Пошук шляхів прогнозу якості металу

V. I. Bolshakov, A. A. Fortigin

Анотація


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.


Ключові слова


трубна сталь; твердість; феритно-перлітна структура; фрактальний аналіз; математична модель

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Большаков В. И. Термомеханическая обработка конструкционных сталей : монография / [В. И. Большаков]. - Канада: Базилиан Пресс, 1998. - 316 с.

Сосновский Л. А. Влияние длительной эксплуатации на сопротивление усталости трубной стали / Л. А. Сосновский, В. В.Воробьев // Проблема прочности. - 2000. - № 6. - С. 44-53.

Котречко С. А. Влияние длительности эксплуатации на вязкость трубной стали 17ГС / С. А. Котречко, А. Я. Красовский, Ю. Я. Мешков, Г. С. Меттус, Ю. А. Полушкин, В. М. Тороп // Проблемы прочности. - 2002. - № 6. - С. 21-30.

Mandelbrot B. B. The Fractal Geometry of Nature : monograph / [B. B. Mandelbrot]. - New-York, San Francisco : Freeman, 1982. - 480 p. – Режим доступа : http://www.amazon.com/Fractal-Geometry-Nature-Benoit-Mandelbrot/dp/0716711869

Большаков В. И. Фрактальный подход при идентификации сложных систем / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Доповіді НАН України. - 2017. - № 6. - С. 46-50. – Режим доступа : https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.00

Большаков В. И. К вопросу о постановке задачи идентификации фрактальной структуры металла / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – 2016. - № 5. – С. 35–39. - Режим доступа : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/68905/63995

Большаков В. И. Материаловедческие аспекты применения частичной компенсации неполноты формальной аксиоматики / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – 2015. - № 5. – С. 10–16. - Режим доступа : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/47385/43497

Волчук В. Н. О возможности применения вейвлетно-мультифрактального подхода для оценки структуры и свойств стали / В. Н. Волчук // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – 2010. - № 38. – С. 115–121.

Большаков В. И. К определению метрики объекта идентификации / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Металознавство та термічна обробка металів. - 2016. - № 4. - С. 10—14. Режим доступа : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/10-14/85306

Большаков В. И. К определению класса металла / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Металознавство та термічна обробка металів. - 2016. - № 1. - С. 26-31. - Режим доступа : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/24-31/62203

Волчук В. Н. К вопросу о применении теории мультифракталов для оценки механических свойств металла / В. Н. Волчук // Металознавство та термічна обробка металів. – 2014. - № 3. – С. 12–19. - Режим доступа : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/12-19

Фракталы в материаловедении : учебное пособие / [В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров] Днепропетровск: ПГАСА, 2006. - 253 с.

Большаков Вад. І. Часткова компенсація неповноти формальної аксіоматики при ідентифікації структури металу / Вад. І. Большаков В. І. Большаков, В. М. Волчук, Ю. І. Дубров // Вісник НАН України. - 2014. - № 12. - С. 45-48. – Режим доступу : http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/73434

Пути идентификации периодических многокритериальных технологий : монография / [Ю. Дубров, В. Большаков, В. Волчук]. – Саарбрюккен : Palmarium Academic Publishing, 2015. - 236 с. - Режим доступа : https://www.palmarium-publishing.ru/extern/listprojects

Пути применения теории фракталов: монография / [В. Большаков, В. Волчук, Ю. Дубров]. – Саарбрюккен: Palmarium Academic Publishing, 2016. - 146 с. - Режим доступа : https://www.palmarium-publishing.ru/extern/listprojects

Fractals and properties of materials : monograph / [V. Bol’shakov, V. Volchuk, Yu. Dubrov]  Saarbrucken : Lambert Academic Publishing, 2016. - 140 p. – Режим доступа : https://www.lap-publishing.com/catalog/details/store/tr/book/978-3-330-01812-9/fractals-and-properties-of-materials?search=Fractals

Большаков В. І., Дубров Ю. І., Криулін Ф. В., Волчук В. М. Патент на винахід № 51439А. Спосіб визначення фрактальної розмірності зображення. − Бюл. № 11. − 15.11.2002.

Большаков В. И. Разработка и исследование метода определения механических свойств металла на основе анализа фрактальной размерности его микроструктуры / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Металознавство та термічна обробка металів. – 2004. - № 1. - С. 43-54.

. Большаков В. И. Особенности применения мультифрактального формализма в материаловедении / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Доповіді НАН України. - 2008. - № 11. - С. 99-107. – Режим доступа : http://www.dopovidi.nas.gov.ua/2008-11/08-11-17.pdf

Большаков В. И. Материаловедческие аспекты применения вейвлетно-мультифрактального подхода для оценки структуры и свойств малоуглеродистой стали / Большаков В. И., Волчук В. Н. // Металлофизика и новейшие технологии. - 2011. - Т. 33. - № 3. - С. 347-360.

Большаков В. И. Топологические и фрактальные инварианты структуры для оценки качества металла / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Доповіді НАН України. - 2017. - № 4. - С. 42-48. - Режим доступа : https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.04.00

Большаков В. И. Исследование микроструктурной однородности стали У8 с применением мультифрактального анализа / В. И. Большаков, В. Н. Волчук // Металознавство та термічна обробка металів. – 2010. - № 4. - С. 31–38.

Большаков В. И. К вопросу о постановке задачи идентификации фрактальной структуры металла / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – 2016. - № 5. – С. 35–39. - Режим доступа : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/68905/63995

REFERENCES

Bolshakov V.I. Termomekhanicheskaya obrabotka konstruktsionnykh staley [Thermomechanical treatment of structural steels]. Kanada : Bazilian Press Publ., 1998, 316 p. (in Russian).

