Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю

Встановлено залежність між механічними характеристиками, мікроструктурою та інформативними параметрами неруйнівного контролю. Запропоновано метод визначення межі плинності та межі витривалості шляхом послідовного вимірювання теплопровідності, питомого електричного опору, визначення мікроструктури за...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Карпаш, М.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102504
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю / М.О. Карпаш // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 42-48. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102504
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1025042025-02-09T21:17:14Z Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю Investigation of interrelation of mechanical characteristics, microstructure and informative parameters of NDT Карпаш, М.О. Научно-технический раздел Встановлено залежність між механічними характеристиками, мікроструктурою та інформативними параметрами неруйнівного контролю. Запропоновано метод визначення межі плинності та межі витривалості шляхом послідовного вимірювання теплопровідності, питомого електричного опору, визначення мікроструктури за їх значеннями та розрахунку механічних характеристик за допомогою нейронних мереж. Article aimed on establishment of relationship between mechanical properties, microstructure and informative parameters of non-destructive testing. Method for determination of yield strength and tensile strength using sequential measurement of thermal conductivity, electric resistivity, determination of microstructure using these values and calculation of mechanical properties using neural networks. 2012 Article Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю / М.О. Карпаш // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 42-48. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102504 620.179 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Карпаш, М.О. Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Встановлено залежність між механічними характеристиками, мікроструктурою та інформативними параметрами неруйнівного контролю. Запропоновано метод визначення межі плинності та межі витривалості шляхом послідовного вимірювання теплопровідності, питомого електричного опору, визначення мікроструктури за їх значеннями та розрахунку механічних характеристик за допомогою нейронних мереж.
format	Article
author	Карпаш, М.О.
author_facet	Карпаш, М.О.
author_sort	Карпаш, М.О.
title	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
title_short	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
title_full	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
title_fullStr	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
title_full_unstemmed	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
title_sort	дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102504
citation_txt	Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю / М.О. Карпаш // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 42-48. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT karpašmo doslídžennâvzaêmozvâzkumehaníčnihharakteristikmíkrostrukturitaínformativnihparametrívneruinívnogokontrolû AT karpašmo investigationofinterrelationofmechanicalcharacteristicsmicrostructureandinformativeparametersofndt
first_indexed	2025-11-30T21:49:45Z
last_indexed	2025-11-30T21:49:45Z
_version_	1850253654400958464
fulltext	УДК 620.179 ДОСЛІДЖЕННЯ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗКУ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК, МІКРОСТРУКТУРИ ТА ІНФОРМАТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ М. О. КАРПАШ, канд. техн. наук (Фіз.-мех. ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України) Встановлено залежність між механічними характеристиками, мікроструктурою та інформативними параметрами неруйнівного контролю. Запропоновано метод визначення межі плинності та межі витривалості шляхом послідов- ного вимірювання теплопровідності, питомого електричного опору, визначення мікроструктури за їх значеннями та розрахунку механічних характеристик за допомогою нейронних мереж. Article aimed on establishment of relationship between mechanical properties, microstructure and informative parameters of non-destructive testing. Method for determination of yield strength and tensile strength using sequential measurement of thermal conductivity, electric resistivity, determination of microstructure using these values and calculation of mechanical properties using neural networks. Можливість визначення фактичних механічних ха- рактеристик матеріалу металоконструкцій трива- лої експлуатації чи їх зміни, як правило, цікавить фахівців, які відповідають за безпечність експлу- атації. Це особливо важливо для попередження аварій, надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру, що можуть призвести до руйнувань та пошкоджень відповідальних мета- локонструкцій (ТЕС, АЕС, нафтогазове устатку- вання для робіт на суші, шельфі та значній глибині тощо). Серед фахівців превалює думка [1], що існу- ючі методи НК ще не можуть забезпечити дос- товірного визначення міцнісних характеристик в експлуатаційних умовах. Слід сказати, що інстру- ментарій розроблених методів та засобів НК ме- ханічних характеристик (твердість, межа плин- ності та межа витривалості) є доволі небагатим, обмежується, як правило, визначенням твердості поверхневого шару матеріалу, коерцитивної сили, магнітної проникності та не може в повній мірі відповідати вимогам, що постають у цій сфері [2]. Очевидно, що вказані обставини дають підстави змінити підхід до розв’язання задачі контролю ме- ханічних характеристик і перевести його в пло- щину досліджень щодо встановлення їх взаємоз- в’язку із мікроструктурним станом та інформа- тивними параметрами НК. Питання взаємозв’язку мікроструктури сталей та їх механічних характеристик може бути розг- лянуте з позицій використання залежностей, що його описують, для вирішення актуальних на да- ний момент задач визначення фактичних фізико- механічних характеристик (ФМХ) матеріалів. Особливо це важливо для тих ситуацій, коли єди- ною альтернативою визначення ФМХ є застосу- вання неруйнівних методів. Відомо, що саме ця ситуація відповідає стану справ із згаданими потенційно небезпечними об’єктами тривалої експлуатації, до яких засто- совними є виключно методи НК, а також дове- деними є процеси зміни їх ФМХ в часі. Слід за- уважити, що з огляду на значну кількість чинників впливу характер таких змін важко пояснити, а їх прогнозування за таких умов стає практично не- можливим [3]. Відомо також, що зміні ФМХ пе- редує зміна мікроструктурного стану, яка на етапі виготовлення конструкцій визначається хімічним складом сталі та технологічною послідовністю термомеханічного оброблення. Метою даної роботи є спроба встановлення за- лежності між мікроструктурним станом конс- трукційних сталей, інформативними параметрами НК та їх ФМХ. Раніше [4] автором під час пошуку нових інфо- рмативних параметрів для визначення НК ФМХ було виявлено цікаве явище, яке полягає у нас- тупному. Здійснювалось перевіряння закону Віде- мана—Франца та закону Грюнайзена [5] на відо- мостях про фізичні властивості та механічні ха- рактеристики наступних іноземних марок нер- жавіючих сталей: 301, 304, 310, 321, 347, 409, 410, 416, 420, 430, 430F, 440, 431, 630, 904L, UR52N+, 2205, 3CR12, 253МА. За мікроструктурним ста- ном вони представляли мартенситні, феритні, аус- тенітні та дуплексні (феритно-аустенітні) сталі. Було встановлено, що значеннями відношення коефіцієнта температурного розширення до теп- лоємності (відповідно до закону Грюнайзена) та відношення теплопровідності до питомого елек- тричного опору (за законом Відемана—Франца) сталі розподілились за мікроструктурними група- ми — мартенситні та феритні, дуплексні та аус- тенітні (рис. 1). Таке припущення підтверд- жується аналогічним розподілом на структурні© М. О. Карпаш, 2012 42 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 групи сталей за значеннями коефіцієнта теплоп- ровідності та питомого електричного опору (рис. 2). Характерною особливістю показаних роз- поділів на рис. 1 та 2, є те, що для різних струк- турних груп різними є діапазони значень межі