New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures
To increase the operational durability of tools in production and operation, this paper proposes an integrated approach for processing metallographic images of tool structures at various stages of their life cycle. It is based on the use of the Thixomet Pro software and a specially developed optical...
Saved in:
| Date: | 2019 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | English Russian |
| Published: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/188844 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-188844 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2019-12-31T15:44:13Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
optical-mathematical method image structural heterogeneity defects carbide phase diffusion UDC 669.017.3 |
| spellingShingle |
optical-mathematical method image structural heterogeneity defects carbide phase diffusion UDC 669.017.3 Romaniuk, Svitlana P. New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| topic_facet |
optical-mathematical method image structural heterogeneity defects carbide phase diffusion UDC 669.017.3 оптико-математичний метод зображення структурна неоднорідність дефекти карбідна фаза дифузія УДК 669.017.3 оптико-математический метод изображение структурная неоднородность дефекты карбидная фаза диффузия УДК 669.017.3 |
| format |
Article |
| author |
Romaniuk, Svitlana P. |
| author_facet |
Romaniuk, Svitlana P. |
| author_sort |
Romaniuk, Svitlana P. |
| title |
New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| title_short |
New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| title_full |
New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| title_fullStr |
New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| title_full_unstemmed |
New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures |
| title_sort |
new comprehensive approach to mathematical modeling of metallographic images of tool structures |
| title_alt |
Новый комплексный подход при математическом моделировании металлографических изображений структуры Новий комплексний підхід математичного моделювання металографічних зображень структури |
| description |
To increase the operational durability of tools in production and operation, this paper proposes an integrated approach for processing metallographic images of tool structures at various stages of their life cycle. It is based on the use of the Thixomet Pro software and a specially developed optical-mathematical method, which supplements standard programs for searching for optimal properties and production parameters. The metallographic structural images, obtained by using both optical and electron microscopes, were evaluated with the analysis of pixels in photos. Changes in the structural components of the metal in the two zones (in the main part and at the edge of the working surface of a tool) were comparatively analyzed. During operation, the decomposition of less stable structural components occurs, and a decrease in the proportion of special carbides from 14.4% to 8.15% can be observed. This is caused by the influence of deformation localization, which leads to the fragmentation and alignment of dispersed carbides at an angle of 45° relative to the working surface of a tool deep into the tool under the action of stresses, which during operation are the centers of crack nucleation and development. At the same time, carbide decomposition as well as diffusion of carbon and chromium can be observed. Using the mathematical method for describing structural changes, it was found that under the influence of external factors at the edge of the working surface of a tool, the intensity of the resulting diffusion of chemical components is higher. In addition, zones of damage and maximum local heterogeneity associated with the presence of pores and cracks were identified. This technique made it possible to identify an increase in the anisotropy of properties, formed during operation and associated with metal degradation, and determine the degree of structural heterogeneity. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/188844 |
| work_keys_str_mv |
AT romaniuksvitlanap newcomprehensiveapproachtomathematicalmodelingofmetallographicimagesoftoolstructures AT romaniuksvitlanap novyjkompleksnyjpodhodprimatematičeskommodelirovaniimetallografičeskihizobraženijstruktury AT romaniuksvitlanap novijkompleksnijpídhídmatematičnogomodelûvannâmetalografíčnihzobraženʹstrukturi |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:06Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:06Z |
| _version_ |
1850411726926774272 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-1888442019-12-31T15:44:13Z New Comprehensive Approach to Mathematical Modeling of Metallographic Images of Tool Structures Новый комплексный подход при математическом моделировании металлографических изображений структуры Новий комплексний підхід математичного моделювання металографічних зображень структури Romaniuk, Svitlana P. optical-mathematical method image structural heterogeneity defects carbide phase diffusion UDC 669.017.3 оптико-математичний метод зображення структурна неоднорідність дефекти карбідна фаза дифузія УДК 669.017.3 оптико-математический метод изображение структурная неоднородность дефекты карбидная фаза диффузия УДК 669.017.3 To increase the operational durability of tools in production and operation, this paper proposes an integrated approach for processing metallographic images of tool structures at various stages of their life