Статья опубликована в рамках: LVIII Международной научно-практической конференции «Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 21 декабря 2022 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Материаловедение и металлургическое оборудование и технологии
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
РАЗАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ВЛИЯНИЯ Si НА УДАРНУЯ ВЯЗКОСТЬ ВЫСКОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ
DEVELOPMENT OF A COMPUTER MODEL OF THE INFLUENCE OF Si ON IMPACT TOUGHNESS OF HIGH-MANGANESE STEEL
Stanislav Arapov
postgraduate student, Siberian Federal University,
Russia, Krasnoyarsk
Sergey Belyaev
doc. tech. sciences, professor, Siberian Federal University,
Russia, Krasnoyarsk
Alexander Kosovich
cand. tech. sciences, Siberian Federal University,
Russia, Krasnoyarsk
Evgeniy Partyko
Research Fellow, Siberian Federal University,
Russia, Krasnoyarsk
АННОТАЦИЯ
Химический состав высокомарганцевой стали представляет собой сложную и многокомпонентную систему элементов, содержание которых находятся в строго регламентированном диапазоне. Таким образом, актуален вопрос назначения рациональной концентрации конкретно-взятого элемента и его совокупного влияния на остальные компоненты системы, при формировании ключевых механических свойств отливок. Настоящая работа посвящена анализу влияния кремния на динамику механических свойств высокомарганцевой стали. Представленный подход обработки данных, позволяет с достаточной достоверностью определить эффективную концентрацию данного элемента.
ABSTRACT
The chemical composition of high manganese steel is a complex and multicomponent system of elements, the content of which is in a strictly regulated range. Thus, the issue of assigning a rational concentration of a particular element and its cumulative effect on the remaining components of the system, when forming the key mechanical properties of castings, is relevant. This work is devoted to the analysis of the effect of silicon on the dynamics of the mechanical properties of high-manganese steel. The presented data processing approach makes it possible to determine the effective concentration of a given element with sufficient reliability.
Ключевые слова: высокомарганцевая сталь, обработка данных, модель функции.
Keywords: high manganese steel, data processing, function model.
Введение. Кремний является постоянным элементов в составе сталей. Вводимый при раскислении и восстановительном периоде выплавки, данный элемент, даже при низких его концентрациях способен оказать значительное влияние на формирование свойств и регламентировать работоспособность отливок.
Так, находясь в составе высокомарганцевых сталей, кремний способен оказать влияние на изменение показателей прочности на растяжение и пластичности. Учитывая особенность высокомарганцевой стали, в уникальном механизме поверхностного упрочнения, который реализуется за счет двойникования аустенитных зерен в микроструктуре стали, кремний способен оказать прямое воздействие на протекание данного процесса структурного превращения. Так, кремний способен снизить критическую деформацию структуры аустенита и тем самым увеличить количество двойников зерен аустенита, что положительно сказывается на устойчивость при ударных нагрузках [1].
Материалы и методы. Для количественного эмиссионного спектрального анализа использовались спектрометры ДФС-500 в комплекте со стендом очистки аргона «СОАР-1».
Для получения значений ударной вязкости KCU использован копер маятниковый модели МК-30А с наибольшим запасом потенциальной энергии 30кгс*м (~30Дж).
В качестве основной методике обработки данных, использована конструкция Box-Behnken, применение которой характерно для работы с диапазоном значений, прошедшем предобработку данных. Расчет трехмерной модели зависимости ударной вязкости KCU от связки основных элементов состава высокомарганцевой аустенитной стали Si-C и Si-Mn, позволяет проанализировать профиль поверхности отклика и анализировать полученные результаты. [2-5]
Результаты. В настоящем исследовании получен 21 образец, каждый прошел термическую обработку по режиму высокотемпературной закалки на воду с температуры +1150 °С. Химический состав исследованных образцов представлен в таб.1.
Таблица 1.