плинності (як базової механічної характеристики), а також візуальна відмінність залежностей цієї ха- рактеристики від інформативних параметрів. Оче- видно, що дане явище дозволяє стверджувати, що фізичні властивості сталей (особливо питомий електричний опір та теплопровідність) можуть бу- ти використані як структурно-чутливі, а отже як інформативні для контролю ФМХ сталей. З метою встановлення залежностей між межею плинності та межею міцності, з одного боку, та твердістю, питомим електричним опором і теп- лопровідністю, з другого, було вирішено зверну- тись до нормативних документів на виготовлення сталей. На жаль, у вітчизняних джерелах [6] відо- мості про механічні та фізичні характеристики щодо основних конструкційних сталей носять не- однозначний характер — вказується діапазон зна- чень того чи іншого параметра, а не конкретне число; щодо деяких фізичних параметрів відо- мості взагалі відсутні. Тому було використано відомості щодо ряду зі 142 іноземних марок ста- лей [7], які були вибрані з різними типами струк- тур: 1) аустенітні (вибрано 88 марок); 2) феритні (вибрано 12 марок); 3) дуплексні (вибрано 26 ма- рок); 4) мартенситні (вибрано 16 марок). Для вказаних сталей згідно з системою нор- мативних документів серії ASTM нормуються такі величини: межа міцності, межа плинності, твердість, густина, коефіцієнт теплового розши- рення, теплопровідність, теплоємність і питомий електричний опір. Рис. 1. Розподіл структурних груп сталей за відношеннями теплопровідності до питомого електричного опору та коефіцієнта теплового розширення до теплоємності Рис. 2. Розподіл структурних груп сталей за значеннями питомого електричного опору та теплопровідності ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 43 Наведемо діапазони зміни вибраних пара- метрів: межа міцності 400…2200 МПа; межа плинності 145…1800 МПа; твердість НВ140…332; теплопровідність 9,1…32,3 Вт/м⋅К; питомий електричний опір 500…1450 нОм⋅м. Неоднозначність характеру залежностей вказа- них параметрів наштовхнула на припущення про структурну чутливість цих параметрів та мож- ливість дослідження взаємозв’язку мікрострукту- ри із механічними характеристиками. Відомості щодо досліджуваних марок сталей також містили і тип їх мікроструктури (мартенситна, феритна, аустенітна та дуплексна). Далі, відповідно до раніше запропонованого підходу [12], було зап- ропоновано розрахувати деякий усереднений ко- ефіцієнт К для всіх марок сталей для кожної структури окремо за формулою: K = ρλ, (1) де ρ — питомий електричний опір, Ом⋅м; λ — коефіцієнт теплопровідності, Вт ⋅ м K . Таким чином, розмірність данного коефіцієнта Вт ⋅ Ом K . Введення коефіцієнта має за мету дослідити можливість якісної оцінки структури контроль- ованих сталей. Результати розрахунку введеного коефіцієнта K наведено в табл. 1. Як видно з табл. 1, значення коефіцієнта K відрізняється для різних типів структури сталей. Причому найбільше абсолютне значення даного коефіцієнта відповідає феритним сталям, а най- менше — аустенітним. Проте чітко ідентифікувати приналежність певної марки сталі до тієї чи іншої структури можна тільки для двох груп сталей. До першої належать аустенітні та дуплексні сталі, до другої — мартенситні та феритні сталі. Про взаємозв’язок електропровідності та теп- лопровідності металів було відомо давно [5], що пояснюється тим, що обидві ці властивості ме- талів зумовлені, в основному, рухом електронів провідності. Проте, закон Відемана—Франца ви- конується тільки для чистих металів і його не можна використовувати для сталей, які є склад- ною механічною сумішшю заліза, вуглецю та ле- гуючих елементів. Різниця в розрахованих значеннях введеного коефіцієнта К для різних структур наштовхнула на думку про доцільність застосування додатко- вих методів оброблення інформації для встанов- лення наявності взаємозв’язку між механічними характеристиками (межею плинності та межею міцності) та вибраними параметрами для всіх типів структур окремо. Значення коефіцієнтів кореляції між досліджу- ваними параметрами розраховані в середовищі MATLAB 7.3.0 для всіх типів структур і подані в табл. 2. Аналіз одержаних коефіцієнтів кореляцій