DOI: https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.070720.31.638

Дослідження впливу вуглецю на фрактальну розмірність сталі

V. M. Volchuk, S. V. Ivantsov, I. A. Tiutieriev

Анотація


Вступ. У результаті формування структури сталей у відкритих системах їх елементи досить часто мають складну геометричну конфігурацію. Із цих позицій апроксимація структурних складових фігурами Евкліда вносить похибку і їх аналіз. Вуглець − один з основних компонентів хімічного складу сталей, що значною мірою впливає на їх структуру та службові характеристики. Запропоновано дослідити вплив вуглецю на фрактальну розмірність сталі. Матеріали та методика. Як матеріал для дослідження обирались сталі Ст3пс, 20, 40 та У8. Сталі мали феритно-перлітну структуру. Хімічний склад сталей змінювався в межах існуючих ГОСТ. Фрактальна розмірність феритно-перлітної структури визначалася за допомогою розробленого способу, що базується на збіжності клітинної та точкової розмірностей. Результати експерименту. Отримано залежності, що описують зв'язок між вмістом вуглецю в межах 0,14...0,84 % та фрактальною розмірністю перліту, фериту і меж їх зерен. Ці залежності мають експоненціальний вигляд завдяки збільшенню вмісту перліту до граничних значень, що спостерігається в евтектоїдних сталях. Коефіцієнти парної кореляції отриманих експоненціальних моделей змінюються в межах 0,75...0,80, що підтверджує вплив умісту перліту в сталі на його фрактальну розмірність. Порівняльний аналіз фрактальних розмірностей феритно-перлітної структури з показниками твердості НВ сталей після відпалу згідно зі штатною технологією виробництва свідчать про існування чутливості між цими показниками. Висновки. Досліджено вплив вуглецю на феритно-перлітну структуру доевтектоїдної та евтектоїдної сталі, що фіксується за допомогою фрактальної розмірності. Отримані результати можна використовувати в дослідженнях впливу вуглецю на геометричну форму перліту, фериту та границь зерен.

Ключові слова


фрактальна розмірність; вуглець; перліт; твердість; модель

Повний текст:

PDF

Посилання


Deyneko L.N., Bol'shakov V.I. Termicheskoye uprochneniye soyedinitel'nykh detaley magistral'nykh truboprovodov [Thermal hardening of connecting parts of trunk pipelines]. Dnepropetrovsk: Gaudeamus, 2000. 120 p. (in Russian).

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 Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2014, no. 5, pp. 12–18. (in Russian).

Kroviakov S., Zavoloka M., Dudnik L. and Kryzhanovskyi V. Comparison of strength and durability of concretes made with sulfate-resistant portland cement and portland cement with pozzolana additive. Electronic Journal of the Faculty of Civil Engineering Osijek-e-GFOS.2019, vol. 10, no. 19, pр. 81−86.

Ivantsov S.V. Vplyv parametriv struktury na kinetyku ruynuvannya mikrolehovanykh budivel’nykh staley: diss. na zdobut’ya. nauk. stup. kand. tehn. nauk : 05.02.01 [Influence of structure parameters on the kinetics of fracture of microalloyed structural steels: thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences (05.02.01 – Materials Science)]. Dnipropetrovsk, 2014, 192 p. (in Ukrainian).

Ivantsov S.V., Bolshakov V.I., Volkova O.V. and Scheller P.R. ССТ-diagram of high strength steel X70. New developments in Geoscience, Geoingineering, Metallurgy and Mining Economics. 2007, vol. 58, pр. 113−121.

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, рp. 1165−1171.

Uzlov O., Malchere A., Bolshakov V .I. and Esnouf C. Investigation of Acicular Ferrite Structure and Properties of C−Mn−Al−Ti−N Steels. Advanced Materials Research. 2007. vol. 23, pp. 209−312.

Volchuk V.M. Modelʹ otsinyuvannya tverdosti chavunnykh valkiv СПХН-43 ta СШХНФ-47 [Model of assessment of the hardness of the iron rollers СПХН-43 and СШХНФ-47]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals]. 2019, no. 4, pp. 22–35. (in Ukrainian).

Bunin K.P. and Baranov A.A. Metallografiya [Metallography]. Moscow : Metallurgiya Publ., 1970, 256 p.

(in Russian).

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

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).

Kroviakov S., Volchuk V., Zavoloka M. and Kryzhanovskyi V. Search for Ranking Approaches of Expanded Clay Concrete Quality Criteria. In: Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2019, vol. 968, pp. 20−25.

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.

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

Karuskevych M.V., Zhuravel' I.M. and MaslakT.P. Application of fractal geometry to the problems of prediction of the residual service life of aircraft structures. Materials Science. 2012,vol. 47, no. 5, pp. 621−626.

BernsH., Theisen W. Ferrous materials: Steel and Cast Iron. Berlin Heidelberg: Springer, 2008,418 p.

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. 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).

Volchuk V.M. Modeling properties of structural materials. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals]. 2020, no. 1, pp. 21–35. (in Ukrainian).

Bol’shakov V.I., Dubrov Yu.I., Kryulin F.V. and Volchuk V.N. Sposib vyznachennya fraktal’noyi 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.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).

Volchuk V.N. Primeneniye veyvlet-analiza dlya otsenki zerennoy struktury metallov[The use of wavelet analysis to assess the grain structure of metals]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall Science and Heat Treatment of Metals]. 2009, no. 4, pp. 24–32. (in Russian).

Volchuk V.M. Primeneniye kontseptsii mul’tifractalov dlya kontrolya kachestva nizkolegirovannoy stali [Application of the concept of multifractal to control the quality of low-alloy steel]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals]. 2018, no. 3, pp. 20–27. (in Russian).

Volchuk V.M. and Parhomenko O.F. Fractal approach in assessing the quality of steel 20. Innovative Lifecycle Technologies of Housing, Industrial and Transportation Objects : collective monograph; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro : SHEE “Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture”; Bratislava : Slovac University of Technology in Bratislava, 2018, pp. 48−53.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Дейнеко Л. Н., Большаков В. И. Термическое упрочнение соединительных деталей магистральных трубопроводов : монография. Днепропетровск : Gaudeamus, 2000. 120 с.


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


Kroviakov S., Zavoloka M., Dudnik L., Kryzhanovskyi V. Comparison of strength and durability of concretes made with sulfate-resistant portland cement and portland cement with pozzolana additive. Electronic Journal of the Faculty of Civil Engineering Osijek-e-GFOS. 2019. Vol. 10. № 19. Pр. 81−86. URL: https://doi.org/ 10.13167/2019.19.8


Іванцов С. В. Вплив параметрів структури на кінетику руйнування мікролегованих будівельних сталей : дис. на здобуття наук. ступ. канд. техн. наук : 05.02.01. Дніпропетровськ, 2014. 192 с.


Ivantsov S. V., Bolshakov V. I., Volkova O. V., Scheller P. R. ССТ-diagram of high strength steel X70. New developments in Geoscience, Geoingineering, Metallurgy and Mining Economics. 2007. Vol. 58. Pр. 113–121.


Bolshakov V. I., Volchuk V. M., Dubrov Yu. I. Regularization of One Conditionally III-Posed Problem of Extractive Metallurgy. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2018. Vol. 40, № 9. Рр. 1165−1171. URL: doi: 10.15407/mfint.40.09.1165


Uzlov O., Malchere А., BolshakovV. I. , Esnouf C. Investigation of Acicular Ferrite Structure and Properties of C–Mn–Al–Ti–N Steels. Advanced Materials Research. 2007. Vol. 23. Pp. 209−312. URL: https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/AMR.23.209


Волчук В. М. Модель оцінювання твердості чавунних валків СПХН-43 та СШХНФ-47. Металознавство та термічна обробка металів. 2019. № 4. С. 22–35. URL: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.241219.22.597


Бунин К. П., Баранов А. А. Металлография : монография. Москва : Металлургия, 1970. 256 с.


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


Волчук В. Н. К применению фрактального формализма при ранжировании критериев качества многопараметрических технологий. Металлофизика новейшие технологии. 2017. Т. 39. № 3. С. 949−957.
URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130334


Kroviakov S., Volchuk V., Zavoloka M., Kryzhanovskyi V. Search for Ranking Approaches of Expanded Clay Concrete Quality Criteria. In: Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd. 2019. Vol. 968. Pp. 20−25.
URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.968.20


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. № 2. Pр. 93−97. URL : https://hrcak.srce.hr/202359


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


Karuskevych M. V., Zhuravel' I. M., MaslakT. P. Application of fractal geometry to the problems of prediction of the residual service life of aircraft structures. Materials Science. 2012.Vol. 47. № 5. Pp. 621−626.


Berns H., Theisen W. Ferrous materials: Steel and Cast Iron : monograph. Berlin Heidelberg : Springer, 2008. 418 p.


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


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


Волчук В. М. Моделювання властивостей конструкційних матеріалів. Металознавство та термічна обробка металів. 2020. № 1. С. 21–35. URL: http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/201950


Большаков В. І., Дубров Ю. І., Криулін Ф. В., Волчук В. М. Патент на винахід № 51439А України. Спосіб визначення фрактальної розмірності зображення. Бюл. № 11. 15.11.2002. URL: http://uapatents.com/3-51439-sposib-viznachennya-fraktalno-rozmirnosti-zobrazhennya.html


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


Волчук В. Н. Применение вейвлет-анализа для оценки зеренной структуры металлов. Металознавство та термічна обробка металів. 2009. № 4. С. 24−32. URL : http://mtom.pgasa.dp.ua/article/view/23-30


Волчук В. Н. Применение концепции мультифракталов для контроля качества низколегированной стали. Металознавство та термічна обробка металів. 2018. № 3. С. 20–27. URL: https://doi.org/10.30838/ J.PMHTM.2413.250918.20.3954


Volchuk V. M., Parhomenko O. F. Fractal approach in assessing the quality of steel 20. Innovative Lifecycle Technologies of Housing, Industrial and Transportation Objects : collective monograph; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro : SHEE “Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture”; Bratislava : Slovac University of Technology in Bratislava, 2018. Pр. 48−53. URL: http://srd.pgasa.dp.ua:8080/ xmlui/handle/123456789/1380