DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.250918.28.395

Мультифрактальний аналіз твердості листопрокатних валків

V. M. Volchuk, Yu. І. Dubrov

Анотація


Анотація. Постановка  задачі. У  зв’язку  з  технологією  виробництва  та експлуатацією  проводити  оцінку  механічних властивостей масивних чавунних відливок не завжди можливо за допомогою натурних іспитів. Тому прогноз властивостей, зокрема  листопрокатних  чавунних  валків,  здійснюють  за  допомогою  моделювання  шляхом  аналізу  впливу параметрів технології.  До  параметрів  технології,  що  впливають  на  формування  структури  чавунних  валків,  слід  віднести  хімічний склад,  швидкість  охолодження,  тощо.  Оскільки  структура  матеріалів  значним  чином  впливає  на  їх  властивості,  але  при цьому  не  завжди  можна  провести  кількісну  параметризацію  її  елементів  за  допомогою  класичних  методів,  в  роботі пропонується  оцінювати  якість  валків  на  основі  мультифрактального  аналізу  структури. Матеріали  і  методики досліджень. В  якості  матеріалу  для  дослідження  обрано  листопрокатні  валки  ЛПХ17НМдц−63,  структура  та  властивості яких  оцінювалися  з  використанням  теорії  мультифракталів,  твердоміру  Шора,  металографічного  аналізу,  математичного моделювання.  Відзначається, що збільшення вмісту хрому до 17 % в білій зоні впливаєна утворення стійких карбідів та призводить до підвищення показників твердості з 47 до 76 одиниць Шора у порівнянні з сірою зоною. Результати та їх обговорення. Досліджувався вплив елементів структури білої зони бочки валка (від 0 до 50 мм від поверхні). Встановлені співвідношення між найбільш чутливими показниками із спектру розмірностей елементів структури білої зони: D0 та D+100розмірностями  аустеніту; D0 та D-100 розмірностями  карбідів  хрому  і  показниками  твердості  валків.  Отримані  моделі прогнозу твердості робочої зони бочок валків ЛПХ17НМдц−63 від розмірностей аустеніту (коефіцієнти кореляції R2 = 0,71 і R2 =  0,85)  та  карбідів  хрому  (R2 =  0,95  і R2 =  0,89). Висновки. Результати  дослідження  свідчать  про  доцільність застосовування  мультифрактальної  моделі  структури  до  прогнозу  показників  твердості  робочої  зони  бочок  валків ЛПХ17НМдц-63.


Ключові слова


multifractal; structure; dimensional spectrum; cast iron rolls; hardness

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Krivosheev A.E. Litye valki[Cast rolls]. Moscow : Metallurgy, 1957, 360 p. (in Russian).

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).

Skoblo T.S., Vorontsov N.M., Budagyants N.A. and others. Prokatnyye valki iz vysokouglerodistykh staley[Rolling rolls made of high-carbon steels]. Moscow : Metallurgiya, 1994, 336 p. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Identifikatsiya mnogoparametricheskikh, mnogokriterial'nykh tekhnologiy iputi ikh prakticheskoy realizatsii [Multiparameter identification, multicriteria techniques and ways of their implementation]. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv[Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2013, no. 4. pp. 5–11. (in Russian).

Bol’shakov Vad.I., Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Systemnyy analiz tekhnolohiyi vyrobnytstva masyvnohometalevoho lyttya[System analysis techniques of producing solid metal castings]. Visnyk Natsional’noyi akademiyi nauk Ukrayiny[Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2015, no. 9, pp. 69–73. (in Ukrainian).

Bol’shakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Etapy identyfikatsiyi bahatoparametrychnykh tekhnolohiy ta shlyakhy yikh realizatsiyi[Stages multiparameter identification technologies and ways of their implementation]. Visnyk Natsional’noyi akademiyi nauk Ukrayiny[Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2013, no. 8, pp. 66–72. (in Ukrainian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. O prognozirovanii kachestva tselevogo produkta v periodicheskikh tekhnologiyakh [Predicting the quality of a desired product in periodic technologies]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy[Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine]. 2014, no. 11, pp. 7781. (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 Inoveyshiye tekhnologii [Metal Physics and Advanced Technologies]. 2017, vol. 39, no 3, рp. 949−957. (in Russian).

Volchuk V.N. K opredeleniyu oblasti kompromissa kharakteristik kachestva materialov [By identifying areas compromise performance materials quality]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2015, no. 3, pp. 21–25. (in Russian).

Kroviakov S., Mishutin A. and Pishev O. Management of the Properties of Shipbuilding Expanded Clay Lightweight Concrete. International Journal of Engineering & 249.Technology. 2018, [S. l.], vol. 7, no. 3.2, pp. 245.

Volchuk V. and Tokosov S. Sposib prohnozu mekhanichnykh vlastyvostey chavunnykh valkiv [Method of forecasting mechanical properties of cast-iron rolls]. ScienceRise, 2018, vol. 11, рр. 57–61. (in Ukrainian).

Volchuk V.M. and Shtandenko M.S. Matematychna model prohnozu yakosti metalu [Mathematical model of the metal quality forecast]. Visnyk Prydniprovs’koyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2018, no. 2, pp. 31–35. (in Ukrainian).

Volchuk V.N. Issledovaniya vliyaniya khimicheskogo sostava chugunnykh prokatnykh valkov na ikh mekhanicheskiye svoystva [Studies of the influence of the chemical composition of cast iron rolls on their mechanical properties]. Visnyk Prydniprovs’koyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2014, no. 5, pp. 12–18. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Prognozirovaniye i upravleniye kachestvennymi kharakteristikami prokatnykh valkov [Prediction and control of quality characteristics rolls]. Visnyk Prydniprovs’koyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury[Bulletin of Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2014, no. 9, pp. 9–14. (in Russian).

