Поиск путей прогноза качества металла

Abstract

RU: Постановка проблемы. Установление взаимосвязи между структурой и свойствами материалов является одной из главных задач современного материаловедения. Эта проблема связана, в основном, с неполнотой формальной аксиоматики при идентификации структуры материалов. В работе предлагается для частичной компенсации неполноты формальной аксиоматики структуры использовать фрактальный анализ для прогноза механических характеристик трубных сталей. Актуальность выбора данного подхода обусловлена необходимостью проведения неразрушающего контроля данных характеристик труб в процессе их эксплуатации. Объект исследования. Ферритно-перлитная структура трубных сталей отечественного производства. Материалы и методики исследований. Для исследования ферритно-перлитной структуры трубных сталей использовалась оптическая микроскопия и запатентованная методика определения фрактальной размерности структуры металла. Результаты и их обсуждение. Определена фрактальная размерность феррита и перлита мало- и среднеуглеродистых сталей для трубного производства. Получены закономерности, описывающие соотношения между фрактальной размерностью ферритно-перлитной структуры трубных сталей различных марок и их твердостью. Установлено, что при возрастании фрактальной размерности перлита твердость металла повышается. Возрастание фрактальной размерности зерен перлита на рассматриваемой плоскости шлифа (D ® 2) обусловлено повышением их равноосности. Стали, имеющие строение зерен близкое к равноосным, обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с неравноосными структурами. Получена математическая модель прогноза твердости трубных сталей с ферритно-перлитной структурой, погрешность которой составляет до 6 %. Выводы. Применение в качестве критерия для оценки структуры металла фрактальной размерности позволяет установить взаимосвязь между структурными составляющими и его механическими свойствами с минимальными затратами.

UK: Постановка проблеми. Встановлення взаємозв'язку між структурою і властивостями матеріалів − одне з головних завдань сучасного матеріалознавства. Ця проблема пов'язана, в основному, з неповнотою формальної аксіоматики під час ідентифікації структури матеріалів. У статті пропонується для часткової компенсації неповноти формальної аксіоматики структури застосовувати фрактальний аналіз для прогнозу механічних характеристик трубних сталей. Актуальність вибору цього підходу зумовлена необхідністю проведення неруйнівного контролю даних характеристик труб у процесі їх експлуатації. Об'єкт дослідження. Феритно-перлітна структура трубних сталей вітчизняного виробництва. Матеріали і методики досліджень. Для дослідження феритно-перлітної структури трубних сталей застосовано оптичну мікроскопію і запатентовану методику визначення фрактальної розмірності структури металу. Результати та їх обговорення. Визначено фрактальну розмірність фериту і перліту мало- і середньовуглецевих сталей для трубного виробництва. Отримано закономірності, що описують співвідношення між фрактальною розмірністю феритно-перлітної структури трубних сталей різних марок та їх твердістю. Встановлено, що під час зростання фрактальної розмірності перліту твердість металу підвищується. Зростання фрактальної розмірності зерен перліту на розглянутій площині шліфу (D ® 2) зумовлене підвищенням їх рівноосності. Сталі, що мають будову зерен, близьку до рівновісної, мають більш високі механічні властивості порівняно з нерівновісними структурами. Отримано математичну модель прогнозу твердості трубних сталей з феритно-перлітною структурою, похибка якої не перевищує 6 %. Висновки. Застосування фрактальної розмірності, як критерій для оцінювання структури металу дозволяє встановити взаємозв'язок між структурними складовими та його механічними властивостями з мінімальними витратами.

EN: Formulation of the problem. Establishing the relationship between the structure and properties of materials is one of the main tasks of modern materials science. This problem is mainly due to the incompleteness of formal axiomatics in the identification of the structure of materials. In this paper, it is proposed to use fractal analysis to predict the mechanical characteristics of tubular steels to partially compensate for the incompleteness of the formal structure axiomatics. The urgency of the choice of this approach is due to the need for non-destructive testing of these pipe characteristics during their operation. Object of study. Ferrite-pearlite structure of domestic steel tubes. Materials and methods of research. To study the ferrite-pearlite structure of tube steels, we used optical microscopy and a patented technique for determining the fractal dimension of the metal structure. Results and its discussion. The fractal dimension of ferrite and perlite of low- and medium-carbon steels for pipe production is determined. Regularities are obtained that describe the relationships between the fractal dimension of the ferrite-pearlite structure of tubular steels of various grades and their hardness. It is established that as the fractal dimension of perlite increases, the hardness of the metal increases. The increase in the fractal dimension of perlite grains on the considered plane of the section (D ® 2) is due to an increase in their equiaxiality. Steels having a grain structure close to equiaxial have better mechanical properties than non-equiaxed structures. A mathematical model is proposed for predicting the hardness of tubular steels with a ferrite-perlite structure, the error of which is up to 6%. Conclusions. Application as a criterion for estimating the structure of a metal of fractal dimension allows us to establish the relationship between structural components and their mechanical properties at minimal cost.