Химический состав исследуемых образцов, % (Fe ост.)
|
№ п.п. |
C |
Mn |
Si |
S |
P |
KCU, кгс*м/см2 |
|
1 |
1,22 |
16,29 |
0,64 |
0,01 |
0,043 |
19,6 |
|
2 |
1,24 |
17,28 |
0,75 |
0,01 |
0,04 |
18,4 |
|
3 |
1,26 |
17,52 |
0,71 |
0,01 |
0,025 |
18,0 |
|
4 |
1,36 |
18,04 |
0,84 |
0,01 |
0,034 |
19,8 |
|
5 |
1,39 |
19,35 |
0,78 |
0,01 |
0,023 |
19,0 |
|
6 |
1,39 |
19,40 |
1,02 |
0,01 |
0,050 |
10,5 |
|
7 |
0,96 |
12,40 |
0,61 |
0,01 |
0,050 |
27,0 |
|
8 |
1,22 |
17,20 |
0,74 |
0,01 |
0,045 |
18,8 |
|
9 |
1,24 |
18,70 |
0,76 |
0,01 |
0,020 |
11,5 |
|
10 |
1,25 |
18,03 |
0,80 |
0,01 |
0,032 |
12,0 |
|
11 |
1,24 |
18,46 |
0,54 |
0,01 |
0,028 |
11,5 |
|
12 |
1,35 |
18,89 |
0,85 |
0,01 |
0,022 |
19,0 |
|
13 |
1,25 |
18,19 |
0,55 |
0,01 |
0,033 |
12,5 |
|
14 |
1,28 |
18,54 |
0,71 |
0,01 |
0,027 |
16,0 |
|
15 |
1,30 |
18,54 |
0,71 |
0,01 |
0,027 |
20,0 |
|
16 |
1,40 |
16,66 |
0,69 |
0,02 |
0,011 |
18,3 |
|
17 |
1,31 |
16,84 |
0,65 |
0,01 |
0,015 |
10,4 |
|
18 |
1,12 |
13,28 |
0,70 |
0,02 |
0,026 |
15,8 |
|
19 |
1,10 |
14,75 |
0,68 |
0,01 |
0,043 |
17,0 |
|
20 |
1,40 |
16,60 |
0,70 |
0,01 |
0,050 |
18,0 |
|
21 |
1,40 |
16,55 |
0,73 |
0,01 |
0,050 |
19,0 |
На всех были выполнены испытания ударной вязкости КСU путем разрушения образцов с U-образным концентратором, общий вид образцов представлен на рис.1.
Рисунок 1. Общий вид образцов до и после испытаний
Для определения рациональной концентрации Si и его взаимного влияния на ключевые элементы в связке Si-C и Si-Mn, выполнен расчет трехмерной модели поверхности отклика влияния на ударную вязкости KCU. Результаты расчета представлены на рис. 2.
Рисунок 2. Трехмерная модель влияния концентрации Si на C и Mn, при формировании ударной вязкости
Как можно заключить из полученных результатов, обработки массива данных физических образцов, в связке взаимного влияния элементов Si-C, имеется выраженная область значений максимума, расположенная в интервале для Si 0,5 – 0,8% и в диапазоне С 1,0 – 1,2%.
Анализируя графическую модель взаимного влияния связи элементов Si-Mn, на формирование значений ударной вязкости KCU, отмечается стабильная плато на широком интервале значений для Si 0,5 – 1,0% и Mn 13 – 15%.
Выводы
Таким образом, из проведенного анализа следует, что сложная многокомпонентная система элементов высокомарганцевой стали, значение который будут с наибольшей вероятностью способствовать повышению ударной вязкости KCU будет иметь вид Fe-1,1C-14Mn-0,65Si.
Список литературы:
- Xiong, R. Efects of Si on the Microstructure and Work Hardening Behavior of Fe‒17Mn‒1.1C‒xSi High Manganese Steels / R. Xiong, Y. Liu, H. Si, H. Peng…. // The Korean Institute of Metals and Materials. -2020. -P. 3891-2904
- Jankovic A., Chaudhary G., Goia F. Designing the design of experiments (DOE) – An investigation on the influence of different factorial designs on the characterization of complex systems. // Energy & Buildings. 2021. №250. P.1-17
- Balasubramania,M. Application of Box–Behnken design for fabrication of titanium alloy and 304 stainless steel joints with silver interlayer by diffusion bonding. // Materials & Design. 2015. №77. P.161-169
- Mathivanan K., Thirumalaikumarasamy M., Ashokkumar S. Optimization and prediction of AZ91D stellite-6 coated magnesium alloy using Box Behnken design and hybrid deep belief network. //Journal of Materials Research and Technology. 2021. -№15. P.2953-2969
- M.Wang, Z. Zhou, Q. Wang, Y. Liu. Box-behnken design to enhance the corrosion resistance of plasma sprayed Fe-based amorphous coating. // Results in Physics. 2019. №15. P.1-10
дипломов
Оставить комментарий