с дефектной структурой и локальным напряжённым состоянием материала. Взаимодействие доменных стенок с дислокациями и дефектами, показанное в микромагнитном моделировании, является одним из механизмов, способных приводить к локальным изменениям магнитных параметров [2]. Дополнительно информативность магнитных методов, чувствительных к микроструктурным неоднородностям на уровне зёрен и границ, подтверждается исследованиями магнитного шума Баркгаузена с высоким пространственным разрешением [17].

Практическая применимость методики для реальных металлоконструкций определяется требованиями к точности и воспроизводимости измерений и устойчивости результата к действию внешних факторов. К критическим условиям относятся воспроизводимое позиционирование датчика (ориентация и зазор «датчик — поверхность»), повторяемая траектория сканирования и контроль магнитного фона. На результаты могут влиять геометрия объекта (кривизна, изменение толщины, близость сварных швов и вырезов), магнитная предыстория (остаточное намагничивание) и посторонние источники магнитного поля. Существенным фактором интерпретации остаются остаточные напряжения как компонент текущего состояния материала, что подчёркивается в обзорных работах по данной тематике [5].

На рис. 4 приводятся результаты изучения изменения мультифрактальных параметров в соответствии с [13][14].

В исходном состоянии (рис. 4 а) зависимости параметра D₁–D₀ от увеличения масштаба имеют плавный характер и не демонстрируют резких различий между зонами по толщине образца, что свидетельствует об отсутствии признаков локальной деградации.

В области, отдалённой от зоны разрушения (рис. 4 б), зависимости параметра D₁–D₀ сохраняют возрастающий характер, однако различия между зонами по толщине становятся более выраженными. На увеличении ×500 фиксируется максимальное расхождение кривых, что связано с переходом от зеренной к субзеренной организации структуры, наиболее чувствительной к внутренним напряжениям. Внутренняя зона характеризуется пониженным значением параметра D₁–D₀, что указывает на частичную потерю структурной упорядоченности.

Объёмная часть, напротив, сохраняет высокую скрытую периодичность, что отражает её относительную стабильность. Таким образом, на данном этапе развития повреждений формируется градиент микроструктурной организации от устойчивой (объём) области к неустойчивой, что согласуется с распределением внутренних напряжений в циклически нагруженном образце.

В зоне разрушения (рис. 4 в) наблюдается наиболее резкое изменение характера зависимости D₁–D₀ = f(увеличение). Для внутренней поверхности, прилегающей к очагу разрушения, значения параметра становятся минимальными (до –0,6…–0,7), что указывает на потерю скрытой периодичности и рост хаотичности распределения структурных элементов.

Сопоставление полученных зависимостей показывает, что по мере перехода от исходного состояния к зоне разрушения происходит устойчивая тенденция к снижению параметра D₁–D₀, особенно в области, прилегающей к очагу трещины.

Таким образом, мультифрактальный параметр D₁–D₀, характеризующий скрытую периодичность, может рассматриваться как чувствительный индикатор перехода структуры от стабильного состояния к неустойчивому. Его пространственное распределение коррелирует с зоной магнитных аномалий, выявленных по изменению результирующей напряжённости магнитного поля Hr, что указывает на общую природу микроструктурных и магнитных признаков деградации в исследуемом материале.

Сопоставление зависимостей мультифрактального параметра скрытой периодичности структуры D₁–D₀ для различных стадий состояния материала (рис. 4) показало, что по мере перехода от исходного состояния к зоне разрушения наблюдается устойчивая тенденция к снижению параметра и исчезновению структурной периодичности. В исходном состоянии структура стали 09Г2С сохраняет выраженную масштабную упорядоченность и слабый технологический градиент по толщине. В зоне, отдалённой от очага разрушения, формируется градиент микроструктурной стабильности: внутренние области демонстрируют снижение D₁–D₀ вследствие локальной деформации, тогда как наружные сохраняют регулярность субструктуры. В зоне разрушения происходит полная утрата корреляции между структурными элементами, исчезает скрытая периодичность, а микроструктура приобретает статистически хаотический характер. Таким образом, изменение параметра D₁–D₀ тражает переход материала от состояния структурного равновесия к фазе деградации и может использоваться как чувствительный количественный индикатор степени поврежденности в ферромагнитных сталях.

Сопоставление зависимости степени однородности f₆₀ для различных зон по толщине образца (рис. 5) показало, что при переходе от исходного состояния к зоне разрушения наблюдается устойчивая тенденция к снижению параметра и нарушению равномерности распределения структурных элементов. В исходном состоянии структура стали 09Г2С характеризуется высокой однородностью и слабым технологическим градиентом. В зоне, отдалённой от очага разрушения, наблюдается выравнивание значений f₆₀, что свидетельствует о начале дестабилизации структуры и частичном перераспределении внутренних напряжений. В зоне разрушения происходит дальнейшее снижение степени однородности и изменение соотношения между зонами: наружная поверхность сохраняет остаточную упорядоченность, тогда как объёмная часть теряет структурную согласованность. Таким образом, уменьшение f₆₀ является количественным показателем роста неравномерности распределения микроструктуры и соответствует фрактальному признаку деградации материала, установленному ранее по параметру D₁–D₀.

