Способ создания трёхмерной модели зерна металлоизделия
METHOD FOR CREATING A THREE-DIMENSIONAL MODEL OF A GRAIN OF A METAL PRODUCT

Изобретение относится к областям металловедения и обработки металлов давлением и может быть использовано для создания трехмерной модели зерна металлоизделия.
Известен способ измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом (RU 2334224 С1). Способ предназначен для измерения среднего размера зерна только плоских изделий. Неизвестно, возможно ли с помощью данного способа создать трехмерную модель зерна.
Известен способ измерения размера зерна материала движущегося листового проката (RU 2187102 С2). Способ применяется только для листового проката, который движется, нет данных о его использовании для других металлоизделий и находящихся в покое. Нет данных о возможности использования способа для создания трехмерной модели зерна материала.
Известен способ определения величины зерна металлов и сплавов (RU 2317540 С2). Способ позволяет определить величину зерна, но нет данных о том, возможно ли с помощью данного способа создать трехмерную модель зерна.
Известен способ контроля среднего размера зерна материала с помощью ультразвука (RU 2231056 С1). Способ позволяет определить средний размер зерна, но неизвестно, можно ли с его помощью создать трехмерную модель зерна.
Известен способ построения модели твердого тела сплошной конфигурации по сечениям (Н.Ю. Дударева, С.А. Загайко. Самоучитель SolidWorks 2010. СПб.: БХВ-Петербург, 2011, с. 113-122). Данный способ наиболее близок к предлагаемому изобретению. Способ позволяет создавать трехмерные модели, но неизвестно, можно ли с помощью данного способа создать трехмерную модель зерна материала.
Техническим результатом изобретения является получение трехмерной модели зерна материала.
Технический результат достигается тем, что сначала осуществляют оценку размера зерна в исследуемой области. Для этого создают два первичных шлифа во взаимно-перпендикулярных плоскостях и для каждого из шлифов оценивают размер зерна. Из двух оценок определяют максимальную оценку размера зерна. Затем в исследуемой области делают не менее 5 вторичных шлифов в плоскостях, параллельных одной из плоскостей первичных шлифов. При этом расстояние между первым и последним вторичным шлифом не меньше максимальной оценки размера зерна, полученной по результатам исследований первичных шлифов. В каждом из вторичных шлифов определяют сечение, соответствующее одному и тому же зерну. Контуры выбранных сечений строят в системе автоматизированного компьютерного проектирования. При этом учитываются расстояния между вторичными шлифами и положениями каждого сечения в соответствующем вторичном шлифе. Применяя инструментарий системы автоматизированного проектирования, используя построенные контуры сечений, строят трехмерную модель зерна.
Технический результат достигается на примере построения трехмерной модели зерна заготовки из стали 12Х18Н10Т после прокатки в трехвалковом стане МИСИС-100Т. Исходная заготовка, полученная продольной прокаткой, имела диаметр 60 мм и длину 200 мм. Перед прокаткой исходную заготовку нагревали до температуры 1150°С, выдержка составляла 2 часа. После прокатки диаметр заготовки составлял 52 мм. По окончании прокатки заготовку охлаждали в воде. Угол подачи валков при прокатке составлял - 18 градусов, раскатки - 10 градусов. Частота вращения валков составляла 55 оборотов в минуту.
Создание трехмерной модели зерна осуществляли при исследовании области заготовки, расположенной на стационарной стадии прокатки, в 5 мм от поверхности заготовки. В указанной области сделали два первичных шлифа во взаимно перпендикулярных плоскостях. Один из них в плоскости, перпендикулярной оси прокатки, второй - в плоскости, параллельной оси прокатки. Оценили максимальный размер зерна в каждом из шлифов. Оценка максимального размера зерна в исследуемой области для шлифа (фиг. 1) в плоскости, перпендикулярной оси прокатки, составила 150 мкм. Оценка максимального размера зерна для шлифа в плоскости, параллельной оси прокатки, составила 130 мкм (фиг. 2). Установили, что из двух оценок наибольшей является 150 мкм. Изготовили 11 вторичных шлифов в плоскостях, перпендикулярных оси прокатки и, соответственно, параллельных плоскости одного из первичных шлифов. Расстояние между первым и одиннадцатым шлифом составило 150 мкм, то есть соответствующим максимальной оценке размера зерна. Расстояние между соседними шлифами составляло от 5 до 25 мкм. Во всех шлифах искали сечения, соответствующие одному и тому же зерну. Установили зерно, сечения которого видны на 5 шлифах (фиг. 3-7) при этом расстояние между первым и шестым шлифом составляло 113 мкм. Контуры сечений создали в SolidWorks (фиг. 8, для шлифа №4). При этом на фото микроструктуры в сечении фиксировали 12 точек, которые располагались на прямых, угол между соседними прямыми составлял 30 градусов (фиг. 8). Прямые проходили через точку, которая являлось центром описанного вокруг контура сечения прямоугольника. При изготовлении шлифа №1 в него вдавливали инденторы в виде пирамид, и отпечатки были настолько глубоки, чтобы их след был виден на всех шлифах. Центр левого нижнего отпечатка (фиг. 9) на каждом шлифе принимали за начало координат, и исходя из этого каждая из 12 точек имела свои координаты. Сечения зерна в каждом из шлифов воссоздали по 12 точкам в SolidWorks, соединил точки линиями, получив эскизы (фиг. 10). Всего создали 5 эскизов в параллельных плоскостях, расстояние между которыми равнялось расстоянию между плоскостями соответствующих шлифов. Используя команду «Бобышка по сечениям» во вкладке «Элементы» меню SolidWorks выбрали все 5 эскизов, и на их основе получили трехмерную модель зерна (фиг. 11).