Влияние положения плоскости шлифа на результаты мультифрактальной параметризации микроструктуры сталей

УДК 669.01:530.1:539.4

ВЛИЯНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ШЛИФА НА РЕЗУЛЬТАТЫ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНОЙ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЕЙ

Э.Р. ГАЛИМОВ, А.Г. КУДРИН, А.С. МАМИНОВ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

Исследуется взаимосвязь положения плоскости шлифования с результатами мультифрактальной параметризации микроструктуры сталей. Выводятся условия получения изображений микроструктуры, исключающие искажение мультифрактальных параметров или позволяющие учитывать и компенсировать такое искажение.

Ключевые слова: мультифракатальные параметры, упорядоченность, однородность стали, шлифование.

В работах [1-3] исследовалась взаимосвязь мультифрактальных параметров и физических свойств сталей. В контексте данных исследований встает вопрос о том, как условия, при которых получаются изображения микроструктуры, влияют на ее мультифрактальные характеристики. Учет данного влияния представляется крайне важным для получения достоверных данных параметризации. В работе [4] были проанализированы некоторые из упомянутых факторов, в частности размер изображения и общее количество содержащихся в нем черных пикселей. В настоящей работе изучалось влияние пространственного положения плоскости шлифования.

В работах [1-3] расчеты проводились для произвольно взятой плоскости шлифования, а результаты распространялись на весь объем материала. Известно, однако, что микроструктура материалов в различных проекциях может сильно различаться. В связи с этим интересным представляется сравнение данных параметризации для изображений микроструктуры, полученных в двух перпендикулярных плоскостях.

Мультифрактальному анализу подвергались изображения микроструктур сталей 10, 20 и 45. Шлифы на каждом образце были приготовлены во взаимноперпендикулярных плоскостях (рис. 1).

Изображения микроструктуры сталей после травления азотной кислотой, полученные при увеличении х100, приведены в таблице.

Значения параметров однородности

рассчитывались не для фиксированного значения расчетного параметра / (</=200 для [1-3]), а во всем диапазоне дискретных значений / е [40;200]. Такой способ расчета использовался, чтобы выявить значения /, при которых мультифрактальные параметры (А< , ) оказываются наиболее чувствительны

к исследуемым факторам.

Для расчетов характеристик упорядоченности (А< = ^ - ) и

однородности () использовалась программа мультифрактального анализа

МРИБгош, разработанная д.ф-м.н. Г.В. Встовским в ИМЕТ им. Байкова. Методология обсчета и обработки статистик мультифрактальных спектров изложена в работе [5]. Мультифрактальный анализ производился на

© Э.Р. Галимов, А.Г. Кудрин, А. С. Маминов Проблемы энергетики, 2010, № 7-8

канонических спектрах при типе перебора масштабов Ре и варианте генерации меры по черным пикселям.

а) б)

Рис. 1. Взаимное расположения плоскостей шлифования на экспериментальных образцах:

а - сталь 10, б - сталь 20, в - сталь 45

Таблица

Микроструктура сталей, выявленная в перпендикулярных плоскостях

Марка стали

Сталь 10

Сталь 20

Сталь 45

Плоскость а

Плоскость Ь

Результаты параметризации микроструктуры сталей показаны на рис. 2.

Основным качественным отличием структур, выявленных в перпендикулярных плоскостях, оказались полосчатые выделения (таблица). В структурах сталей 10 и 20, в частности, наблюдаются полосы перлита, вытянутые в направлении прокатки. В микроструктуре стали 45 полосчатое строение имеют выделения феррита.

Изменение общего характера структуры от пятнистого к полосчатому вызвало специфический вертикальный сдвиг характеристики упорядоченности (\q = Б1 - Dq) (рис. 2, а, в, д). Кривые однородности (/), как и при смене

увеличения, укладываются практически в одну линию (рис. 2, б, г, е).

