Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Повышение качества металлопродукции на основе разработки новых и совершенствования существующих методов количественной металлографии

Диссертация: Повышение качества металлопродукции на основе разработки новых и совершенствования существующих методов количественной металлографии
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

С использованием анализатора изображения разработана методика оценки загрязненности стали неметаллическими включениями листового и рулонного проката, используемого для производства нефтепроводных труб. Эта методика позволила значительно повысить объективность назначения балла по ГОСТ 1778–70 и может послужить основой отраслевого стандарта. Сличение результатов измерений, полученных с помощью… Читать ещё >

Повышение качества металлопродукции на основе разработки новых и совершенствования существующих методов количественной металлографии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Аналитический обзор литературы
    • 1. 1. Стереология в металлографии
    • 1. 2. Сравнительный анализ методов оценки неметаллических 16 включений в стали
      • 1. 2. 1. Методы сравнения с эталонными шкалами
      • 1. 2. 2. Планиметрические методы
      • 1. 2. 3. Линейные методы
      • 1. 2. 4. Точечные методы
    • 1. 3. Сравнительный анализ подходов к оценке зеренной структуры 21 стали и сплавов и их недостатки
      • 1. 3. 1. Метод сравнения с эталонными шкалами
      • 1. 3. 2. Метод секущих
      • 1. 3. 3. Метод планиметрирования
      • 1. 3. 4. Метод узловых точек Салтыкова
    • 1. 4. Стандарты
      • 1. 4. 1. Стандарты для определения загрязненности стали 32 неметаллическими включениями
      • 1. 4. 2. Стандарты по определению размера зерна
      • 1. 4. 3. Стандарты для оценки структуры чугуна
    • 1. 5. Анализаторы изображения
    • 1. 6. Постановка задачи
  • Глава 2. Материалы и методика исследований
    • 2. 1. Материалы исследования
    • 2. 2. Методика исследования
      • 2. 2. 1. Методика металлографического анализа
      • 2. 2. 2. Методика проведения микрорентгеноспектрального анализа
  • Глава 3. Совершенствование методов исследования 54 микроструктуры стали и чугуна
    • 3. 1. Разработка методики количественной оценки загрязненности 54 стали неметаллическими включениями
      • 3. 1. 1. Микрорентгеноспектральный анализ неметаллических 56 включений
      • 3. 1. 2. Разделение включений по типам, предусмотренным ГОСТ
      • 3. 1. 3. Оцифровка стандартных шкал
      • 3. 1. 4. Градуировочные кривые для назначения балла
      • 3. 1. 5. Реализация методики с помощью анализатора изображения 78 Thixomet
      • 3. 1. 6. Измерение стереологических параметров
      • 3. 1. 7. Сравнение данных автоматического и визуального анализа
    • 3. 2. Оценка характера распределения второй фазы в металлической 85 матрице
    • 3. 3. Оценка вклада пограничных зерен в определение балла зерна с 91 использованием панорамных изображений
    • 3. 4. Метрологическое освидетельствование анализатора 103 изображения как средства измерения
  • Глава 4. Исследование связи структуры, свойств и технологии 113 производства сплавов железо-углерод
    • 4. 1. Панорамный подход к оценке структуры чугуна
      • 4. 1. 1. Взаимосвязь структуры и свойств чугуна с шаровидным 114 графитом
      • 4. 1. 2. Оценка структуры чугуна GGG
    • 4. 2. Влияние размера зерна на свойства стали
    • 4. 3. Панорамные исследования как основа металлургической 130 экспертизы
      • 4. 3. 1. Исследование дефектов горячекатаного листа
  • Выводы

Задачу повышения качества металлопродукции невозможно решить без информации о структуре металла. Объективную оценку качества структуры можно получить только методами количественной металлографии, основой которой является стереология.

Стереология, как наука о количественной интерпретации трехмерной структуры материалов на основе обработки информации, полученной на двухмерных изображениях, впервые в мире была создана в середине прошлого века С. А. Салтыковым, работавшим в Ереванском политехническом институте. В 1970 г. Салтыков С. А. опубликовал уже третью редакцию своей книги «Стереометрическая металлография», когда на западе вышла первая в области количественной металлографии книга Ирвина Андервуда, профессора из технического университета в Атланте (США, штат Джорджия).