по- казав, що: – коефіцієнти кореляції досліджуваних пара- метрів для окремих типів структур (за винятком мартенситних сталей) в цілому виявилися кращи- ми за коефіцієнти кореляції для всіх марок сталей разом; – знак «–» свідчить про те, що залежність ко- ефіцієнта теплопровідності від межі міцності, ме- жі плинності є обернено пропорційною; – найкраща кореляція коефіцієнта теплопровід- ності і питомого електричного опору з межею міц- ності/плинності та твердістю спостерігається для феритних та дуплексних сталей; – загалом невисокі значення коефіцієнтів ко- реляції можуть пояснюватися нелінійністю взає- мозв’язків між досліджуваними параметрами. Враховуючи те, що вказана нелінійність пояс- нюється сумісним та нерівномірним впливом ба- гатьох чинників, доцільно застосовувати алгорит- ми штучних нейронних мереж (ШНМ) для вирі- шення задачі багатопараметрової апроксимації Т а б л и ц я 1. Результати розрахунку коефіцієнта K Структура сталей Середнє значення ко- ефіцієнта K⋅10–6, ум.од Діапазон значень ко- ефіцієнта K⋅10–6, ум.од Аустенітна 12,05 9,9…13,6 Дуплексна 12,55 11,8…13,6 Мартенситна 15,45 13,7…18,0 Феритна 15,72 14,0…17,7 Та б л и ц я 2. Коефіцієнти кореляції досліджуваних параметрів для досліджуваних мікроструктурних груп сталей Структурна група Кореляція між теплопровідністю та межею плинності між теплопровідністю та межею міцності між питомим електричним опором та межею плинності між питомим електричним опором та межею міцності Всі структурні групи –0,1344 –0,0379 –0,1381 –0,0532 Аустенітна –0,1241 –0,1813 0,2901 0,3748 Дуплексна –0,6820 –0,6848 0,7597 0,7294 Феритна –0,6939 –0,7404 0,8034 0,8248 Мартенситна 0,0238 0,0204 0,2335 0,2119 44 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 межі плинності/міцності від таких інформативних параметрів, як коефіцієнт теплопровідності, твер- дість та питомий електричний опір. Детально про можливості та доцільність застосування алго- ритмів штучних нейронних мереж вказувалося раніше [8]. З усіх марок сталей було сформовано три ок- ремих набори тренувальних та тестових даних: – 1-й набір включає аустенітні та дуплексні сталі (кількість марок для тренування мережі — 90, для тестування — 5); – 2-й набір включає феритні та мартенситні сталі (кількість марок для тренування мережі — 37, для тестування — 3); – 3-й набір включає сталі всіх типів структур (кількість марок для тренування мережі — 127, для тестування — 8); Необхідно зазначити, що згідно із прийнятою практикою [9], тестування нейронних мереж ви- конують на даних, що не використовувались під час навчання (невідомі для нейронної мережі) — таким чином забезпечується об’єктивність суд- ження про здатність мережі до апроксимації не- обхідної функції та відповідає умовам контролю. Підготовка даних (як вхідних, так і вихідних) здійснювалась за стандартною процедурою нор- мування для одержання значень параметрів у ме- жах (0 1). Як тренувальний алгоритм, в усіх ме- режах використовували алгоритм Левенберга– Марквардта [8], який використовується для тре- нування невеликих мереж і характеризується швидким сходженням. Нейронна мережа заданої будови тренувалась для розв’язання задачі апрок- симації межі плинності як функції двох інформа- тивних параметрів (питомого електричного опору та коефіцієнта теплопровідності). Шляхом проведення тренувань та тестувань нейронних мереж різних архітектур, визначено, що найкраще здатною до апроксимації виявилася ШНМ з архітектурою 20×10×1. Ця архітектура оз- начає, що в першому прихованому шарі міститься 20 нейронів, у другому — 10, у вихідному — 1. Результати тестування натренованих мереж для трьох наборів даних наведено в табл. 3. За результатами, наведеними в табл. 3, можемо зробити такі висновки: 1) використання штучних нейронних мереж дозволяє встановлювати взаємозв’язки між інфор- мативними параметрами (теплопровідність, пито- мий електричний опір) та досліджуваними харак- теристиками (межа плинності) за низьких значень коефіцієнтів кореляції між ними; 2) визначення ФМХ сталей в межах груп із од- наковою або схожою структурами дозволяє суттєво підвищити точність визначення ФМХ, що узгод- жується із відомим зв’язком між