Frontier Materials & Technologies. 2015; : 44-52
ОЦЕНКА СТРОЕНИЯ ИЗЛОМОВ И СТРУКТУР В КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕДУР
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-44-52Аннотация
Отсутствие быстродействующих, документированных, объективных процедур измерения структур и изломов затрудняет сопоставление неоднородности их строения для выявления критических факторов структуры, лимитирующих разрушение. Отсюда, в частности, принимаемые с целью повышения качества металлопродукции управленческие решения нередко носят субъективный характер, что делает их малоэффективными, ограничивая их применение узких кругом задач. Использование предложенных компьютеризированных процедур обеспечило возможность проведения массовых документированных измерений изображений структур и изломов конструкционных сталей в 2D и 3D-масштабах наблюдения. Для более точной идентификации структур их наблюдали на одном и том же поле шлифа с привлечением оптической, атомно-силовой, растровой электронной микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD-анализа). Из массовых измерений 2D и 3D геометрии вязких изломов сталей с различными типами структур (сорбит отпуска, феррит-перлитная полосчатость, остатки дендритной структуры), схем испытания (на удар и статическое растяжение, при вырезке образцов вдоль и поперек направления прокатки, тангенциально в поковке) реконструировали рельеф излома. Это позволило выделить параметры геометрии рельефа, определяющие различия в уровне вязкости металла (глубина и диаметр ямки, толщина перемычки между смежными ямками). Для оценки неоднородности размещения ямок в изломе использована статистика полиэдров Вороного (распределение полиэдров по площадям, числу соседей и расстоянию между ямками). Накопленная статистика результатов измерения элементов строения структур и изломов, в частности, может быть полезна как для их идентификации, так и для уточнения механизмов вязкого и хрупкого разрушения в конструкционных сталях (при прямом сопоставлении неоднородности строения структур и изломов) с целью выявления факторов, лимитирующих качество металла. Это существенно для повышения объективности и эффективности управленческих решений при повышении однородности качества металлопродукции широкого назначения.
Список литературы
1. Крупин Ю.А., Сухова В.Г. Компьютерная металлография. М.: Изд. дом МИ-СиС, 2009. 88 с.
2. Соколовская Э.А. О воспроизводимости результатов измерений структур и изломов с использованием компьютеризированных процедур // Вопросы ма-териаловедения. 2013. № 4. С. 143–153.
3. Кудря А.В., Штремель М.А. О достоверности анализа данных в управлении качеством // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 7. С. 50–55.
4. Клевцов Г.В., Мерсон Е.Д. О возможности использования конфокального лазерного сканирующего микроскопа для исследования микрорельефа по-верхности разрушения металлических материалов // Фундаментальные ис-следования. 2012. № 11-5. С. 1185–1188.
5. Мерсон Е.Д., Криштал М.М., Мерсон Д.Л., Еремичев А.А., Виноградов А.Ю. Исследование стадийности процесса разрушения высокоуглеродистой стали, охрупченной водородом с применением метода акустической эмиссии // Де-формация и разрушение материалов. 2012. № 9. C. 41–48.
6. Ханжин В.Г., Штремель М.А. Количественная информация о процессах разрушения, получаемая при измерениях акустической эмиссии // Метал-ловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 5. C. 53–59.
7. Кудря А.В., Марков Е.А. Количественная оценка разрушения по акустиче-ской эмиссии в различных масштабах измерения // Материаловедение. 2007. № 1. С. 13–18.
8. Смирнов М.А., Пышминцев И.Ю., Борякова А.Н. К вопросу о классифика-ции микроструктур низкоуглеродистых трубных сталей // Металлург. 2010. № 7. С. 45–51.
9. Штремель М.А. Разрушение. Кн. 1. Разрушение материала. М.: Изд. дом МИСиС, 2014. 670 с.
10. Штремель М.А. Разрушение. Кн. 2. Разрушение структур. М.: Изд. дом МИСиС, 2015. 976 с.