Несмотря на такой значительный приоритет в теории, сегодня Россия существенно отстает от США и Европы в практическом использовании количественной металлографии. Такое отставание не только сдерживает интеграцию России в мировую экономику из-за проблем совместимости отечественных и зарубежных стандартов, но и отрицательно отражается на объективности оценки качества структуры материалов при входном и выходном контроле на внутреннем российском рынке. К сожалению, в России сегодня нет ни одного отечественного стандарта, регламентирующего качество структуры материалов и основанного на стереологических измерениях с помощью автоматического анализа изображений. Вместо этого, как и десятки лет назад, для оценки структуры сталей и сплавов в большинстве российских стандартов используются визуальные методы сравнения с эталонными шкалами.

Более того, «взглянуть» на эталонные шкалы визуальных методов «Ш» ГОСТ 1778–70 «глазами» стандарта ASTM Е 1245, основанного на автоматическом анализе изображений, можно лишь при высоком разрешении микроскопа, соответствующем увеличению х500, чтобы отличить оксиды от сульфидов и точно определить их метрические характеристики. При этом, в соответствии с ГОСТ 1778–70 нужно оценить поле зрения, видимое в окуляры микроскопа при увеличении хЮО. Это задача неразрешима в рамках классической металлографии, так как в микроскоп невозможно видеть много и с хорошим разрешением.

Аналогичные проблемы возникают и при металлургической экспертизе макродефектов, причиной образования которых являются особенности микроструктуры или неметаллические включения, исследование которых возможно только при больших увеличениях. В классической металлографии всегда нужно искать компромисс между изучаемой площадью и разрешением, с которым эта площадь изучается.

Исходя из вышеизложенного, становится понятной актуальность настоящей работы, целью которой является разработка новых и совершенствование существующих методов количественной металлографии для повышения качества металлопродукции.

Для достижения вышеуказанной цели поставлены и решены следующие задачи:

Разработать методы панорамных исследований для количественного описания структуры сталей и сплавов с помощью автоматического анализатора изображений.

На примере ГОСТ 1778–70 разработать методику автоматизации методов, основанных на стандартных шкалах. Показать возможности панорамных методов исследования для гармонизации отечественных и зарубежных стандартов.

Провести метрологическое освидетельствование программного обеспечения как средства измерения.

Разработать методику прогнозирования механических свойств металлических материалов со второй фазой на основе количественного описания ее морфологии и характера взаимного расположения.

Оценить системную ошибку, вносимую пограничными зернами, при оценке среднего размера зерна стали на панораме и отдельных полях зрения.

Показать преимущества панорамных исследований при проведении металлургической экспертизы.

Научная новизна.

1. Разработаны методы панорамных исследований структуры материалов и показаны их преимущества по сравнению с методами традиционной металлографии для количественного описания и оценки качества структуры сталей и сплавов, а также при металлургической экспертизе дефектов металлопродукции.

2. Показан вклад пограничных зерен в оценку среднего размера зерна и их характер распределения по размерам. Показано, что исключенные из рассмотрения пограничные зерна при анализе на отдельных полях зрения значительно искажают характеристику распределения по размеру, в частности, теряется информация о наиболее крупных зернах, оказывающих значительное влияние на механические свойства стали.

3. Предложена методика оценки равномерности распределения частиц второй фазы в металлической матрице. Рассчитанный на основе этой методики параметр асимметрии описывает распределение графитовой составляющей в металлической матрице и не зависит от количества включений, а также размера анализируемого изображения. Методика апробирована на оценке распределения графита в чугуне, но может быть распространена на любые стали и сплавы со сложной морфологией второй фазы.

4. На примере чугуна с шаровидным графитом марки ВЧ40 установлена зависимость механических свойств от структуры, что может быть использовано для входного контроля металлопродукции, основанного только на металлографической оценке и последующего прогнозирования механических свойств чугуна по его структуре.

