Застосування фрактального аналізу до вивчення зон зварного з’єднання із сталі 09Г2С
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Сучасне машинобудування, енергетика та зварювальні технології потребують матеріалів із прогнозованими механічними властивостями. Ці властивості визначаються не лише хімічним складом, а й структурними параметрами металу — розміром і формою зерен, наявністю пор та включень. Оскільки мікроструктура металів має складну, багаторівневу організацію, традиційні методи аналізу не завжди дають повну кількісну оцінку. Застосування фрактального аналізу дозволяє описати складність і неоднорідність структури, визначити зв’язок між фрактальними параметрами та механічними характеристиками металу, що робить цей підхід актуальним для оцінювання якості та прогнозування властивостей металу зварних швів. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Робота виконана в межах тематичного напряму наукової групи кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів ФМФ КПІ імені Ігоря Сікорського, узгодженого з дослідженнями Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України щодо фрактальної параметризації структур зварних з’єднань. Об’єкт дослідження зварний зразок металу зі сталі 09Г2С. Предмет дослідження взаємозв’язок між механічними, хімічними та фрактальними характеристиками у різних зонах зварного з’єднання. Мета роботи дослідження структури зон зварного з’єднання зі сталі 09Г2С методом фрактального аналізу та встановити зв’язок фрактальної розмірності з механічними властивостями матеріалу. Методи дослідження 1) Короткочасні випробування зразків зварного з’єднання на одновісний розтяг були виконані при кімнатній температурі на установці Instron 8802 згідно ДСТУ ISO 6892-1:2019. 2) Випробування на ударний вигин проведено згідно зі стандартом ISO 14556-2000 на вертикальному інструментальному маятниковому копрі ИО 5003-0,3.8 3) Хімічний аналіз для визначення елементного складу металу досліджуваних зразків зварного з’єднання здійснено на рентгенфлуоресцентному спектрометрі та засобами детектора електроного мікроскопа TESCAN VEGA 4) Металографічні дослідження мікроструктури шліфів здійснено на мікроскопі NEOPHOT-32 зі застосуванням цифрової фотокамери OLYMPUS та на електроному мікроскопі TESCAN VEGA 3. Задачі дослідження 1) Здійснити теоретичний аналіз наукових першоджерел для формування теоретичних засад фрактального аналізу структур металів: поняття самоподібності, фрактальної розмірності та методів її визначення; узагальнити існуючі підходи до оцінювання фрактальних параметрів у матеріалознавстві та зварювальній металургії. Проаналізувати результати інших авторів щодо впливу структурних та фрактальних характеристик металу зварних швів на його механічні властивості. 2) Дослідити процес отримання зразків зі сталі 09Г2С, їх підготовку до металографічного аналізу, встановити структурні, механічні та хімічні характеристики. 3) Дослідити зв’язок структурних параметрів із механічними характеристиками зразків зі сталі 09Г2С у різних зонах зварного з’єднання (зона сплавлення, зона термічного впливу, основний метал). Визначити кореляції між механічними, хімічними, фрактальними та структурними параметрами. 4) Здійснити теоретичний аналіз підходів до вивчення структурних складових металу та охарактеризувати роль меж зерен та неметалічних включень, які впливають на механічні характеристики матеріалу. Оцінити чутливість фрактальної розмірності до локальних неоднорідностей мікроструктури. Наукова новизна одержаних результатів Встановлено для зварних з’єднань сталі 09Г2С кількісні кореляції між фрактальною розмірністю меж зерен і механічними властивостями: ударною в’язкістю, границями плинності та міцності. Виявлено, що зменшення фрактальної розмірності D у зоні термічного впливу відповідає зростанню крихкості металу, тоді як більш розгалужена структура (вища D) асоціюється з підвищеною енергоємністю руйнування. Отримані закономірності узагальнено у вигляді емпіричних залежностей, придатних для прогнозування властивостей зварних швів. Практичне значення одержаних результатів Результати можуть бути використані для оцінювання якості зварних з’єднань, оптимізації технологічних режимів зварювання та діагностики пошкоджень за фрактальними параметрами. Встановлені зв’язки між структурними й механічними характеристиками створюють основу для нових методів неруйнівного контролю з використанням фрактального аналізу.
Опис
Ключові слова
фрактал, фрактальний аналіз, фрактальна розмірність, мікроструктура, зони зварного з’єднання, зони термічного впливу, металографія, методи дослідження, fractal, fractal analysis, fractal dimension, microstructure, welded joint zones, heat-affected zones, metallography, research methods
Бібліографічний опис
Марковська, С. Д. Застосування фрактального аналізу до вивчення зон зварного з’єднання із сталі 09Г2С : магістерська дис. : 104 Фізика та астрономія / Марковська Софія Дмитрівна. – Київ, 2025. – 82 с.