11. Горицкий В.М. Диагностика материалов. М.: Металлургиздат, 2004. 408 с.
12. Фонштейн Н.М., Бронфин Б.М., Ширман А.З., Жукова Е.Н., Борцов А.Н. Количественное микрофрактографическое исследование вязкого разрушения в низколегированных сталях // Физика металлов и металловедение. 1982. Т. 53. № 1. С. 174–179.
13. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: УРСС, 2002. 112 с.
14. Никитин Я.Ю. Асимптотическая эффективность непараметрических кри-териев. М.: Физматлит, 1995. 240 с.
15. Кудря А.В., Соколовская Э.А., Арсенкин А.М. Эффективность примене-ния средств наблюдения различной размерности для анализа морфологии вязкого излома улучшаемых сталей // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 1. С. 38–44.
16. Штремель М.А. Прочность сплавов. Ч. 2. Деформация. М.: МИСиС, 1997. 528 с.
17. Ченцов Н.Н. Статистические решающие правила и оптимальные выводы. М.: Наука, 1972. 524 с.
18. Кудря А.В., Соколовская Э.А. Неоднородность разномасштабных структур и вязкость конструкционных сталей // Известия Российской Академии наук. Серия физическая. 2004. Т. 68. № 10. С. 1495–1502.
19. Гудков А.А. Трещиностойкость стали. М.: Металлургия, 1989. 376 с.
20. Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. М.: Физмат-лит, 2006. 328 с.
21. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1983. 295 с.
Frontier Materials & Technologies. 2015; : 44-52
EVALUATION OF FRACTURES AND STRUCTURES MORPHOLOGY IN CONSTRUCTION STEELS USING THE COMPUTERIZED PROCEDURES
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-44-52Abstract
The absence of fast-acting, documented, objective procedures for structures and fractures measurement makes it difficult to compare inhomogeneity of their structure for identifying structure critical factors limiting the destruction. Therefore, the administrative decisions taken to improve the quality of metal products are often subjective what makes them ineffective, limiting their applying by the narrow circle of tasks. The application of suggested computerized procedures made it possible to perform bulk documented measurements of the construction steels structures and fractures images made in 2D and 3D examination scales. For more accurate identification of structures, they were observed within the same field using the optical, atomic-powered, scanning electron microscopy and electron backscatter diffraction (EBSD - analysis). The fracture relief was reconstructed from the bulk measurements of 2D and 3D geometry of tough fractures of steels with different types of structures (secondary sorbite, ferrite-perlite banded orientation, the residual portion of the fir-tree structure), testing schemes (drop-weight test, static tension test, and test when trepanning throughout the rolling directions, tangentially in forging). It allowed identifying the relief geometrical parameters determining the differences in the metal viscosity levels (a pit depth and diameter, the web thickness between the adjacent pits). To estimate the inhomogeneity of pits distribution in fracture the authors used the statistics of Voronoi polyhedra (the polyhedra distribution by areas, the number of neighbors and the distance between pits). The statistics of measurement results of the structures and fractures elements may be useful both for their identification and for updating the mechanisms of ductile and brittle fracture in structural steels (during the direct comparison of structures and fractures) in order to identify the factors limiting the quality of metal. It is essential for the promotion of administrative decisions objectivity and efficiency while improving the consistent quality of multipurpose metal products.
References
1. Krupin Yu.A., Sukhova V.G. Komp'yuternaya metallografiya. M.: Izd. dom MI-SiS, 2009. 88 s.
2. Sokolovskaya E.A. O vosproizvodimosti rezul'tatov izmerenii struktur i izlomov s ispol'zovaniem komp'yuterizirovannykh protsedur // Voprosy ma-terialovedeniya. 2013. № 4. S. 143–153.
3. Kudrya A.V., Shtremel' M.A. O dostovernosti analiza dannykh v upravlenii kachestvom // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2010. № 7. S. 50–55.
