Разработка методики прогнозирования структурного состояния гетерогенного сплава при термической обработке

Abstract

Для обоснования и разработки эффективных параметров термической обработки для валков листовых станов горячей прокатки из хромсодержащих легированных чугунов предложен комплексный подход в оценке их структурообразования на основе использования специальных методик при исследовании особенностей фазового состава оптико-математическим методом. Методический подход по оценке влияния режимов термической обработки, включал создание комплексного анализа прогнозирования структурообразования и уровня твердости (требования НТД) высоколегированных хромсодержащих сплавов путем построения компьютерных математических моделей, основанных на методе конечных элементов. Моделирование проводили на базе вычислительного эксперимента, с применением статистических методов на основе данных, включающих как стандартные исследования металлографических структур, так и измерения твердости и уровня коэрцитивной силы. Для анализа использовали инновационный метод оптикоматематического описания металлографических изображений, позволяющий прогнозировать в изменения структурного состояния, в том числе, и в локальных областях гетерогенного сплава с малой долей формируемых нестехиометрических карбидов при распаде остаточного аустенита (типа МехСу). Разработаны критерии, наиболее полно характеризующие структурное и энергетическое состояние системы, позволяющие с высокой точностью прогнозировать структурно-фазовый состав, уровень твердости гетерогенного сплава, достигаемые при предложенном подходе моделирования режимов ТО. Применение такого подхода позволяет прогнозировать фазовый состав и оценивать локальную неоднородность, а также структурное состояние сложных гетерогенных сплавов. Осуществить такую оценку удалось на основе моделирования изменения энергетического состояния системы, учитывающего протекающие диффузионные процессы, не прибегая к применению разрушающих методов исследований. Использование предложенных моделей позволяет разрабатывать новые высокотехнологичные процессы повышения уровня эксплуатационных свойств, одновременно способствуя сокращению сроков и снижению материальных и трудовых затрат при постановке на производство новых технологических процессов.

Для обґрунтування і розробки ефективних параметрів термічної обробки для валків листових станів гарячої прокатки з хромовмісних легованих чавунів запропоновано комплексний підхід в оцінці їх структуроутворення на основі використання спеціальних методик при дослідженні особливостей фазового складу оптико-математичним методом. Методичний підхід щодо оцінки впливу режимів термічної обробки, включав створення комплексного аналізу прогнозування структуроутворення і рівня твердості (вимоги НТД) високолегованих хромовмісних сплавів шляхом побудови комп'ютерних математичних моделей, заснованих на методі кінцевих елементів. Моделювання проводили на базі обчислювального експерименту, із застосуванням статистичних методів на основі даних, що включали як стандартні дослідження металографічних структур, так і вимірювання твердості і рівня коерцитивної сили. Для аналізу використовували інноваційний метод оптико-математичного опису металографічних зображень, що дозволив прогнозувати зміни структурного стану, в тому числі, і в локальних областях гетерогенного сплаву з малою часткою формованих нестехіометричних карбідів при розпаді аустеніту (типу МехСу). Розроблено критерії, які найбільш повно характеризують структурний і енергетичний стан системи, та дозволяють з високою точністю прогнозувати структурно-фазовий склад, рівень твердості гетерогенного сплаву, що досягаються при запропонованому підході моделювання режимів термообробці. Застосування такого підходу дозволяє прогнозувати фазовий склад і оцінювати локальну не-однорідність, а також структурний стан складних гетерогенних сплавів. Здійснити таку оцінку вдалося на основі моделювання зміни енергетичного стану системи, яке враховує дифузійні процеси, не вдаючись до застосування руйнівних методів досліджень. Використання запропонованих моделей дозволяє розробляти нові високотехнологічні процеси підвищення рівня експлуатаційних властивостей, одночасно сприяючи скороченню термінів і зниження матеріальних і трудових витрат при постановці на виробництво нових технологічних процесів.

In order to justify and develop the effective heat treatment parameters of hot rolling mill rolls made of chrome-containing alloyed irons, an integrated approach is proposed. Our method helps one to estimate the rolls structure formation and is based on the research techniques studying the characteristics of the phase composition by an optical-mathematical method. The methodical approach of estimation the influence of heat treatment regimes includes creation of a comprehensive analysis of the prediction of structure formation and hardness level of high-alloyed chromium-containing alloys. To do so, we develop the computer models based on the finite element method. The simulation has been carried out on the basis of computational experiment, using statistical methods based on data that include both standard studies of metallographic structures, and measurements of hardness and level of coercive force. For the analysis, an innovative method of optical-mathematical description of metallographic images has been used which allows one to predict changes in the structural state, including those situated in local areas of heterogeneous alloy with a small proportion of nonstoichiometric carbides formed during decomposition of residual austenite (e.g., MexCy). In our paper we develop the criteria that fully characterize both the structural and energetic states of the system. This makes it possible to very accurately predict the structure-phase composition, the level of hardness of the heterogeneous alloy, that are achieved with the proposed approach of modeling the heat treatment regimes. The use of this approach allows one to predict the phase composition, to estimate the local heterogeneity level and the structural state of complex heterogeneous alloys on the basis of modeling the changes in the system energy state, taking into account only the diffusion processes, without applying the destructive research methods. The proposed models help to develop the new high-tech processes of improvement of the operational properties level and in-parallel help to reduce the time, material and labor costs when putting into production the new technological processes.