Застосування моделей структури поверхонь поділу в сталях під час отримання виробів із заданим життєвим циклом

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorКопилов, В. І.
dc.contributor.authorКузін, О. А.
dc.contributor.authorКузін, М. О.
dc.date.accessioned2023-10-13T01:01:01Z
dc.date.available2023-10-13T01:01:01Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractПроблематика. Розвиток цифрового машинобудування вимагає розробки і використання міждисциплінарних концепцій і моделей поведінки неоднорідних полікристалічних матеріалів у разі дії технологічних і експлуатаційних навантажень. У зв’язку із цим набуває важливого значення розроблення й використання підходів до моделювання та аналізу механічної поведінки граничних зон поділу виробів із врахуванням їх енергії. Розроблення таких підходів дозволяє вирішувати актуальну науково-технічну проблему – оптимізацію режимів технологічних обробок виробів із заданим життєвим циклом. Мета дослідження. Використання системних моделей структури сталей для розроблення обчислювальних схем та методів управління структурно-енергетичним станом поверхонь поділу структурних складових під час отримання виробів з підвищеними параметрами надійності з урахуванням умов їх експлуатації. Методика реалізації. Аналіз структури проводився з використанням концепції інваріантного моделювання, результатів металографічних і фактографічних досліджень, електронної мікроскопії. Виконано оцінювання структурно-енергетичного стану поверхонь поділу зерен після іонно-плазмового травлення зразків, проведено випробовування на зношування і ударний згин, здійснено системне комп’ютерне моделювання властивостей полікристалічних систем за допомогою відкритого пакета скінченно-елементного аналізу FEniCS на мові Python. Результати дослідження. Під час застосування енергетичного опису континуальних нелокальних середовищ встановлено, що залежно від кутів між границями у стиках зерен змінюється структурно-енергетичний стан цієї області та її здатність до утворення мікродефектів. За величини кутів у межах 140°–180° формуються зони з високою спроможністю до утворення міжзеренних пошкоджень і руйнування під дією навантаження. Показано, що інтенсивність зношування і міжзеренне руйнування в разі удару зростає залежно від кількості потрійних стиків, в яких границі суттєво різняться за рівнем енергії. Сталь 40Х (5135 Steel) є більш чутливою до утворення потрійних стиків з високим градієнтом енергії під час термічної обробки, ніж сталі, що містять нікель, молібден і кремній. Висновки. На основі ієрархічного моделювання будови полікристалів запропоновано нові підходи і створено алгоритм для визначення взаємозв’язків між структурою поверхонь поділу сталей і їх експлуатаційною надійністю. Розсіяні пошкодження утворюються на поверхнях поділу між потрійними стиками зерен з високим градієнтом енергії. Зменшення частки потрійних стиків, які суттєво різняться за величиною енергії під час проектування технологічних режимів процесів гартування і відпуску, дозволило на 48–53 % підвищити опір зношуванню покращуваних сталей.uk
dc.description.abstractotherBackground. The development of digital mechanical engineering requires the development and use of interdisciplinary concepts and models of the behavior of heterogeneous polycrystalline materials under the influence of technological and operational loads. In this regard, the development and use of approaches to modeling and analysis of the mechanical behavior of the boundary zones of separation of products, taking into account their energy, becomes important. The development of such approaches makes it possible to solve an actual scientific and technical problem – optimization of the modes of technological processing of products with a given life cycle. Objective. The use of system models of the structure of steels for the development of computational schemes and methods of managing the structural-energy state of the separation surfaces of structural components when obtaining products with increased reliability parameters, taking into account the conditions of their operation. Methods. The analysis of the structure was carried out using the concept of invariant modeling, the results of metallographic and factographic studies, electron microscopy. The assessment of the structural and energetic state of grain separation surfaces after ionplasma etching of the samples was carried out, wear and impact bending tests were carried out, and system computer simulation of the properties of polycrystalline systems was carried out using the FEniCS open finite element analysis package in Python. Results. When applying the energy description of continuous non-local environments, it was established that depending on the angles between the boundaries at the joints of the grains, the structural and energetic state of this region and its ability to form microdefects change. At angles between 140‒180°, zones are formed with a high capacity for the formation of intergranular damage and destruction under load. It is shown that the intensity of wear and intergranular fracture upon impact increases depending on the number of triple joints, in which the boundaries differ significantly in terms of energy level. Steel 40X (5135 Steel) is more sensitive to the formation of triple junctions with a high energy gradient during heat treatment than steels containing nickel, molybdenum and silicon. Conclusions. On the basis of hierarchical modeling of the structure of polycrystals, new approaches are proposed and an algorithm is created to determine the relationships between the structure of the separation surfaces of steels and their operational reliability. Diffuse damage is formed on the separation surfaces between the triple junctions of grains with a high energy gradient. Reducing the share of triple joints, which differ significantly in terms of energy when designing the technological regimes of the quenching and tempering processes, made it possible to increase the wear resistance of improved steels by 48‒53 %.uk
dc.format.pagerangePp. 76-81uk
dc.identifier.citationКопилов, В. І. Застосування моделей структури поверхонь поділу в сталях під час отримання виробів із заданим життєвим циклом / Копилов В. І., Кузін О. А., Кузін М. О. // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2022. – № 1-2(135). – С. 76–81. – Бібліогр.: 10 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpisn.2022.1-2.270358
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/61348
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 1-2(135)uk
dc.relation.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectпокращувані сталіuk
dc.subjectтермічна обробкаuk
dc.subjectзернограничне конструювання структуриuk
dc.subjectінтеркристалітне руйнуванняuk
dc.subjectimproving steelsuk
dc.subjectheat treatmentuk
dc.subjectgrain boundary design of the structureuk
dc.subjectintercrystalline destructionuk
dc.subject.udc620.22uk
dc.titleЗастосування моделей структури поверхонь поділу в сталях під час отримання виробів із заданим життєвим цикломuk
dc.title.alternativeApplication of models of the structure of separation surfaces in steels when obtaining products with a given life cycleuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
270358-666813-1-10-20231012.pdf
Розмір:
466.77 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 1-2(135)