DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.230419.499.293

Model estimation of mechanical properties of medium carbon steel

O. R. Sizova, O. R. Zhyvytsia

Abstract


Introduction. A promising direction in the evaluation of the structure of materials is the use of fractal formalism. Its use  makes  it  possible  to  predict  some  properties  of  materials  on  the  basis  of  studying  the  effects  on  them  of  various  processing modes, which leads to a change in the fractal dimension of the elements of thestructure. In particular, the sensitivity of mechanical properties to the fractal dimension of the structure was found for low carbon steels and cast iron rolls. It was proposed to conduct a passive experiment, the purpose of which is to establish the correspondence between the mechanical properties of medium-carbon steel and the fractal dimension of the elements of its structure. Passive experiment.In the course of the experiment, a correspondence was established between the fractal dimension of perlite steel 115 and its hardness values HB, and yield strength Т. Indicators of hardness and strength of the investigated steel  increase with increasing fractal dimension of perlite from 1,680 to 1,917. Such  an approach can be used in predicting the strength indicators of medium carbon steels based on the analysis of the fractal dimension of perlite. The fractal dimension of the structure was determined using a technique that combines cellular and point methods, which increased the accuracy of its calculation. Conclusions. A fractal model for estimating the yield strength and hardness of steel 115 was obtained  on  the  basis  of  an  analysis  of  the  structure  of  perlite  after  various  heat  treatment  conditions.  The  results  indicate  the sensitivity of the mechanical properties with a change in the fractal dimension of the elements of the structure due to the action of heat treatment.


Keywords


structure; mechanical properties, perlite; fractal dimension; heat treatment

References


MishutnА., Kroviakov S., PishevO.and Soldo B. Modified expanded clay lightweight concretes for thin-walled reinforced concrete floating structures. Technical Journal, 2017, vol. 11, no. 3, pp. 121124.

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Primeneniye teoretiko-informatsionnogo podkhoda dlya identifikatsiistruktury metalla [The use of information – theoretic approach to identify the structure of the metal]. Visnyk Prydniprovsʹkoyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2014, no. 8, pp. 4–9. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. O primenenii imitatsionnogo modelirovaniya v materialovedenii The application simulated modelling in materials science]. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2015, no. 4. pp. 26−31. (in Russian).

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

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

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Topologicheskiye i fraktal'nyye invarianty struktury dlya otsenki kachestvametalla [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 ofUkraine]. 2017, no. 4, pp. 42−48. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Osnovy organizacii fraktal'nogo modelirovaniya [Fundamentals of fractal modeling]. Kyiv, Ukraine : PH "Akademperiodyka" National Academy of Sciences of Ukraine, 2017, 170 p. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Organizatsiya fraktal'nogo modelirovaniya [Organization of fractal modeling]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy [Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2018, no. 6, pp. 67−72. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Regularization of One Conditionally Ill-Posed Problem of Extractive Metallurgy. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2018, vol. 40, no. 9, pр. 11651171.

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.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).

Volchuk V.M. K primeneniyu fraktal'nogo formalizma pri ranzhirovanii kriteriyev kachestva mnogoparametricheskikh tekhnologiy[On the Application of Fractal Formalism for Ranging Criteria of Quality of Multiparametric Technologies ]. Metallofizika i noveyshiye tekhnologii[Metal Physics and Advanced Technologies]. 2017, vol. 39, no 3, рp. 949957. (in Russian).

Volchuk V., Klymenko I., Kroviakov S., Orešković M. Method of material quality estimation with usage of multifractal formalism. Tehnički glasnik −Technical Journal. 2018, vol. 12, no. 2, рр. 9397.

Bolshakov V.I. and Volchuk V.N. Materialovedcheskiye aspekty primeneniya veyvletno-mul'tifraktal'nogo podkhoda dlyaotsenki 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.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).

Bol’shakov V.I., Dubrov Yu.I., Kryulin F.V. and Volchuk V.N. Sposib vyznachennya fraktal’noyi rozmirnosti zobrazhennya[Method for determining fractal dimensionality of an image]. Patent product no. 51439А, UA. MPK 7 G06K9/00, bulletin no. 11, 2002. (in Ukrainian).

Metallografiya zheleza[Iron metallography]. Vol. 2. Struktura staley [The structure of steel].Ed. Academician F.N. Tavadze.Moscow : MetallurgyPubl., 1972, 284 p.(in Russian).


GOST Style Citations


1. MishutnА. Modified expanded clay lightweight concretes for thin-walled reinforced concrete floating structures / А. Mishutn, S.  Kroviakov,  O.  Pishev,  B.  Soldo  //  Technical  Journal.   2017.   Vol.  11,  №  3.   Pр.  121124. –  Режим  доступу : https://hrcak.srce.hr/186657

2. Большаков  В.  И.  Применение  теоретико-информационного  подхода  для  идентификации  структуры  металла  / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. –2014. – № 8. –С. 4–9. – Режим доступу : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/4134

3.Большаков В. И. О применении имитационного моделирования в материаловедении / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю.  И.  Дубров  // Металознавство  та  термічна  обробка  металів.  – 2015.  –  №  4. – С.  26–31. – Режим  доступу  : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/26-31

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

5. Fractals  and  properties  of  materials  :  monograph  /  [V.  Bol’shakov,  V.  Volchuk,  Yu.  Dubrov]. − Saarbrucken : LambertAcademic Publishing, 2016. − 140 p.

6.  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  доступу  : https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.04.00

7.Основы организации фрактального моделирования : монография / [В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров]. –Киев : Академпериодика НАН Украины, 2017. – 170 с.

8. Большаков В. И. Организация фрактального моделирования / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Доповіді НАН України. – 2018. – № 6. – С. 67–72. –Режим доступу: https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.06.067

9.  Bolshakov  V.  I.  Regularization  of  One  Conditionally  Ill-Posed  Problem  of  Extractive  Metallurgy /  V.  I.  Bolshakov, V.  M.  Volchuk,  Yu.  I.  Dubrov  //  Metallofizika  i  Noveishie  Tekhnologii.   2018.    Vol.  40.   №  9.   Pр. 11651171.  Режим доступу : https://DOI: 10.15407/mfint.40.09.1165

10. Пути индентификации периодических многокритериальных технологий :монография/ [Ю. Дубров, В. Большаков, В. Волчук]. –Саарбрюккен : Palmarium Academic Publishing, 2015. 236 с.

11. 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  доступу : https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.00

12.  Волчук  В.  Н.  К  применению  фрактального  формализма  при  ранжировании  критериев  качества многопараметрических  технологий  /  В.  Н.  Волчук // Металлофизика  и  новейшие  технологии.  2017.   Т. 39.  №  3.   С. 949–957.  Режим доступу : http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i07/0949.html

13.  Volchuk V. Method of  material quality  estimation with usage of  multifractal  formalism / V. Volchuk, I. Klymenko, S. Kroviakov, M. Orešković // Tehnički glasnik – Technical Journal. 2018.  Vol. 12. № 2.  P. 9397. –Режим доступу : https://doi.org/10.31803/tg-20180302115027

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

15. 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  доступу  : http://www.dopovidi.nas.gov.ua/2008-11/08-11-17.pdf

16.  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.

17. Металлография железа. Том 2. Структура сталей / Под ред. академика Ф. Н. Тавадзе. –Москва : Металлургия, 1972. 284 с.