Аналіз балової мартенситної структури

Abstract

UK: Мартенситна структура сталей, що формується шляхом механізму зсуву атомних граток за рахунок швидкого охолодження, в різних середовищах має складну форму на різних масштабних рівнях її представлення. Традиційно аналіз мартенситної структури на мікроструктурному рівні здійснюється шляхом використання балової шкали, що являє собою напівкількісну характеристику. Однак такий підхід не завжди задовольняє результатам кількісного оцінювання мартенситної структури сталей та прогнозу їх службових характеристик, зокрема, механічних. Для кількіснго оцінювання мартенситної структури сталей використано фрактальний підхід. Матеріали та методика. Досліджувалася балова шкала мартенситної структури (балова оцінка 1−10) згідно з ГОСТ 8233 із застосуванням фрактального формалізму. Методика визначення фрактальної розмірності базується на запатентованій методиці, що включає пошук збіжності значень фрактальної клітинної та точкової розмірностей. Застосована методика підвищує адекватність отриманих значень фрактальної розмірності структури досліджуваного матеріалу. Результати експерименту. Шляхом визначення розмірності балової мартенситної структури встановлено, що вона дробна, тобто фрактальна. Зафіксовано збільшення фрактальної розмірності голок мартенситу за підвищення їх балу. Подібна тенденція спостерігається також для фрактальної розмірності меж зерен (голок) мартенситу, що зростає при збільшенні балової оцінки. Зростання фрактальної розмірності мартенситу може бути зумовлене зміною його морфології від прихованоголчатої до грубоголчатої. Висновки. Проведено аналіз балової мартенситної структури згідно з нормативними документами. Отримано регресійні моделі оцінки балової мартенситної структури залежно від її фрактальної розмірності (R2 = 0,81) та меж зерен (R2 = 0,67). Це свідчить про можливість застосування фрактального підходу як альтернативного, до контролю структури мартенситу після різних режимів термічної обробки.

RU: Мартенситная структура сталей, формирующаяся путем механизма сдвига атомных решеток за счет быстрого охлаждения, в различных средах имеет сложную форму на различных масштабных уровнях ее представления. Традиционно анализ мартенситной структуры на микроструктурном уровне осуществляется путем использования балловой шкалы, которая является полуколичественной характеристикой. Однако такой подход не всегда удовлетворяет результатам количественной оценки мартенситной структуры сталей и прогноза их служебных характеристик, в частности, механических. Для количественной оценки мартенситной структуры сталей использовался фрактальный подход. Материалы и методика. Исследовалась балловая шкала мартенситной структуры (балловая оценка 1−10) согласно ГОСТ 8233 с применением фрактального формализма. Методика определения фрактальной размерности базируется на запатентованной методике, включающей поиск сходимости значений фрактальной клеточной и точечной размерностей. Применяемая методика повышает адекватность полученных значений фрактальной размерности структуры исследуемого материала. Результаты эксперимента. Путем определения размерности балловой мартенситной структуры установлено, что она дробная, то есть является фрактальной. Зафиксировано увеличение фрактальной размерности игл мартенсита при повышении их балла. Подобная тенденция наблюдается также для фрактальной размерности границ зерен (игл) мартенсита, которая растет при увеличении балловой оценки. Рост фрактальной размерности мартенсита может быть обусловлен изменением его морфологии от скрытоигольчатой к грубоигольчатой. Выводы. Проведен анализ балловой мартенситной структуры в соответствии с нормативными документами. Получены регрессионные модели оценки балловой мартенситной структуры в зависимости от ее фрактальной размерности (R2 = 0,81) и границ зерен (R2 = 0,67). Это свидетельствует о возможности применения фрактального подхода как альтернативного при контроле структуры мартенсита после различных режимов термической обработки.

EN: The martensitic structure of steels arising by the mechanism of atomic lattice shift due to rapid cooling in various media has a complex shape at various scale levels of its representation. Traditionally, the analysis of the martensitic structure at the microstructural level is carried out using a point scale, which is a semiquantitative characteristic. However, this approach does not always satisfy the results of a quantitative assessment of the martensitic structure of steels and the prediction of their service characteristics, in particular, mechanical ones. A fractal approach was used to quantify the martensitic structure of steels. Materials and methods. The work investigated the point scale of the martensitic structure (point grade 1−10) according to ГОСT 8233 using fractal formalism. The method for determining the fractal dimension is based on a patented technique, including the search for the convergence of the values of the fractal cell and point dimensions. The applied technique increases the adequacy of the obtained values of the fractal dimension of the structure of the material under study. Experiment Results. By determining the dimension of the point martensite structure, it was established that it is fractional, that is, it is fractal. An increase in the fractal dimension of martensite needles with an increase in their score was recorded. A similar trend is also observed for the fractal dimension of the grain boundaries (needles) of martensite, which increases with an increase in the score. An increase in the fractal dimension of martensite may be due to a change in its morphology from latent-acicular to coarseacicular. Conclusions. The analysis of the point martensite structure is carried out in accordance with the normative documents. Regression models for evaluating the martensitic structure in terms of its fractal dimension (R2 = 0,81) and grain boundaries (R2 = 0,67) are obtained. This indicates the possibility of using the fractal approach, as an alternative, when controlling the structure of martensite after different modes of heat treatment.