4. Klevtsov G.V., Merson E.D. O vozmozhnosti ispol'zovaniya konfokal'nogo lazernogo skaniruyushchego mikroskopa dlya issledovaniya mikrorel'efa po-verkhnosti razrusheniya metallicheskikh materialov // Fundamental'nye is-sledovaniya. 2012. № 11-5. S. 1185–1188.
5. Merson E.D., Krishtal M.M., Merson D.L., Eremichev A.A., Vinogradov A.Yu. Issledovanie stadiinosti protsessa razrusheniya vysokouglerodistoi stali, okhrupchennoi vodorodom s primeneniem metoda akusticheskoi emissii // De-formatsiya i razrushenie materialov. 2012. № 9. C. 41–48.
6. Khanzhin V.G., Shtremel' M.A. Kolichestvennaya informatsiya o protsessakh razrusheniya, poluchaemaya pri izmereniyakh akusticheskoi emissii // Metal-lovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2009. № 5. C. 53–59.
7. Kudrya A.V., Markov E.A. Kolichestvennaya otsenka razrusheniya po akustiche-skoi emissii v razlichnykh masshtabakh izmereniya // Materialovedenie. 2007. № 1. S. 13–18.
8. Smirnov M.A., Pyshmintsev I.Yu., Boryakova A.N. K voprosu o klassifika-tsii mikrostruktur nizkouglerodistykh trubnykh stalei // Metallurg. 2010. № 7. S. 45–51.
9. Shtremel' M.A. Razrushenie. Kn. 1. Razrushenie materiala. M.: Izd. dom MISiS, 2014. 670 s.
10. Shtremel' M.A. Razrushenie. Kn. 2. Razrushenie struktur. M.: Izd. dom MISiS, 2015. 976 s.
11. Goritskii V.M. Diagnostika materialov. M.: Metallurgizdat, 2004. 408 s.
12. Fonshtein N.M., Bronfin B.M., Shirman A.Z., Zhukova E.N., Bortsov A.N. Kolichestvennoe mikrofraktograficheskoe issledovanie vyazkogo razrusheniya v nizkolegirovannykh stalyakh // Fizika metallov i metallovedenie. 1982. T. 53. № 1. S. 174–179.
13. Tarasevich Yu.Yu. Perkolyatsiya: teoriya, prilozheniya, algoritmy. M.: URSS, 2002. 112 s.
14. Nikitin Ya.Yu. Asimptoticheskaya effektivnost' neparametricheskikh kri-teriev. M.: Fizmatlit, 1995. 240 s.
15. Kudrya A.V., Sokolovskaya E.A., Arsenkin A.M. Effektivnost' primene-niya sredstv nablyudeniya razlichnoi razmernosti dlya analiza morfologii vyazkogo izloma uluchshaemykh stalei // Deformatsiya i razrushenie materialov. 2010. № 1. S. 38–44.
16. Shtremel' M.A. Prochnost' splavov. Ch. 2. Deformatsiya. M.: MISiS, 1997. 528 s.
17. Chentsov N.N. Statisticheskie reshayushchie pravila i optimal'nye vyvody. M.: Nauka, 1972. 524 s.
18. Kudrya A.V., Sokolovskaya E.A. Neodnorodnost' raznomasshtabnykh struktur i vyazkost' konstruktsionnykh stalei // Izvestiya Rossiiskoi Akademii nauk. Seriya fizicheskaya. 2004. T. 68. № 10. S. 1495–1502.
19. Gudkov A.A. Treshchinostoikost' stali. M.: Metallurgiya, 1989. 376 s.
20. Matvienko Yu.G. Modeli i kriterii mekhaniki razrusheniya. M.: Fizmat-lit, 2006. 328 s.
21. Cherepanov G.P. Mekhanika razrusheniya kompozitsionnykh materialov. M.: Nauka, 1983. 295 s.
