Сучасний підхід до визначення неоднорідності чавуну

Анотація

Анотація. Постановка проблеми. У процесі проєктування та оптимізації матеріалів для промислового застосування виникає необхідність у комплексному аналізі їхніх механічних властивостей. Деякі з цих властивостей за своєю фізичною природою мають протилежні тренди зростання. Зокрема, підвищення твердості залізо-вуглецевих сплавів супроводжується зниженням пластичності та збільшенням крихкості, що ускладнює досягнення оптимального балансу між цими характеристиками. У зв’язку з цим постає завдання оцінки області, що визначає межі поєднання механічних властивостей, або так званої області компромісу. Мета та задачі дослідження. З огляду на вищевикладене, основною метою даного дослідження є застосування фрактального підходу для аналізу неоднорідності структури поверхні вуглецевих сплавів, а також встановлення зв’язку між спектром розмірів елементів конструкції та механічними характеристиками матеріалу. Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання: 1. Дослідження міжфазних меж і морфологічних особливостей структури сплаву. 2. Оцінка рівня неоднорідності матеріалу за допомогою мультифрактального аналізу. 3. Визначення кореляційних зв'язків між мультифрактальними характеристиками структури та твердістю сплаву. Матеріали та методики дослідження. Для проведення дослідження було обрано сортопрокатні валки виробництва СШХН, при цьому вибірка здійснювалася на основі 283 плавок із загальною масою понад 800 тонн. Результати досліджень та їх обговорення. Аналіз чавунних валків, виготовлених за технологією СШХН, дозволив визначити область комп-ромісу, яка включає діапазони допустимих значень механічних властивостей: границя міцності при розтягуванні (σВ) у межах 240–460 МПа, границя міцності при згині (σЗГИН) у діапазоні 330–940 МПа, ударна в’язкість (КС) від 9 до 33 кДж/м² та твердість за шкалою Шора (HSD) у межах 40–60 одиниць. Ці значення отримані з урахуванням повного діапазону параметрів охо-лодження матеріалу у металевих формах. Запропонований метод оцінки області компромісу дає змогу встановлювати пріоритети щодо необхідного для споживача комплексу механічних характеристик валків, прогнозувати зміну параметрів технологічного процесу та здійснювати його адаптивне коригування. Зокрема, методологія передбачає можливість автоматизованого регулювання хімічного складу матеріалу відповідно до заданих експлуатаційних умов. Висновки. В ході роботи були отримані наступні результати: 1. Досліджено міжфазні межі та морфологічні особливості структури вуглецевого сплаву, які вказують на фрактальну структуру та складну конфігурацію структурних елементів, які важко описати за допомогою евклідової геометрії. 2. Оцінка рівня гетерогенності матеріалу за допомогою мультифрактального аналізу. 3. Побудовано математичну модель, що описує залежність мультифрактальних показників структури та твердості сплаву з парним коефіцієнтом кореляції R²=0,89.