структурним ста- ном сталей та їх механічними характеристиками; 3) отримані результати підтверджують вибір інформативних параметрів контролю — теплоп- ровідності та питомого електричного опору, струк- турна чутливість яких була обгрунтована раніше. Таким чином, в результаті проведених дослід- жень розроблено метод визначення механічних характеристик, суть якого полягає у виконанні наступних етапів: – визначення за відношенням теплопровідності до електропровідності (згідно закону Відемана– Франца) до якої групи за мікроструктурою нале- жить той чи інший матеріал; – в межах структурної групи визначаються ФМХ (наприклад, межа плинності) шляхом вра- хування комплексу інформативних параметрів — твердості, теплопровідності та питомого елект- ричного опору з використанням штучних нейрон- них мереж. У подальшому на цьому підгрунті було роз- роблено два нових методи визначення ФМХ ста- лей, що дозволяли визначати межу плинності та межу витривалості шляхом: – сумісного вимірювання теплопровідного інформативного параметру та твердості [10]; – вимірювання питомого електричного опору чотирьохконтактним методом та твердості [11]. В результаті проведеної роботи було досягнуто можливості вимірювання фізичних властивостей на реальних зразках металоконструкцій обмеже- них розмірів, що постало базою для подальших досліджень. Т а б л и ц я 3. Результати тестування нейронної мережі Номер сталевого зразка Похибка тестування Набір даних 1 2 3 4 5 6 7 8 абсолютна, МПа відносна, % Дійсні значення межі плинності 275 310 485 280 450 275 350 560 — — 1-й: реальні виходи нейронної мережі 271 313 492 283 430 — — — 2,3 1,04 2-й: реальні виходи нейронної мережі — — — — — 273 384 562 11,6 4,01 3-й: реальні виходи нейронної мережі 276 316 483 273 379 422 345 478 40,1 19,1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 45 Експериментальна перевірка залеж- ності мікроструктури від запропонова- них інформативних параметрів (питомий електричний опір та теплопровідність) проводили шляхом дослідження, що пе- редбачало послідовне визначення мікроструктури сталевих зразків, визна- чення неруйнівними методами твердості, теплопровідності та питомого електрич- ного опору. Метою термічного оброблення зразків є отримання експериментальних зразків, що мають різні мікроструктури для вста- новлення закономірностей інформатив- них параметрів НК від зміни мікрострук- тури сталей. Із великогабаритного сталевого листа (матеріал — сталь 45) за допомогою гільйотини було вирізано три зразки розмірами: довжина — 280 мм, ширина — 180 мм, товщина — 10 мм та три зраз- ки-свідки розмірами: довжина — 90 мм, ширина — 60 мм, товщина — 10 мм. Один повнорозмірний зразок та один зра- зок-свідок залишені в стані поставки. Інші повнорозмірні зразки та відповідні їм зразки-свідки з метою зміни структури пройшли наступні режими термічної об- робки: – відпал 820…840 °С (витримка 20…30 хв; охолодження в печі); – загартування 820…840 °С (витрим- ка 20…30 хв; охолодження у воді або оливі). Повнорозмірний зразок та зразок- свідок у стані поставки промарковані клеймом «0», відпалений зразок та відповідний йому зразок-свідок — клеймом «1» , загартований зразок та відповідний йому зразок-свідок — клей- мом «2». З метою визначення мікроструктури термооб- роблених повнорозмірних зразків було проведено металографічні дослідження на відповідних зраз- ках-свідках. Для вивчення мікроструктури термообробле- них зразків було використано мікроскоп серії MT8500 з високоякісною оптичною системою MEIJI TECHNO Planachromat Epi ICOSТМ, скорек- тованою на «безкінечність» (рис. 3). Наявність можливих дефектів (тріщин) тер- мічного оброблення на зразках перевірялася за до- помогою УЗ дефектоскопа УД2-70 та DIO-562. Методика акустичної дефектоскопії передбачала проведення попереднього настроювання УЗ апа- ратури на зразках зі штучними дефектами. Далі передбачалось, що за значенням добутку виміряних значень коефіцієнта теплопровідності та питомого електричного опору визначається приналежність марки сталі до того чи іншого типу структури. Всі зразки поділені на шість зон розміром 90×90 мм. Вибір розмірів ділянок зумовлений га- баритами перетворювачів