Нові підходи в дослідженні неоднорідности гетерогенних структур

Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Ю. Л. Бєлкін, О. І. Сидашенко

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, вул. Алчевських, 44, 61002 Харків, Україна

Отримано: 24.11.2017. Завантажити: PDF

Представлену роботу присвячено розробці й удосконаленню нових метод дослідження структур, сформованих у хромовмісних вуглецевих стопах, що уможливлюють прогнозувати зміни локальної неоднорідности структурних складових для використання в різних технологічних процесах, для досягнення необхідних властивостей. Застосування нових підходів передбачає також використання більш швидких операцій стосовно комп’ютерної оптико-математичної оцінки цих показників. Методику застосовуваного комп’ютерного дослідження металографічного зображення структури засновано на гідродинамічних аналогіях із застосуванням рівнянь Нав’є–Стокса, що описують формування фаз (за рахунок дисипації енергії в результаті дифузійного процесу зміни густини аналізованого об’єкту). Оцінку робили на основі обчислюваних значень, розташованих на оцифрованих у формат bmp зображеннях, що аналізуються. В результаті проведених досліджень оцінено неоднорідність високохромистих чавунів за розподілом ступеня дисперсности умовного кольору визначених фаз. Проведено моделювання локальної неоднорідности структурних складових, що включає в себе використання нових параметрів оцінювання — $М$-трійок, що представляють собою впорядкований набір, який складається з трьох дійсних цілих чисел, які обчислюються через диверґенцію та Ляплясіяна у розглянутій точці металографічного зображення та через які виражали потужність дисипації енергії. Моделювання проводили, використовуючи інваріянтні перетворення $М$-трійок при повороті металографічного зображення на різні кути. Введення їх в аналізу уможливило, змінюючи та задаючи певні енергетичні параметри (поворотом, перестановкою пікселів на досліджуваному зображенні), проводити моделювання та оцінювання зміни локальної неоднорідности структурних складових. За допомогою моделювання, в якості прикладу, виконано оцінку впливу неоднорідности структурних складових на їхню твердість. Встановлено, що, хоча твердість стопу зростає з підвищенням ступеня дисперсности, однак значимість цього параметра в обох напрямках (вертикальному та горизонтальному) є нижчою, ніж у випадку кутів повороту. Це свідчить про те, що дисперсність структурних складових не має визначального впливу на твердість такого стопу. Ці результати потребують більш детальної аналізи, яка також враховувала б роль інших чинників, таких як швидкість кристалізації, ступінь щільности дислокаційної структури, у тому числі й у межах субзерен, що формуються. В цьому випадку моделювання кутів повороту уможливить встановити їх найбільш тісний зв’язок з усіма параметрами, що входять до складу $М$-трійок, через які можна як оцінити неоднорідність структурних складових, так і виявити особливості їхнього формування в гетерогенних стопах. Даний методичний підхід та одержані результати аналізи уможливлюють також оцінювати вплив різних експлуатаційних чинників на властивості матеріялу. На підставі виявленої анізотропії властивостей металу робочого шару, у тому числі й при відцентровому литті, рекомендовано оцінювати зв’язок структури із властивостями на поперечних шліфах (поперек осей нечітко виражених дендритів).

Ключові слова: металографічне зображення, інваріантне перетворення, оптико-математичний аналіз, хромисті гетерогенні стопи, ступінь дисперсності фаз, структурна неоднорідність, твердість.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v40/i02/0255.html

PACS: 07.05.Pj, 61.72.Ff, 61.72.Mm, 81.05.Bx, 81.30.Mh, 81.40.Cd, 81.70.Fy


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. Т. С. Скобло, Н. М. Воронцов, С. И. Рудюк, Н. А. Будагьянц, В. А. Воронина, Прокатные валки из высокоуглеродистых сплавов (Москва: Металлургия: 1994).
  2. Union Electric Steel Corporation, http://www.akersrolls.com
  3. Kaida Roll Group, http://www.kdroll.com
  4. Marichal Ketin, http://www.mkb.be; SMS group, https://www.sms-group.com
  5. И. А. Балаклеец, П. П. Долгих, В. Я. Погорелов, В. С. Филиппов, А. В. Шамрин, А. А. Сирота, Сталь, 1: 45 (2008).
  6. Т. С. Скобло, А. И. Сидашенко, Н. М. Александрова, Е. Л. Белкин, В. М. Власовец, О. Ю. Клочко, А. Д. Мартыненко, Производство и применение прокатных валков: Справочник (Ред. Т. С. Скобло) (Харьков: ЦД № 1: 2013), с. 572.
  7. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Е. Л. Белкин, А. И. Сидашенко, Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 83, № 5: 27 (2017).
  8. О. Ю. Клочко, Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка, вип. 183: 20 (2017).
  9. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Е. Л. Белкин, Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів, 8: 193 (2017).
  10. T. Skoblo, O. Klochko, E. Belkin, and A. Sidashenko, International Journal of Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 2, Iss. 3: 34 (2017). Crossref
  11. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Е. Л. Белкин, Materiały VII Międz. Nauk.-Prakt. Konf. Europejska Nauka XXI Powieką (Przemyśl: 2011), vol. 21, p. 94.
  12. P. J. Roache, Fundamentals of Computational Fluid Dynamics (Hermosa Beach, CA: Hermosa Pub.: 1998).
  13. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, О. І. Сідашенко, Ю. Л. Бєлкін, Спосіб виявлення неоднорідності фаз у високовуглецевих сплавах: Патент України № 120043 (Опубл. 25.10.17, Бюл. № 20) (2017).
  14. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Е. Л. Белкин, А. И. Сидашенко, Сталь, 2: 51 (2017).
  15. T. S. Skoblo, O. Yu. Klochko, A. I. Sidashenko, and R. G. Sokolov, Steel in Translation, 43, No. 9: 603 (2013). Crossref
  16. Т. С. Скобло, О. Ю. Клочко, Е. Л. Белкин, Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 78, № 6: 35 (2012).
  17. T. S. Skoblo, O. Yu. Klochko, and E. L. Belkin, Steel in Translation, 42, No 3: 261 (2012). Crossref
  18. T. S. Skoblo, E. N. Vishnyakova, N. M. Mozharova, and V. I. Gazov, Metal Science and Heat Treatment, 32: 69 (1990). Crossref
  19. G. Bachman and L. Narici, Functional Analysis (Courier Corporation: 2012), p. 141.
  20. S. Banerjee and A. Roy, Linear Algebra and Matrix Analysis for Statistics (Boca Raton, Florida: CRC Press: 2014), p. 181.
  21. D. W. Mitchell, The Mathematical Gazette, 503: 85: 273 (2001).