Это объясняется тем, что соотношение площадей, занимаемых составляющими с различной окраской, осталось прежним. Вообще, полученные по результатам параметризации мультифрактальные зависимости для всех сталей имеют сходную форму.

© Проблемы энергетики, 2010, № 7-8

0,3

0.27

0,24

S

0,21

0.1S

0,15

Упорядоченность

♦ плоскость а

' плоскость Ъ

20 60 100^140 180 220

Однородность

1

0,8 0.6 ' 0.4 0.2 о

' плоскость

а

| плоскость Ъ

20 60 100^140 180 220

В)

Г)

0.40 0,35 ,0.30 0.25 0.20 0.15

Упорядоченность

Однородность

♦ плоскость а

I плоскость Ъ

♦ плоскость а

плоскость

20 60 100^140 180 220

20 60 100 140 ISO 220

ч

д) е)

Рис. 2. Характеристики упорядоченности ( А< = В1 - ) и однородности () микроструктуры

сталей в перпендикулярных плоскостях: а, б - сталь 10; в, г - сталь 20; д, е - сталь 45 Выводы

Смена плоскости мультифрактальной параметризации ощутимо влияет на значения упорядоченности А< = ^ - . В связи с этим при выявлении

взаимосвязи мультифрактальных параметров и рабочих свойств материала необходимо учитывать данный эффект либо вести сопоставление физических и мультифрактальных характеристик в пределах одной плоскости.

Summary

The interrelation of a grinding plane's position with results of steel microstructure's multifractal parametrization is investigated. Conditions of reception of images the microstructures excluding distortion multifractal parametres or allowing to consider and compensate such distortion are deduced.

Key words: multifractal parameters, orderliness, uniformity, steels, polishing. © Проблемы энергетики, 2010, № 7-8

Литература

1. Анваров А.Д. Возможность идентификации механических свойств металла оборудования химических производств при экспертизе промышленной безопасности на базе метода мультифрактальной параметризации / А.Д. Анваров, А.С. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский // Вестник Казанского технологического университета. 2006. №1. С. 77-82.

2. Беляев А.В. Мультифрактальный анализ структуры металла сварного шва корпуса камеры сгорания из аустенитной стали // Современная техника и технологии: тез. докл. междунар. науч.-практич. конф., в 3 томах: Т.1. -Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2008. С. 242-244.

3. Беляев А.В. Взаимосвязь механических свойств сварных соединений с мультифрактальными параметрами деталей газотурбинных двигателей из сталей аустенитного класса / Э.Р. Галимов, А.С. Маминов, А.Д. Анваров, А.В. Беляев // Энергетика-2008: инновации, решения, перспективы: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф., в 7 томах: Т.4. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2008. С. 53-56.

4. Анваров А.Д. Влияние параметров получения цифрового изображения структуры металла на результаты его мультифрактального анализа / А.Д. Анваров, А.С. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский // Материаловедение. 2006. №7. С. 10-16.

5. Встовский Г.В. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов / Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков, И.Ж.. Бунин // Ижевск: Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика", 2001. 116 с.

Поступила в редакцию 17 ноября 2009 г.

Кудрин Алексей Геннадьевич - аспирант кафедры «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии» Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. Тел.: 8-9172-45-81-82; 8 (843) 525-13-99; 8 (843) 231-01-22. E-mail: alexeykudrin@mail.ru.

Маминов Амир Салихович - канд. техн. наук, профессор кафедры «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии» Казанского государственного технического университета им. АН. Туполева. Тел.: 8-9053-75-56-26; 8 (843) 541-25-96; 8 (843) 231-01-22. E-mail: maminovkstu@mail.ru.

Галимов Энгель Рафикович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение, сварка и структурообразующие технологии» Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. Тел.: 8-9061-12-37-77; 8 (843) 518-72-64; 8 (843) 231-01-22. E-mail: galimovkstu@mail.ru.

© Проблемы энергетики, 2010, № 7-8