Sosnovskiy L.A. and Vorob'yov V.V. Vliyaniye dlitel'noy ekspluatatsii na soprotivleniye ustalosti trubnoy stali [Influence of long-term operation on fatigue resistance of pipe steel]. Problemy prochnosti [Problems of Strength.]. 2000, no. 6, pp. 44–53. (in Russian).

Kotrechko S.A., Krasovskii A.Ya., Meshkov Yu.Ya., Mettus G.S., Polushkin Yu.A. and Torop V.М. Vliyaniye dlitel'nosti ekspluatatsii na vyazkost' trubnoy stali 17ГС [Effect of operating time on the viscosity of 17ГС pipe steel]. Problemy prochnosti [Problems of Strength.]. 2002, no. 6, pp. 21–30. (in Russian).

Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature. New-York, San Francisco : Freeman, 1982, 480 p.

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Fraktal'nyy podkhod pri identifikatsii slozhnykh sistem [Fractal approach to the identification of complex systems]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2017, no. 6, pp. 46-50. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. K voprosu o postanovke zadachi identifikatsii fraktal'noy struktury metalla [Statement on the issue of the problem identification of fractal metal structures]. Visnyk Prydniprovsʹkoyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2016, no. 5, pp. 35–39. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Materialovedcheskiye aspekty primeneniya chastichnoy kompensatsii nepolnoty formal'noy aksiomatiki [Material aspects of use of partial compensation of incompleteness of formal axiomatics]. Visnyk Prydniprovsʹkoyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2015, no. 5, pp. 10–16. (in Russian).

Volchuk V.N. O vozmozhnosti primeneniya veyvletno-mul'tifraktal'nogo podkhoda dlya otsenki struktury i svoystv stali [On the possibility of using the wavelet-multifractal approach to evaluate the structure and properties of steel]. Visnyk Odesʹkoyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of the Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2010, no. 38, pp. 115–121. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. K opredeleniyu metriki ob"yekta identifikatsii [To the definition of the identity metric]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2016, no. 4, pp. 10–14. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. K opredeleniyu klassa metalla [To the definition of a class of metal]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2016, no. 1, pp. 26–31. (in Russian).

Volchuk V.N. K voprosu o primenenii teorii mul'tifraktalov dlya otsenki mekhanicheskikh svoystv metalla [On the application of the theory of multifractals for the evaluation of the mechanical properties of a metal]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2014, no. 3, pp. 12–19. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Fraktaly v materialovedenii [Fractals in materials]. Dnipropetrovsk : PSACEA, 2005, 253 p. (in Russian).

Bol'shakov Vad.I., Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Chastkova kompensatsiya nepovnoty formalʹnoyi aksiomatyky pry identyfikatsiyi struktury metalu [The partial compensation of incompleteness of formal axiomatics in the identification of the metal structure]. Visnyk akademiyi nauk Ukrayiny [Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2014, no. 12, pp. 45−48. (in Ukrainian).

Dubrov Yu., Bolshakov V. and Volchuk V. Puti identifikatsii periodicheskikh mnogokriterial'nykh tekhnologiy [Road periodic identification of multi-criteria Technology]. Saarbrucken : Palmarium Academic Publishing, 2015, 236 p. (in Russian).

Bolshakov V., Volchuk V. and Dubrov Yu. Puti primeneniya teorii fraktalov [Ways of applying the theory of fractals]. Saarbrucken : Palmarium Academic Publishing, 2016, 146 p. (in Russian).

Bolshakov V., Volchuk V. and Dubrov Yu. Fractals and properties of materials. Saarbrucken : Lambert Academic Publishing, 2016, 140 p.

Bol’shakov V.I., Dubrov Yu.I., Kryulin F.V. and Volchuk V.N. Sposib vyznachennya fraktalʹnoyi rozmirnosti zobrazhennya [Method for Determining the Dimensionality of Images]. Patent product no. 51439А, UA. MPK 7 G06K9/00, bulletin no. 11, 2002. (in Ukrainian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Razrabotka i issledovaniye metoda opredeleniya mekhanicheskikh svoystv metalla na osnove analiza fraktal'noy razmernosti yego mikrostruktury [Development and study of the method for determining the mechanical properties of a metal based on an analysis of the fractal dimension of its microstructure]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2004, no. 1, pp. 43–54. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Osobennosti primeneniya mul'tifraktal'nogo formalizma v materialovedenii [Features of the multifractal formalism in materials]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2008, no. 11, pp. 99-107. (in Russian).

Bolshakov V.I. and Volchuk V.N. Materialovedcheskiye aspekty primeneniya veyvletno-mul'tifraktal'nogo podkhoda dlya otsenki struktury i svoystv malouglerodistoy stali [Material science aspects of the use of wavelet and multifractal approach for assessing of the structure and properties of low-carbon steel]. Metallofizika i noveyshiye tekhnologii [Metal Physics and Advanced Technologies]. 2011, vol. 33, no 3, рp. 347−360. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Topologicheskiye i fraktal'nyye invarianty struktury dlya otsenki kachestva metalla [Topological and fractal invariants of a structure to assess the quality of a metal]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2017, no. 4, pp. 42-48. (in Russian).

Bolshakov V.I. and Volchuk V.N. Issledovaniye mikrostrukturnoy odnorodnosti stali У8 s primeneniyem mul'tifraktal'nogo analiza [Investigation of the microstructural homogeneity of У8 steel with the use of multifractal analysis]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2010, no. 4, pp. 31–38. (in Russian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. K voprosu o postanovke zadachi identifikatsii fraktal'noy struktury metalla [Statement on the issue of the problem identification of fractal metal structures]. Visnyk Prydniprovsʹkoyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2016, no. 5, pp. 35–39. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