Оценка структурных превращений при термической обработке и эксплуатации конструкционных сталей с помощью компьютерной металлографии

• Автор: Белова, Инна Валерьевна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ, ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МЕТАЛЛОГРАФИИ
1.1 Количественное описание структурных изменений при тепловом и деформационном воздействии на материалы
1.2 Фрактальная параметризация структурной организации
материала
1.3 Место оптической металлографии в материаловедении
1.4 Связь микроструктуры с реальным строением материала
1.5 Перспективы компьютерной металлографии за счет развития методов цветовой обработки изображений
Выводы
Цель и задачи работы
ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Методика металлографических исследований
2.2 Методика определения физико-механических свойств
2.3 Определение количественных металлографических характеристик
с помощью программы Image.Pro.Plus.5.
2.4 Методика исследования микро- и мезоструктуры сталей при различных видах термической обработки
2.5 Методика определения энергии активации по дилатометрической кривой
2.6 Метод определения износостойкости
Выводы
ГЛАВА 3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И

ОЦЕНКА ИХ ТОЧНОСТИ
3.1 Количественные показатели интерфейса структурного состояния поликристаллического материала
3.2 Алгоритм устранения дефектов металлографических шлифов
Выводы
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
4.1 Сравнительный анализ микроструктур стали 45, образованных при различных режимах термической обработки
4.2 Влияние микроструктуры конструкционных и легированных сталей на износостойкость
4.3 Энергия активации процесса разложения мартенсита при отпуске
4.4 Кинетика распада мартенсита при отпуске
Выводы
ГЛАВА 5 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СТРУКТУРНОЙ ДЕГРАДАЦИИ СТАЛИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ И ТЕМПЕРАТУРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
5.1 Количественный анализ деградации структуры змеевика из стали 15Х5М печи П-
5.2 Количественный анализ деградации структуры змеевика П
из стали 08X18Н1 ОТ
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Оптическая и электронная металлография занимают весомое место в структурном анализе материала, благодаря визуальной оценке структурных изменений при различных энергетических, химических и иных воздействиях, возникающих в процессах обработки и эксплуатации материала, а также возможности получения количественных показателей отдельных структурных составляющих, используемых для прогнозирования, оптимизации и математического описания взаимосвязи «состав-структура-свойства» материала.
Традиционные количественные показатели, определяемые по изображениям микроструктур, базируются, главным образом, на описании зеренного строения материала. К ним относят, в частности, количество зерен на единичной площади шлифа, балл зернистости, средний размер зерна и субзерна. Используя эти показатели, были получены важные для материаловедения математические соотношения между зеренной организацией и механической прочностью, пластичностью, деформационной упрочняемостью и сопротивляемостью материала различным видам разрушения, а также уравнения миграции границ зерен и кинетики роста новых фаз.
Развитие компьютерных программ обработки изображений расширило и усилило возможности количественной оценки состояния микроструктур. Приложение теории фракталов и синергетики к материаловедению позволило количественно оценивать степень неоднородности и упорядоченности структуры, развитость границ раздела, а также количественно описать кинетику структурной самоорганизации, развивающуюся в неравновесных условиях. Благодаря этому появилось новое направление — фрактальное материаловедение, позволяющее создавать материалы нового поколения с уникальными неравновесными структурами и физико-механическими свойствами.

ГЛАВА 3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА
ИХ ТОЧНОСТИ
ЗЛ Количественные показатели структурного состояния поликристаллического материала
Количественное описание структурного состояния является основной задачей металлографии. Основой компьютерной оптической металлографии являются цифровое изображение структуры материала, комплекс программных продуктов для обработки изображений и набор количественных показателей структурных составляющих. Используя количественные характеристики отдельных элементов структуры, можно создавать комплексные показатели и симплексы для описания кинетики структурных изменений при механическом и тепловом воздействии, а также потере структурной устойчивости в процессе эксплуатации и разрушения.
Каждая структурная составляющая обладает своей свободной энергией, которая в удельном выражении характеризуется химическим потенциалом. На микроструктурном уровне наибольшей энергетикой обладают границы зерен и раздела фаз, поэтому они проявляют наибольшую активность во всех структурных процессах и при взаимодействии материала с внешней средой. Высокая свободная энергия границ позволяет идентифицировать их с помощью специальных реактивов, и эта методика является основной процедурой подготовки шлифов для оптической металлографии.
Структурные превращения, связанные с изменением размера и формы зерна самым непосредственным образом отражаются на геометрии границ. Выход