cycle. It is based on the use of the Thixomet Pro software and a specially developed optical-mathematical method, which supplements standard programs for searching for optimal properties and production parameters. The metallographic structural images, obtained by using both optical and electron microscopes, were evaluated with the analysis of pixels in photos. Changes in the structural components of the metal in the two zones (in the main part and at the edge of the working surface of a tool) were comparatively analyzed. During operation, the decomposition of less stable structural components occurs, and a decrease in the proportion of special carbides from 14.4% to 8.15% can be observed. This is caused by the influence of deformation localization, which leads to the fragmentation and alignment of dispersed carbides at an angle of 45° relative to the working surface of a tool deep into the tool under the action of stresses, which during operation are the centers of crack nucleation and development. At the same time, carbide decomposition as well as diffusion of carbon and chromium can be observed. Using the mathematical method for describing structural changes, it was found that under the influence of external factors at the edge of the working surface of a tool, the intensity of the resulting diffusion of chemical components is higher. In addition, zones of damage and maximum local heterogeneity associated with the presence of pores and cracks were identified. This technique made it possible to identify an increase in the anisotropy of properties, formed during operation and associated with metal degradation, and determine the degree of structural heterogeneity. Для повышения эксплуатационной стойкости деталей в производстве и эксплуатации предложен комплексный подход обработки металлографических изображений структур изделий на различных этапах их жизненного цикла. Он основан на применении современной компьютерной программы Thixomet Pro и специально разработанного оптико-математического метода, который дополняет стандартные программы по поиску оптимальных свойств и параметров производства. Проведена оценка металлографических изображений структуры, полученных на оптическом и электронном микроскопах с анализом пикселей фотографий. Сопоставительно проанализированы изменения в структурных составляющих металла двух зон (в основной части и у края рабочей поверхности изделия). В процессе эксплуатации происходит распад менее стабильных структурных составляющих и можно наблюдать уменьшение доли спецкарбидов от 14,4 до 8,15%. Это вызвано влиянием локализации деформации, приводящей к дроблению и выстраиванию дисперсных карбидов под углом 45º по отношению к рабочей поверхности вглубь детали под действием напряжений, которые в процессе эксплуатации являются очагами зарождения и развития трещин. Одновременно отмечается распад карбидов, диффузия углерода и хрома. С помощью математического метода описания структурных изменений установлено, что под действием внешних факторов у края рабочей поверхности выше интенсивность возникающей диффузии химических компонентов. Кроме того, выявлены зоны повреждаемости и максимальной локальной неоднородности, связанной с наличием пор и трещин. Данная методика позволила выявить повышение анизотропии свойств, формируемой в процессе эксплуатации и связанной с деградацией металла, определить степень структурной неоднородности. Для підвищення експлуатаційної стійкості деталей у виробництві та експлуатації запропоновано комплексний підхід обробки металографічних зображень структур виробів на різних етапах їх життєвого циклу. Він ґрунтується на застосуванні сучасної комп'ютерної програми Thixomet Pro та спеціально розробленого оптико-математичного методу, який доповнює стандартні програми з пошуку оптимальних властивостей і параметрів виробництва. Проведено оцінку металографічних зображень структури, отриманих на оптичному та електронному мікроскопах з аналізом пікселів фотографій. Порівняльно проаналізовані зміни в структурних складових металу двох зон (в основній частині і біля краю робочої поверхні виробу). В процесі експлуатації відбувається розпад менш стабільних структурних складових та можна спостерігати зменшення частки спецкарбідів від 14,4 до 8,15%. Це викликано впливом локалізації деформації, що призводить до подрібнення і вибудовування дисперсних карбідів під кутом 45º по відношенню до робочої поверхні всередину деталі під дією напружень, які в процесі експлуатації є осередками зародження і розвитку тріщин. Одночасно відзначається розпад карбідів, дифузія вуглецю і хрому. За допомогою математичного методу опису структурних змін встановлено, що під дією зовнішніх чинників біля краю робочої поверхні вище інтенсивність дифузії хімічних компонентів, яка виникає. Крім того, виявлено зони пошкоджуваності та максимальної локальної неоднорідності, пов'язаної з наявністю пір та тріщин. Дана методика дозволила виявити підвищення анізотропії властивостей, що формується в процесі експлуатації та пов'язана з деградацією металу, визначити ступінь структурної неоднорідності. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-12-22 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/188844 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 4 (2019); 67-73 Проблемы машиностроения; Том 22 № 4 (2019); 67-73 Проблеми машинобудування; Том 22 № 4 (2019); 67-73 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/188844/188244 https://journals.uran.ua/jme/article/view/188844/188245 Copyright (c) 2019 Svitlana P. Romaniuk https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |