DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-644-655
Парусов Едуард Володимирович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4560-2043. E-mail: tometal@ukr.net
Борисенко Андрій Юрійович, д.т.н., ст.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-2120-0944. Eamil: asbor@ua.fm
Олійник Едуард Вадимович, аспірант, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-3366-3746. Email: ediknsk@gmail.com
Чуйко Ігор Миколайович, к.т.н., ст. досл., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4753-614X. Email: ferrosplav@ukr.net
Парусов Олег Володимирович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-9879-6179. Email: termet@ukr.net
ЗАСТОСУВАННЯ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ КІЛЬКІСНОЇ ОЦІНКИ ГРАФІТОВИХ ВКЛЮЧЕНЬ В СТРУКТУРІ ЧАВУНУ
Анотація. Застосування теорії фракталів під час аналізу або моделювання різних процесів формування структур та визначення їхнього зв’язку із властивостями матеріалу є найбільш поширеним, доступним і достовірним напрямом у матеріалознавстві. Мета роботи полягала у визначенні фрактальної розмірності графітових включень в залежності від їхньої форми та розподілу в структурі сірого чавуну. Пошук середньої фрактальної розмірності графітових включень проведено за допомогою комп’ютерної програми, алгоритм роботи якої полягає у визначенні найближчої збіжності значень фрактальних розмірностей, що обчислюються за допомогою клітинного та точкового методів. Наведено приклад застосування зазначеної комп’ютерної програми та алгоритму визначення фрактальних розмірностей графітових включень і металевої матриці, а також інших структурних складових сірого чавуну. Отримані розрахункові показники мають конкретні числові значення, тому у подальшому вони можуть бути використані для створення аналітичних моделей прогнозного визначення властивостей сірих чавунів в залежності від параметрів кінцевої структури. Показано, що за допомогою методу фрактального аналізу може бути вирішена задача стосовно достовірного й найбільш точного кількісного визначення графітних включень в структурі сірого чавуну. Розглянутий метод визначення фрактальної розмірності може бути корисним під час дослідження особливостей процесів структуроутворення та оцінки морфології графітових включень на різних стадіях оброблення сірих чавунів, починаючи з етапу виплавляння та завершуючи фінішною термічною обробкою. Додатково фрактальний аналіз може бути задіяно для визначення та оцінки впливу морфологічних параметрів графітових включень на формування показників якості сірих чавунів, що викликає певні труднощі при використанні традиційних методів кількісного аналізу. Подальші дослідження будуть сфокусовані на встановленні статистично значущих кореляційних зв’язків фрактальної розмірності з властивостями сірих чавунів, зокрема зміни твердості з урахуванням утворення структур змішаного або перехідного типу.
Ключові слова: фрактальний аналіз, фрактальна розмірність, структура, сірий чавун, графітові включення, металева матриця
DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-644-655
Посилання для цитування: Застосування фрактального аналізу для кількісної оцінки графітових включень в структурі чавуну / Е. В. Парусов, А. Ю. Борисенко, Е. В. Олійник, І. М. Чуйко, О. В. Парусов // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 644-655. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-644-655.
Перелік посилань
1. Xue X., Lin K., Yu W., Wu Z., Shen M., Xue T. Fractal theory-based contact analysis of surface microtextured involute spline coupling. Tribology International. 2024. Vol. 200. 110055. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.110055
2. Kotowski P. Fractal dimension of metallic fracture surface. International Journal of Fracture. 2006. Vol. 141. P. 269–286. https://doi.org/10.1007/s10704-006-8264-x
3. Lung C. W., Zhang S. Z. Fractal dimension of the fractured surface of materials. Physica D: Nonlinear Phenomena. 1989. Vol. 38(1–3). P. 242–245. https://doi.org/10.1016/0167-2789(89)90200-5
4. Trefilov V. I., Kartuzov V. V., Minakov N. V. Fractal dimension of fracture surfaces. Metal Science and Heat Treatment. 2001. Vol. 43. P. 95–98. https://doi.org/10.1023/A:1010537031635
5. Kabaldin Yu. G., Anosov M. S., Chernigin M. A. Estimation of structural damage in structural alloys obtained on the basis of 3D printing by electric arc welding based on fractal analysis of microstructures. Chernye Metally. 2023. Vol. 3. P. 65–73. https://doi.org/10.17580/chm.2023.03.11
6. Штофель О. О. Застосування методу фрактального аналізу до вивчення структури металу. Металознавство та обробка металів. 2019. T. 91. № 3. С. 40–46.
7. Shtofel O., Holovko V., Chyzhska T. Фрактальний та металографічний аналізи як інноватика у забезпеченні якості металевої продукції. Innovative Approaches to Ensuring the Quality of Education, Scientific Research and Technological Processes : Publishing House of University of Technology, Katowice, Poland, 2021. P. 1013–1018.
8. Штофель О. О., Рабкина М. Д. Застосування методу фрактального аналізу до вивчення зміни властивостей металу. Вісник КПІ. Серія Приладобудування. 2019. Вип. № 58(2). С. 28–33. https://doi.org/10.20535/1970.58(2).2019.189335
9. Штофель О. О. Вдосконалення методу фрактального аналізу для оцінки взаємозв’язку структури і властивостей конструкційних сталей : дис. канд. техн. наук : 05.16.01. Київ, 2021. 163 с.
10. Штофель О. О., Головко В. В., Чижська Т. Г. Застосування фрактального та металографічного аналізів для оцінки якості металу зварних швів. Автоматичне зварювання. 2021. № 5. С. 70–74. https://doi.org/10.37434/as2021.05.11
11. Shtofel O. O., Chizhskaya T. G., Kulieznova S. S. Metallographic studies of vessel steel samples: ДС, 35Г/40Г and steel 20 by fractal analysis. Journal of Multidisciplinary Engineering Science Studies (JMESS). 2020. Vol. 6. Iss. 2. P. 3047–3050.
12. Усов В. В., Рабкіна М. Д., Шкатуляк Н. М., Рибак Н. І., Штофель О. О. Застосування фрактального аналізу при діагностиці технічного стану елементів металоконструкцій. Технічна діагностика та неруйнівний контроль. 2022. № 1. С. 22–30. https://doi.org/10.37434/tdnk2022.01.02
13. Тороп В. М., Рабкіна М. Д., Штофель О. О., Усов В. В., Шкатуляк Н. М., Савчук О. С. Про причини руйнування арматурних канатів захисних оболонок енергоблоків АЕС. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2018. Т. 54. № 2. С. 98–106. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/PHKhMM_2018_54_2_14
14. Борисенко А. Ю., Левченко Г. В. Вплив ліквації на утворення графіту у чавунах. Наука і металургія : всеукраїнська науково-технічна конференція, 14-16 листопада 2023 р., м. Дніпро, ІЧМ НАНУ, 2023. С. 55. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-conferens.
15. Борисенко А. Ю., Левченко Г. В. Спадковість сірих чавунів. Наука і металургія : всеукраїнська науково-технічна конференція, 14-16 листопада 2023 р., м. Дніпро, ІЧМ НАНУ, 2023. С. 70. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-conferens.
16. Спосіб визначення фрактальної розмірності зображення : деклараційний патент 51439 Україна. № 2002042586 ; заявл. 02.04.2002 ; опубл. 15.11.2002, Бюл. № 11, 6 с.
17. Большаков В. И., Волчук В. Н., Дубров Ю. И. Фракталы в материаловедении. Днепропетровск : ПГАСА, 2006. 253 с.