Анализ изменения фрактальной размерности D₀ для различных зон образца показал закономерную эволюцию геометрической сложности микроструктуры по мере перехода от исходного состояния к зоне разрушения (рис. 6).

Наиболее существенные изменения наблюдаются в зоне разрушения (рис. 6 в). Для наружной поверхности фиксируется наибольшее снижение фрактальной размерности D₀ (до 1,3), в то время как для внутренней и объёмной частей значения остаются выше (1,6–1,7). Это отражает потерю структурной сложности и разрушение самоподобной организации микроструктуры именно в поверхностных слоях.

Таким образом, уменьшение фрактальной размерности D₀ служит индикатором потери структурной сложности и самоорганизации материала, отражая переход от устойчивой конфигурации зеренной и субзеренной структуры к фрагментированной и хаотичной. Минимальные значения D₀ на наружной поверхности соответствуют зонам инициации микротрещин, показанным на рис. 7.

Следует отметить, что снижение фрактальной размерности D₀ на наружной поверхности сопровождается аналогичными изменениями других мультифрактальных параметров.

Локальное падение всех трёх параметров (D₀, D₁–D₀ и f₆₀) согласуется с выявленными при магнитных измерениях аномалиями H_r, что подтверждает общую природу процессов накопления повреждений и инициирования микротрещин.

Для наглядного подтверждения закономерностей, выявленных по мультифрактальным и магнитным параметрам, был проведён анализ микроструктуры образцов в характерных зонах. Представленные на рис. 8 изображения демонстрируют постепенное нарушение упорядоченности структуры — от внутренней части к наружной поверхности, где формируются микротрещины.

На микроструктуре наружной поверхности, прилегающей к зоне разрушения, наблюдается высокая степень фрагментации зерен феррита и перлита, а также локальные участки с неравномерным контрастом, свидетельствующие о развитии пластической деформации. Видны начальные микротрещины и субмикроскопические разрывы по границам зёрен, сопровождающиеся потерей чёткости их очертаний и локальной разориентацией субструктурных элементов (рис. 8).

Сравнение микроструктур наружной, центральной и внутренней частей образца в зоне разрушения (рис. 8) показывает выраженный градиент степени деградации структуры по толщине. Внутренняя часть сохраняет упорядоченную феррито-перлитную морфологию, чёткие границы зёрен и равномерное распределение фаз, что соответствует высоким значениям фрактальной размерности D₀ и параметра однородности f₆₀. В центральной зоне наблюдается начальная перестройка зеренно-субзеренной структуры: появляются малоугловые субграницы и локальные контрасты, указывающие на повышение внутренней неустойчивости и снижение параметра D₁–D₀. Наконец, на наружной поверхности фиксируется максимальная фрагментация и локальное микротрещинообразование, что сопровождается падением всех трёх фрактальных показателей: D₀, D₁–D₀ и f₆₀

Такое распределение микроструктурных признаков полностью согласуется с результатами мультифрактального анализа и магнитных измерений: наружная часть, где наблюдается наибольшая потеря структурной сложности, совпадает с областью магнитных аномалий H_r и отражает зону максимального накопления повреждений. Таким образом, сопоставление микроструктурных, фрактальных и магнитных данных подтверждает, что деградация материала имеет выраженный градиентный характер — от стабильной внутренней структуры к разрушенной поверхности, где и формируется очаг усталостного разрушения.

Полученный набор магнитных и мультифрактальных признаков рассматривается как основа для последующего построения моделей оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса. Формируемый массив параметров может быть использован в дальнейшем как обучающая база для интеллектуальных систем оценки технического состояния, что открывает возможности к построению более устойчивых и адаптивных методов прогностического мониторинга.

Заключение. Комплексное исследование стали 09Г2С при циклическом изгибе показало единый закономерный характер эволюции магнитных, фрактальных и микроструктурных параметров, отражающих процессы накопления повреждений и разрушения. Магнитные измерения распределения результирующей напряжённости поля H_r выявили локальные аномалии, совпадающие с областями повышенных остаточных напряжений, и локализации деформации вблизи наружной поверхности.

Результаты мультифрактального анализа микрофотографий, выполненного в программе MFRDrom Fast, подтвердили связь магнитных аномалий с деградацией микроструктуры. Отмечено последовательное снижение фрактальной размерности D₀, параметра скрытой периодичности D₁–D₀ и степени однородности f₆₀, что указывает на разрушение самоподобной организации и рост хаотичности субструктуры.

Металлографический анализ выявил чёткий градиент деградации по толщине: внутренняя часть сохраняет стабильную феррито-перлитную структуру, центральная характеризуется частичной фрагментацией, а наружная наиболее разрушена и содержит микротрещины. Сопоставление данных трёх уровней показало согласованное поведение параметров H_r, D₀, D₁–D₀ и f₆₀, что подтверждает их взаимосвязанную природу.

Таким образом, деградация стали 09Г2С при циклическом изгибе имеет мультиуровневый характер: магнитные изменения отражают накопление дефектов, фрактальные параметры — разрушение масштабной структуры, а микроструктурный анализ — конечную стадию микротрещинообразования. Совокупность этих признаков может быть использована как единый диагностический критерий состояния материала и основа для оценки остаточного ресурса элементов, работающих в условиях переменных нагрузок.