Розробка і дослідження методу визначення якісних характеристик металу на основі аналізу фрактальної розмірності його мікроструктури

Abstract

UK: Дисертаційна робота присвячена розробці методу визначення якісних характеристик металу шляхом аналізу фрактальної розмірності його мікроструктури. Такий підхід дозволяє встановлювати зв'язок між мікроструктурою і механічними властивостями металу без проведення механічних іспитів. Реалізація методу дає можливість заощадити кошти, які потрібні для проведення механічних іспитів. Розроблено спосіб виявлення з існуючих складових структури сталі тієї складової, фрактальна розмірність якої найбільш чутлива до конкретного показника якості. Апробація методу була здійснена на сталях англійського виробництва (Сталь №113, Сталь №115 і Сталь №116). Розроблено нова методика визначення фрактальної розмірності зображення мікроструктури (Пат. 51439А України). Створено БЗ для розрахунку механічних властивостей сталі Ст3пс по фрактальній розмірності її мікроструктури і температури кінця прискореного охолодження (для кругу Ø 24 мм і арматури Ø 25 мм). Відзначається, що даний метод може бути застосований для визначення механічних властивостей різних металів. Похибка запропонованого методу складає %. Загальна похибка методу, із врахуванням похибок, які виникають при механічних іспитах, складає 6 8 %.

RU: Диссертационная работа посвящена разработке метода определения качественных характеристик металла путем анализа фрактальной размерности его микроструктуры. Такой подход позволяет устанавливать связь между микроструктурой и механическими свойствами металла без проведения механических испытаний. Реализация метода приводит к материальным сбережениям, которые необходимы для проведения механических испытаний. Первый раздел посвящен анализу основных методов электронной и оптической микроскопии, рентгеноструктурного анализа, методов определения механических свойств. Рассматривается современное состояние исследования проблемы оценки качественных характеристик металла. Обсуждается необходимость разработки метода определение качественных характеристик металла путем анализа фрактальной размерности составляющих его структуры. Второй раздел посвящен установлению соответствия между качественными характеристиками металла и фрактальною размерностью структурных составляющих, границ зерен. Разработан способ выявления среди составляющих структуры стали той составляющей, фрактальна размерность которой наиболее чувствительная к конкретному показателю качества. Апробация метода была осуществлена на сталях английского производства (Сталь №113, Сталь №115 и Сталь №116). Установлено взаимно однозначное соответствие между механическими свойствами Стали №113, Стали №115, Стали №116 и фрактальной размерностью ее структурных составляющих, границами зерен. Разработана новая методика определения фрактальной размерности изображения микроструктуры (Пат. 51439А Украины). Третий раздел посвящен разработке метода определение качественных характеристик металла на основе анализа фрактальной размерности структурных составляющих и границ зерен, что дает возможность проводить экспресс контроль механических свойств металлопроката. Установлено взаимно однозначное соответствие между механическими свойствами Стали Ст3пс, фрактальной размерностью ее структурных составляющих, границами зерен. Создана БЗ для расчета механических свойств Стали Ст3пс по фрактальной размерности ее микроструктуры и температуры конца ускоренного охлаждения (для круга Ø 24 мм и арматуры Ø 25 мм). Отмечается, что данный метод может быть применен для определения механических свойств различных металлов. Погрешность предложенного метода составляет %. Общая погрешность метода, с учетом погрешностей, которые возникает при механических испытаниях, составляет 6 8 %. В четвертом разделе рассматривается реализация метода определения качественных характеристик металла на основе анализа фрактальной размерности его микроструктуры. Создана программа для вычислительной машины и использованная на ГГМК “Криворожсталь” для прогноза уровня количественных характеристик нормированных механических свойств металлопроката (Сталь Ст3пс, круг ø24 мм и арматура ø25 мм). Метод введен в учебный процесс в ПГАСиА (г. Днепропетровск) для студентов-материаловедов в виде методических материалов, которые включают пять лабораторных работ.

EN: The thesis is devoted to development of a method of determination of qualitative characteristics of a metal by analyzing the fractal dimension of its composite parts of its microstructure. Such an approach allows to relate the microstructure and the mechanical properties without making an mechanical tests. Realization of the method leads to the saving means and time needed to carry out mechanical tests. It is discovered one–to–one correspondence between mechanical properties of the steel 113, the steel 115, the steel 116 and the phase's and grain's boundary fractal dimension. A new method of determining of fractal dimension of microstructure image is worked out (Patent no. 51439A, Ukraine). A data base for calculating mechanical properties of the steel 113 using the fractal dimension of its microstructure and the temperature of the end of accelerated cooling (round-shape rolling with diameter 24 mm and reinforced rolling bars with diameter 25 mm) is created. It is noted that the method can be used for determination of other metal’s properties. According to the estimations the method's error is 2–5%. The general error of the method, including mechanical test's error, is 6-8 %%. The method has been introduced into the educational course at PSACEA (Dnepropetrovsk) for materials science students in the form of the methodical materials including five practical tasks.