коерцитиметра, індук- тометра та лабораторної установки для вимірю- вання теплопровідного параметра, а їх кількості — з міркувань отримання адекватних статистич- них оцінок результатів вимірювань, врахування та зменшення впливу крайових ефектів, а також можливої структурної анізотропії. В кожній зоні на всіх зразках для забезпечення адекватності ре- зультатів досліджень буде проведено семикратні вимірювання всіма технічними засобами. На відібраних трьох термооброблених пов- норозмірних зразках (в стані поставки, відпалений та загартований) зі сталі 45 було проведено ви- мірювання з метою визначення наступних інфор- мативних параметрів: теплопровідна характерис- тика, твердість, коерцитивна сила, індуктивний параметр та електричний опір. Вимірювання ін- Рис. 3. Мікроструктурні зображення шліфів у стані поставки (а), відпале- ному (б) та загартованому станах (в), отримані за допомогою мікроскопа серії MT8500 46 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 формативних параметрів (окрім елект- ричного опору) проводилися в кожній із шести зон. Усереднені результати вимірювань інформативних параметрів на пов- норозмірних термооброблених зразках наведені в табл. 4. Раніше встановлено, що належність зразка сталі до певного типу мікрострук- тури можна визначити за формулою (1). Тепер згідно з запропонованим методом зробимо спробу визначити мікроструктуру термо- оброблених зразків (в стані поставки, відпалений та загартований). При цьому замість питомого електричного опору використаємо значення елек- тричного опору R, а замість коефіцієнта теплоп- ровідності — теплопровідний параметр T, який залежить від фактичних значень теплоп- ровідності. Вираз (1) можна переписати наступ- ним чином: K = RT. (2) Підставляючи значення для R і T з табл. 4 у вираз (2), одержимо значення коефіцієнта K для трьох стальних зразків, що мають різні мікроструктури: – в стані поставки K = 14,203 ум.од; – у відпаленому стані K = 14,224 ум. од; – у загартованому стані K = 16,018 ум.од. Аналогічна ситуація спостерігалась на зразках трубних сталей, що досліджувались з метою ви- явлення залежності між теплопровідною характе- ристикою [12] та питомим електричним опором [13] із межею плинності трубних сталей. Наприк- лад, значення добутку питомого електричного опору та теплопровідної характеристики суттєво відрізняються для феритно-перлітної та феритної структури на різних зразках до 30 %. Зображення двох типових мікроструктур, отриманих у спів- праці із Національною металургійною лабора- торією (м. Джамшедпур, Індія) показані на рис. 4. Таким чином, згідно із запропонованим мето- дом, встановлено можливість чіткої якісної іден- тифікації мікроструктур сталей за значеннями питомого електричного опору та теплопровід- ності, що було запропоновано за результатами те- оретичних досліджень. Висновки Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено можливість ідентифікації мікрост- руктури сталей за допомогою комплексу інфор- мативних параметрів — теплопровідності та пи- томого електричного опору, які у сукупності зі значенням твердості дозволяють визначати не- руйнівним способом значення механічних харак- теристик. Потребує наукового обгрунтування та глибо- кого дослідження явище залежності сумісної за- лежності теплопровідності та питомого електрич- ного опору сталей від їх мікроструктури з ма- теріалознавчої точки зору. Запропонований метод потребує подальшого розвитку з позицій переходу до кількісної оцінки мікроструктурного стану сталей та встановлення наявності та характеру залежностей у багатови- мірному просторі мікроструктури, механічних ха- рактеристик та фізичних властивостей. Определена зависимость между механически- ми характеристиками, микроструктурой и ин- формативными параметрами неразрушающего контроля. Предложен метод определения предела текучести и предела прочности путем последо- вательного измерения теплопроводности, удель- ного электрического сопротивления, определения Рис. 4. Різні типи мікроструктур трубних сталей: а — феритно-перлітна; б — феритна структура Т а б л и ц я 4. Результати експериментальних досліджень на термообробле- них зразках Інформативний параметр Середнє значення інформативного параметра зразка в стані поставки відпаленого загартованого Твердість, НВ 156 132 422 Теплопровідний параметр, ум. од 6,310 6,522 6,557 Електричний опір, мОм 2,251 2,181 2,443 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012 47 микроструктуры по их значениям и расчета ме- ханических характеристик с помощью нейронных сетей. 