Математична модель оцінки твердості сталі Р6М5

Abstract

UK: Вступ. Оцінювання критеріїв якості інструментальної швидкорізальної сталі Р6М5 неруйнівними методами − актуальне завдання. Це пов’язано з тим, що інструменти з неї використовуються для роботи на різальних, шліфувальних, свердлильних верстатах, оскільки провести натурні іспити на таких деталях не завжди технічно можливо. У статті запропоновано методику оцінювання показників твердості сталі із застосуванням математичного моделювання. Матеріали та методика. Досліджувався вплив елементів хімічного складу сталі Р6М5 на показники твердості із застосуванням методики планування експериментів. Хімічний склад сталі змінювався згідно з прийнятими нормативними документами (ГОСТ 19265). Результати експерименту. Досліджувались робоча область вибраних параметрів (показників елементів хімічного складу) та функції мети (твердості). Діапазон числових значень параметрів робочої зони обмежувався граничними значеннями показників хімічного складу сталі Р6М5. Для побудови матриці планування експериментів обиралися лише ті рядки, по яких була відома інформація про показники твердості з літературних джерел або на основі аналізу експертної інформації. В процесі реалізації матриці планування експериментів отримано регресійну модель оцінювання показників твердості сталі Р6М5 залежно від її хімічного складу. Модель адекватна згідно з критеріями Фішера (F = 1,002) та Кохрена (F = 0,336). На основі аналізу моделі побудовано гістограму впливу елементів хімічного складу на показники твердості, що підтверджується їх фізико-хімічною взаємодією. Встановлено, що найбільше впливають на твердість сталі Р6М5 вуглець (1,050), хром (0,550) та вольфрам (0,275). Висновки. Для сталі Р6М5 шляхом методики планування експериментів отримано модель прогнозу показників твердості залежно від хімічного складу, що сприяє економії матеріально-часових витрат на натурні іспити.

RU: Введение. Оценка критериев качества инструментальной быстрорежущей стали Р6М5 неразрушающими методами представляет собой актуальную задачу. Инструменты из нее используются для работы на режущих, шлифовальных, сверлильных станках. Провести натурные испытания на таких деталях не всегда технически возможно. В работе предложена методика оценки показателей твердости стали с применением математического моделирования. Материалы и методика. Исследовалось влияние элементов химического состава стали Р6М5 на показатели твердости с использованием методики планирования экспериментов. Химический состав стали менялся согласно принятым нормативным документам (ГОСТ 19265). Результаты эксперимента. Исследовалась рабочая область выбранных параметров (показателей элементов химического состава) и функции цели (твердости). Диапазон численных значений параметров рабочей зоны ограничивался предельными значениями показателей химического состава стали Р6М5. Для построения матрицы планирования экспериментов избирались только те строки, по которым была известна информация о показателях твердости из литературных источников или на основе анализа экспертной информации. В процессе реализации матрицы планирования экспериментов получена регрессионная модель оценки показателей твердости стали Р6М5 в зависимости от ее химического состава. Модель адекватна согласно критериям Фишера (F = 1,002) и Кохрена (F = 0,336). На основе анализа модели построена гистограмма влияния элементов химического состава на показатели твердости, что подтверждается их физико-химическим взаимодействием. Установлено, что наибольшее влияние на твердость стали Р6М5 оказывают углерод (1,050), хром (0,550) и вольфрам (0,275). Выводы. Для стали Р6М5 путем методики планирования экспериментов получена модель прогноза показателей твердости в зависимости от химического состава, что приводит к экономии материально-временных затрат на натурные испытания.

EN: Introduction. The evaluation of the quality criteria of the instrumental quick-cutting steel R6M5 by non-destructive methods is an urgent task. This is due to the fact that tools made from it are used to work on cutting, grinding, drilling machines, since it is not always technically possible to carry out full-scale tests on such parts. The paper proposes a method for evaluating the hardness of steel with the use of mathematical modelling. Materials and methods. In this work the influence of elements of the chemical composition of steel R6М5 on the hardness indexes was investigated using the method of experiment planning. The chemical composition of the steel changed in accordance with accepted regulatory documents (GOST 19265). Experiment results. The working area of the selected parameters (indicators of elements of chemical composition) and the objective function (hardness) were investigated. The range of numerical values of the parameters of the working area was limited to the limiting values of the indicators of the chemical composition of steel R6M5. To build the planning matrix of experiments, only those lines were selected for which information on hardness indicators was known from literary sources or based on the analysis of expert information. In the process of implementation of the matrix of experimental planning, a regression model for evaluating the hardness values of steel R6M5, depending on its chemical composition, was obtained. The model is adequate according to Fisher criteria (F = 1,002) and Kochren (F = 0,336). Based on the analysis of the model, the histogram of the influence of the elements of the chemical composition on the hardness indexes is constructed, which is confirmed by their physicochemical interaction. It was found that the greatest influence on the hardness of steel R6M5 is given by carbon (1,050), chromium (0,550) and tungsten (0,275). Conclusions. For steel R6М5 by the method of planning of experiments the model of the prediction of hardness parameters depending on the chemical composition is obtained, which leads to save the material and time costs for natural tests.