Bolshakov V.I., Volchuk V.N. and Dubrov Yu.I. Puti prognoza mekhanicheskikh svoystv prokatnykh valkov [Ways to forecast the mechanical properties of the rolls]. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv[Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2014, no. 1, pp. 19−40. (in Russian).

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

Bol’shakov V.I., Volchuk V.M. and Dubrov Yu.I. Osnovy organizacii fraktal'nogo modelirovaniya [Fundamentals of fractal modeling]. Kyiv, Ukraine : PH “Akademperiodyka” NationalAcademy of Sciences of Ukraine, 2017, 170p. (in Russian).

Bol’shakov 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. 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., 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).

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 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).

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

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

Rényi A. Probability Theory. Amsterdam : North-Holland, 1970, 670 р.

Volchuk V.M. Opredeleniye chuvstvitel'nosti mul'tifraktal'nykh kharakteristik metalla [Determining the sensitivity of the multifractal characteristics of metals]. Visnyk Prydniprovs’koyi derzhavnoyi akademiyi budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs’ka State Academyof Civil Engineering and Architecture]. 2015, no. 12, pp. 10–14. (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).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. КривошеевА. Е. Литые валки : монография / [А. Е. Кривошеев]. –Москва : Металлургиздат, 1957. 360 с.

2.  Пути  идентификации  периодических  многокритериальных  технологий :  монография  /  [Ю.  Дубров,  В. Большаков, В. Волчук]. – Саарбрюккен  :  Palmarium  Academic  Publishing,  2015. 236  с. Режим  доступу : https://www.palmariumpublishing.ru/extern/listprojects

3.  Прокатные  валки  из  высокоуглеродистых  сталей :  монография  /  [Т. С.  Скобло,  Н. М.  Воронцов,  Н. А.  Будагьянц  и др.]. –Москва : Металлургия, 1994. –336 с.

4.  Большаков  В. И. Идентификация  многопараметрических,  многокритериальных  технологий  и  пути  их  практической реализации / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Металознавство та термічна обробка металів. –2013. № 4. –С. 5–11.

5. Большаков  Вад.  І.  Системний  аналіз  технології  виробництва  масивного  металевого  лиття  /  Вад.  І.  Большаков, В. І. Большаков,  В.  М.  Волчук,  Ю.  І.  Дубров  //  Вісник  НАН  України.  2015.   №  9.   С.  6973. – Режим  доступу : http://dx.doi.org/10.15407/visn2015.09.069

6.  Большаков  В.  І.  Етапи  ідентифікації  багатопараметричних  технологій  та  шляхи  їх  реалізації  /  В.  І.  Большаков, В. М. Волчук,  Ю.  І.  Дубров  //  Вісник  НАН  України.  2013.  №  8.   С.  6672.  – Режим  доступу  : http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67873

7. Большаков  В.  И.  О  прогнозировании  качества  целевого  продукта  в  периодических  технологиях  /  В. И. Большаков, В. Н. Волчук,  Ю.  И.  Дубров  //  Доповіді  НАН  України.   2014.   № 11.   С.  7781.  – Режим  доступу  : https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.11.0771

8. 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

9. Волчук  В.  Н.  К  определению  области  компромисса  характеристик  качества  материалов  /  В.  Н.  Волчук  // Металознавство  та  термічна  обробка  металів.  – 2015. −  №  3. −  С.  21−25.  – Режим  доступу  : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/23−30

10.  Kroviakov  S.  Management  of  the  Properties  of  Shipbuilding  Expanded  Clay  Lightweight  Concrete  /  S.  Kroviakov, A. Mishutin, O. Pishev // International Journal of Engineering & Technology. –2018. –Vol. 7 –№ 3.2. – Рр. 245–249.

11. Волчук В. Спосіб прогнозу механічних властивостей чавунних валків/ В. Волчук, С. Токосов// Science Rise. –2018. –T. 11.  С. 57−61. –Режим доступу : https://doi.org/10.15587/2313-8416.2018.150342

12. Волчук  В.  М. Математична  модель  прогнозу  якості  металу  /  В. М.  Волчук,  М. С.  Штанденко  // Вісник Придніпровської  державної  академії  будівництва  та  архітектури.  – 2018.   №  2. – С. 31–35.   Режим  доступу  : https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.290818.31.87

13. Волчук В. Н. Исследования влияния химического состава чугунных прокатных валков на их механические свойства/ В. Н. Волчук // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. –2014. № 5. –С. 12–18.  Режим доступу : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/40698

14.  Большаков  В.  И. Прогнозирование  и  управление  качественными  характеристиками  прокатных  валков / В. И. Большаков, В. Н. Волчук, Ю. И. Дубров // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. –2014. № 9. –С. 9–14.  Режим доступу : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/42101

15. Большаков  В. И. Пути  прогноза  механических  свойств  прокатных  валков /  В. И.  Большаков,  В. Н. Волчук, Ю. И.  Дубров //  Металознавство  та  термічна  обробка  металів. – 2014.   №  1.  – С. 19–40.   Режим  доступу  : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/19-40

16. 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

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

18.  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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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.

23. 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. Pр. 9397. –Режим доступу : https://hrcak.srce.hr/202359

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

25.Probability Theory : monograph/ [A. Rényiї]. Amsterdam : North-Holland, 1970. 670 р.

26. Волчук В. Н. Определение чувствительности мультифрактальных характеристик металла /  В. Н. Волчук //  Вісник Придніпровської  державної  академії  будівництва  та  архітектури.  – 2015. №  12. – С.  10–14. Режим  доступу  : http://visnyk.pgasa.dp.ua/article/view/58941

27. 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  доступу : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/12-19