Спосіб визначення механічних властивостей металу зони осьової ліквації товстолистового прокату

Спосіб визначення механічних властивостей металу зони осьової ліквації товстолистового прокату, що включає визначення залежності між параметрами, що характеризують досліджувані механічні властивості, і часткою площі руйнації, яка пройшла через зону осьової ліквації, зразків, які піддаються механічним випробуванням, який відрізняється тим, що частку площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, визначають скануванням поверхні руйнації і наступної обробки цифрового зображення в графічному редакторі, а значення механічних властивостей розраховують відповідно до виразу М = aS - bS + с, де М - значення механічної властивості в напрямку товщини прокату, при S = 1 - для металу зони осьової ліквації і при S = 0 - для основного металу, S - частка площі поверхні руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, а, Ь, с - коефіцієнти, які визначають експериментальним шляхом для даного конкретного випадку. Корисна модель відноситься до досліджень механічних властивостей металу, зокрема, до визначення властивостей структурних складових поверхні руйнації товстолистового прокату у zнапрямку. Промислові іспити товстолистового прокату передбачають оцінку його властивостей уздовж і поперек напрямку прокатки. Проте в ряді випадків подібних іспитів виявляється недостатньо, оскільки при високих значеннях механічних характеристик на подовжніх і поперечних зразках властивості по товщині листу (у z-напрямку) виявляються аномально низькими, причому розкид досягає великих розмірів. Різке зниження пластичності у z-напрямку, що виявляється в умовах складнонапруженого стану, представляє практичний інтерес, тому що може значно знижувати несучу спроможність вузлів і деталей конструкції, що відчувають знакозмінні навантаження у вертикальному напрямку. Це особливо характерно для товстолистового прокату з безперервнолитої сталі, де умовиїїкристалізації викликають утворення зони осьової ліквації, властивості і структура котрої істотно відрізняються від основного металу. Незначна товщина цієї області, що має розміри від 10-30 до 200-300 мікрон, унеможливлює безпосереднє визначення в ній механічних характеристик, за винятком мікротвердості. Відомі стандартні методи визначення ударної в'язкості (KCV) за іспитами на ударний згин зразків із круглим або гострим надрізом і відносним звуженням (у) за іспитами на статичний розтяг (Металловедение и термическая обработка металлов.- М.: Металлургия, 1983, т.1.- С.119-120). Застосування цих методів без роздільного урахування часток площі руйнації, що проходить по осьовій зоні й основному металі, не дозволяє визначати значення \\і і KCV у z-напрямку з достатнім ступенем надійності окремо для основного металу і металу зони осьової ліквації, що пояснюється високою структурною чутливістю цих механічних властивостей і пов'язані з тим, що руйнація зразків поширюється частково по основному металі, частково - по зоні осьової ліквації. Найбільше близьким за технічною суттю і досягаємим результатам є спосіб визначення механічних властивостей сталі і сплавів, за яким зразки з V-образним надрізом навантажували ударним згином, вимірювали ударну в'язкість, робили CD О CM ю 5206 фотознімок поверхні руйнації зразка, на фотознімок накладали міліметрову сітку і визначали площу руйнації, що проходить через зону осьової лік2 вації з точністю порядку 1мм . За отриманими результатами будували графічну залежність ударної в'язкості від частки площі руйнації, що пройшли по лікваційній зоні. Екстраполіруя цю залежність до перетинання з осями ординат, визначали значення ударної в'язкості металу в зоні осьової ліквації й основного металу (а.с. СРСР №1647350, MKI5G01N3/30, 1991р.). Цей спосіб дає можливість визначити значення ударної в'язкості для окремих структурних складових поверхні руйнації, проте визначення частки площі руйнації, що пройшла по зоні осьової ліквації, за допомогою міліметрової сітки і використання графічної екстраполяції призводять до втрати точності і великих витрат часу. У основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб визначення механічних властивостей металу зони осьової ліквації товстолистового прокату, у якому за рахунок введення нових умов здійснення дій забезпечувалось збільшення точності, надійності і швидкості розрахунків цих механічних властивостей. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в способі визначення механічних властивостей металу зони осьової ліквації товстолистового прокату, що включає визначення залежності між параметрами, що характеризують досліджувані механічні властивості, і часткою площі руйнації, яка пройшла через зону осьової ліквації, зразків, що піддаються механічним випробуванням, відповідно до корисної моделі, частку площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, визначають скануванням поверхні руйнації і наступної обробки цифрового зображення в графічному редакторі, а значення механічних властивостей розраховують у відповідності до виразу M=aS2-bS+c, де М - значення механічної властивості в напрямку товщини прокату; при S=1 - для метала зони осьової ліквації, і при S=0 - для основного металу, S - частка площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, а, Ь, с - коефіцієнти, визначальні експериментальним шляхом для даного конкретного випадку. Для одержання зображення поверхні руйнації використовують скануючий прилад (сканер), з'єднаний із комп'ютером. Отримане цифрове зображення обробляють у графічному редакторі з подальшим визначенням частки площі руйнації, яка пройшла через зону осьової ліквації. Використання сканеру дозволяє одержати якісне зображення поверхні руйнації, а обробка цифрового зображення в графічному редакторі - здійснити масштабування зображення в процесі обробки, поворот зображення на довільний кут, автоматичне поліпшення різкості і контрастності, виділення характерних ділянок руйнації й обрахування їхньої площі, роздруківки як цілих зображень поверхонь руйнації, так і їхніх окремих фрагментів. Використання комп'ютера і пакетів прикладних програм, зокрема електронних таблиць Excel, дозволяє провести математичну обробітку отриманих даних і з великим рівнем достовірності встановити залежність між визначуваними механічними характеристиками і часткою площі руйнації, яка пройшла через зону осьової ліквації. На типових поверхнях руйнації ударних (Фіг. 1) і розривних (Фіг.2) зразків, зображення яких отримані скануванням, легко відрізнити за зовнішнім виглядом області руйнації, що пройшли через зону осьової ліквації (суцільні світлі ділянки), від областей руйнацій по основному металі. Спосіб здійснюють таким образом: проводять сканування поверхні руйнації; у графічному редакторі отримане цифрове зображення масштабують, проводять автоматичне поліпшення різкості і контрастності, виділяють характерні ділянки поверхні руйнації і визначають площу цих ділянок. Далі за допомогою прикладних математичних програм встановлюють аналітичну залежність між часткою площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, і механічними характеристиками. За допомогою статистичного аналізу великого масиву даних (більш 500 вимірів для 5 марок сталі) встановлено, що отримана аналітична залежність значення структурно-чутливої характеристики (KCV, v|/) від частки площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації з високим ступенем достовірності (>0,9) описується рівнянням типу M=aS2-bS+c, де М - значення механічної властивості в напрямку товщини прокату; при S=1 - для метала зони осьової ліквації, і при S=0 - для основного металу, S - частка площі руйнації, яка пройшла по зоні осьової ліквації, а, Ь, с - коефіцієнти, визначені на основі отриманих експериментальних даних для конкретного випадку за допомогою прикладних математичних програм. Запропонований спосіб визначення механічних властивостей був випробуваний в умовах ВАТ «МК «Азовсталь» на сталі 09Г2С, обробленої в процесі безупинного розливання порошковим дротом із SiCa і РЗМ. Для порівняння відбирали метал від тих же плавок, що розливається за звичною технологією. Зразки для механічних іспитів вирізували з листів дослідної і порівняльної сталі в напрямку товщини прокату. Надріз на ударних зразках (ГОСТ 9454-78, тип 11) наносили по попередньо виявленою (травленням у розчині НЫОз) осьовій зоні; розривні зразки (ГОСТ 1497-73) вирізували таким чином, щоб зона ліквації розташовувалася у центрі. Отримані поверхні руйнації випробуваних зразків сканувались і оброблялись у графічному редакторі. Математичний обробіток даних у електронних таблицях Excel дозволив одержати такі вирази: Для ударної в'язкості при -20°С M=1,10S2-2,11S+1,17 (дослідна сталь) а=1,10;в=2,11;с=1,17 і M=1,01S2-1,79S+0,86 (порівняльна сталь); а=1,01;в=1,79;с=0,86 Для відносного звуження M=30,46S2-68,63S+68,05 (дослідна сталь) а=30,46; в=68,63; с=68,05 і M=44,37S2-79,06S+41,55 (порівняльна сталь); 5206 а=44,37; в=79,06; с=68,05. Рівень достовірності апроксимації R2 у усіх випадках >0,9. Значення ударної в'язкості при -20°С для металу зони осьової ліквації (S=1) составило 0,16МДж/м для дослідної сталі і 0,07МДж/м2 для порівняльної сталі; значення ударної в'язкості для основного металу (S=C0 дослідної сталі склало 1,17МДж/м2 і 0,86МДж/м - для порівняльної. Значення відносного звуження для металу зони осьової ліквації (S=1) склало 29,9% для дослідної сталі і 6,9% для порівняльної; значення відносного звуження основного металу (S=0) для дослідної сталі склало 68,1% і 41,5% - для порівняльної. Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Д Шеверун Фіг. 2 Підписне Тираж 37 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601