РОЗДІЛ 2
РОЗРОБЛЕННЯ ТЕОРЕТИЧНОГО ОБГРУНТУВАННЯ МЕТОДУ КОНТРОЛЮ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРІАЛУ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
З метою розробки нового методу контролю фізико-механічних характеристик з
урахуванням кількох інформативних параметрів, необхідно виробити новий підхід
та провести на його базі комплекс теоретичних досліджень щодо вибору
оптимального набору структурно чутливих параметрів, а також проробити питання
щодо їх вимірювання в польових умовах.
2.1 Вибір інформативних інформативних параметрів контролю межі текучості сталей
Проведений в попередньому розділі аналіз методів та засобів контролю показав,
що стан розвитку неруйнівного контролю в світі певною мірою не відповідає все
зростаючим проблемам визначення фізико-механічних характеристик
металопродукції. Спостерігається ситуація, коли підвищується рівень технічного
оснащення, покращується фінансування служб неруйнівного контролю, підвищується
кваліфікація персоналу, а загальної чи спеціальної методики визначення ФМХ хоча
б для металів немає.
Вирішення даної проблеми можна досягти трьома шляхами, що можуть поєднатись в
один:
1) дослідження наявності і характеру взаємозв’язків між механічними та
параметрами, що можуть бути визначені неруйнівними методами;
2) комплексне врахування багатьох параметрів різними методами;
3) виконання вимірювань додаткових параметрів згідно з фізичними явищами та
законами, які не брались до уваги в неруйнівному контролі до цього часу [50].
Реалізація такого підходу може бути здійснена шляхом застосування сучасних
способів розв’язання багатопараметрових задач із використанням нейронних мереж
за умов можливої нелінійності взаємозв’язків між досліджуваними параметрами та
недостатньої кількості результатів вимірювань [51-53]. Застосування алгоритмів
нейромереж дасть змогу одержати нові, раніше не виявлені залежності між вхідним
комплексом параметрів і вихідними параметрами (ФМХ). За цільову
фізико-механічну характеристику на даному етапі досліджень вибираємо межу
текучості, оскільки для великої кількості типів обладнання та деталей вона є
базовою і такою, контроль якої є необхідним. Відомо також, що межа текучості
лінійно пов’язана з межею міцності.
У першу чергу було проаналізовано доцільність використання існуючих структурно
чутливих параметрів для реалізації запропонованого підходу. Це актуально, адже
кількість вхідних (вимірюваних) параметрів повинна бути мінімальною і при цьому
ці параметри повинні забезпечувати достовірне визначення вибраних механічних
характеристик. Аналіз показав, що єдиним таким параметром, який стійко корелює
з механічними характеристиками є твердість.
Очевидно, що для реалізації запропонованого комплексного підходу необхідно
відібрати додаткові інформативні параметри.
Для вирішення даної проблеми звернулись до нормативних документів на
виготовлення сталей. На жаль, у вітчизняних джерелах [54] відомості (механічні
та фізичні характеристики – рис.1.1) щодо основних конструкційних сталей носять
неоднозначний характер - вказується діапазон значень того чи іншого параметра,
а не конкретне число; щодо деяких фізичних параметрів відомості взагалі
відсутні. Тому було використано відомості щодо ряду іноземних марок сталей:
440, 630, 431, UR52N+, 420, 2205, 416, 409, 3CR12, 304, 310, 321/347, 430,
430F, S30815 [55,56]. Для вказаних марок сталей згідно з системою нормативних
документів серії ASTM нормуються такі величини: межа міцності, межа текучості,
твердість, густина, коефіцієнт теплового розширення, теплопровідність,
теплоємність і питомий електричний опір.
Згідно із методами математичної статистики [51], число даних, що підлягають
статистичній обробці (об’єм вибірки), повинно відтворювати генеральну
(теоретичну) вибірку із задовільним наближенням. Для виконуваних досліджень
достатнім може вважатись об’єм вибірки більший дванадцяти.
Зведені дані для основних параметрів вибраних марок сталей наведені в таблиці
2.1.
Наведемо діапазони зміни параметрів:
межа міцності – 380-930 МПа;
межа текучості – 205-724 МПа;
твердість – 180-310 НВ;
густина – 7600-8027 кг/м3;
теплопровідність – 14.2-30.5 Вт/м•К;
коефіцієнт теплового розширення – 9.9-17.2 •10-6 1/єС;
теплоємність – 450-500 Дж/кг•К;
питомий електричний опір – 550-850 нОм•м.
Аналізуючи діапазони значень окремих параметрів бачимо, що густина та
теплоємність мають найвужчі діапазони. Попри це, виконувати відбір параметрів,
що найбільше корелюють із міцнісними характеристиками доволі важко з огляду на
кількість параметрів.
Для полегшення такого аналізу було виконано спеціальну графічну побудову
(рис.2.1), яка дає змогу відібрати ті інформативні параметри, залежність межі
текучості від яких найбільш яскраво виражена.
На одному графіку показано, як змінюються відібрані інформативні параметрів із
зміною межі текучості – рис.2.1.
Рисунки 2.1-2.4 побудовано за значеннями відповідних параметрів наведених у
таблиці 2.1.
Таблиця 2.1.
Фізичні та механічні характеристики сталей
Марка сталі
Межа міцності
Межа текучості
Твердість
Густина
Теплопровідність
Коеф. тепл. розширення
Теплоємність
Питомий ел. опір
МПа
МПа
НВ
кг/м3
Вт/(м*К)
10-6 1/єС
Дж/(кг*К)
нОм*м
440A\B\C
758,00
448,00
269,00
7650,00
24,20
10,10
460,00
600,00
630
930,00
724,00
277,00
7750,00
18,40
10,80
460,00
800,00
431
862,00
655,00
285,00
7750,00
20,20
10,20
460,00
720,00
UR52N+
770,00
550,00
310,00
7810,00
17,00
13,50
450,00
850,00
420
655,00
345,00
241,00
77
- Київ+380960830922