1. Оценка прочностного ресурса газопроводных труб с коррозионными повреждениями: Уч. пособ. / И. Н. Би- рилло, А. Я. Яковлев, Ю. А. Теплинский и др. // Под ред. И. Ю. Быкова. — М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. — 168 с. 2. Постанова Кабінету Міністрів України від 8 жовтня 2004 р. № 1331 «Про затвердження Державної науково- технічної програми «Ресурс» (http://zakon.rada.gov.ua/ /cgi-bin/laws/main.cgiіnreg=1331-2004-%EF). 3. Быков И. Ю., Цхадая Н. Д. Эксплуатационная надеж- ность и работоспособность нефтегазопромысловых и бу- ровых машин. — М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2010. — 304 с. 4. Карпаш О. М., Молодецкий И. А., Карпаш М. О. Общий обзор методов оценки физико-механических характерис- тик металлов // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2004. — № 2. — С. 18–22. 5. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. — В 2 т. Т 1. — М.: Мир, 1979. — 420 с. 6. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волос- никова, С. А. Вяткин и др. // Под общ. ред. В. Г. Сороки- на. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с. 7. http://www.matweb.com 8. Карпаш М. О. Обгрунтування комплексного підходу до визначення фізико-механічних характеристик матеріалу металоконструкцій // Методи та прилади контролю якості. — 2004. — № 12. — С. 30–33. 9. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. — М.: Виль- ямс, 2006. — 1104 с. 10. Розроблення методу та засобу визначення фізико-ме- ханічних характеристик матеріалу металоконструкцій довготривалої експлуатації / Автореф. дис… канд. техн. наук / М. О. Карпаш; Нац. ун-т «Львів. політехніка». — Л., 2006. — 20 с. 11. Контроль механічних характеристик конструкційних сталей за їх питомим електричним опором / Автореф. дис… канд. техн. наук // Є. Р. Доценко; Івано-Франк. нац. техн. ун-т нафти і газу. — Івано-Франківськ, 2006. — 20 с. 12. Застосування комплексного підходу до визначення фізико-механічних характеристик нафтогазового облад- нання / М. О. Карпаш, І. С. Кісіль, О. М. Карпаш, І. А. Молодецький // Техн. диагностика и неразруш. конт- роль. — 2006. — № 2. — С. 49–52. 13. Доценко Є. Р., Карпаш М. О., Карпаш О. М. Досліджен- ня методу визначення напруження плинності конс- трукційних сталей за значеннями їх питомого опору // Методи та прилади контролю якості. — 2010. — № 24. — С. 105–111. Надійшла до редакції 01.06.2012 НОВАЯ КНИГА Неразрушающий контроль в Украине: Справочник / Под ред. В. А. Троицкого и Ю. Н. Посыпайко. — Киев: Украинское общество неразрушающего контроля и технической диагностики, 2012. — 144 с. Приведены сведения об организациях Украины, связанных с использованием физических методов неразрушающего контроля (акустических, радиационных, электромагнитных, проникающих веществ и др.) для оценки качества материалов и ответственных соору- жений, о предприятиях, изготавливающих и поставляющих приборы, материалы и обору- дование для дефектоскопии и технической диагностики, осуществляющих подготовку и сертификацию специалистов по неразрушающему контролю, а также о стандартизации и метрологии в области неразрушающего контроля. Приведена информация об Украинском обществе неразрушающего контроля и технической диагностики, итогах профессиональных конкурсов, научных конференциях, практических семинарах и других мероприятиях, которые проводятся в Украине для пропаганды физических методов не- разрушающего контроля качества ответственных сооружений. По вопросу приобретения справочника просьба обращаться в редакцию журнала «Техническая диагностика и неразрушающий контроль» 48 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2012

Дослідження взаємозв'язку механічних характеристик, мікроструктури та інформативних параметрів неруйнівного контролю

Institution

Ähnliche Einträge