5. Показано, что панорамные исследования могут служить одним из основных инструментов металлургической экспертизы, позволяющим вскрыть природу дефектов и повысить качество металлопродукции. В частности, с использованием панорамных исследований установлена единая природа нескольких дефектов, возникающих при горячей прокатке трубной стали и связанных с особенностями течения металла на захоложенной кромке листа.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается:

1. Применением анализатора изображения Thixomet, который по результатам международных круговых измерений был аттестован как средство измерения Государственным предприятием «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева».

2. Использованием современного оборудования, расходных материалов и передовых методик пробоподготовки фирмы Buehler.

3. Широкомасштабным использованием разработанных методик при оценке качества металлопродукции в нескольких десятках металлографических лабораторий России.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Показано, что панорамные исследования могут быть использованы для автоматизации методик ГОСТ, основанных на визуальных методах сравнения с эталонными шкалами. В частности, разработана методика разделения неметаллических включений по типам в соответствии с методом Ш6 ГОСТ 1778–70. На основе результатов «оцифровки» эталонных шкал, а также с учетом уравнений, положенных в основу их создания, обоснованы градуировочные кривые для пересчета объемного процента включений в балл, соответствующий ГОСТ 1778–70. Найденные градуировочные кривые могут служить основой гармонизации ГОСТ 1778–70 и ASTM Е1245.

2. С использованием анализатора изображения разработана методика оценки загрязненности стали неметаллическими включениями листового и рулонного проката, используемого для производства нефтепроводных труб. Эта методика позволила значительно повысить объективность назначения балла по ГОСТ 1778–70 и может послужить основой отраслевого стандарта. Сличение результатов измерений, полученных с помощью анализатора изображения, показало хорошую сходимость с результатами, полученными визуальной оценкой группой экспертов-металлографов, при этом доверительный интервал измерений, полученных с помощью анализатора вдвое меньше, чем при визуальной оценке.

3. Государственный сертификационный испытательный центр средств измерений государственного предприятия «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (Комитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации) выдал свидетельство об аттестации программного обеспечения Thixomet как средства измерений. Относительная погрешность измерений объемной доли и площади включений с помощью анализатора изображения Thixomet не превышает 7% и 6%, соответственно.

4. Разработанные методики панорамных исследований реализованы в анализаторе изображения Thixomet и широко используются для оценки качества металлопродукции на российских металлургических и машиностроительных заводах, в учебных и научно-исследовательских институтах. На кафедре «Стали и сплавов» СПбГПУ проводятся ежегодные семинары повышения квалификации работников этих заводов и институтов.

10. Результаты работы реализованы в анализаторе изображения Thixomet, который широко используются на российских металлургических и машиностроительных заводах, в учебных и научно-исследовательских институтах.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.А. Стереометрическая металлография: 3-е издание, переработанное и дополненное / С. А. Салтыков. М: Металлургия, 1970 -376 с.
  2. Е. Е. Quantitative Stereology, p. 274, Reading, MA: Adison-Wesley Publishing Company, 1970
  3. Vander Voort, G. F. Metallography, principles and practice, ASM International, New York: McGraw-Hill, 1999
  4. , С.А. Введение в стереометрическую металлографию / С. А Салтыков. Ереван.: Изд-во АН Арм. ССР, 1950 — с.
  5. С.А. Стереометрическая металлография / С. А Салтыков. — 2-е изд., перераб. и доп М.: Металлургиздат, 1958 — 446с.
  6. , С. А. Стереометрическая металлография : Стереология металлических материалов: Учеб. пособие для вузов / С. А. Салтыков. — Москва: Металлургия, 1976 .— 271 с.
  7. Vander Voort, G. F.: Inclusion Measurement, Metallography as a Quality Control Tool, Plenum Press, Plenum Publishing Corporation, New York, 1980, pp. 1−88.
  8. , A. H. Металлографическое определение включений в стали / А. Н. Червяков, С. А. Киселева, А. Г. Рыльникова .— Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Металлургиздат, 1962 .— 248 с.
  9. ГОСТ 1778–70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.
  10. Walker, G. W.: «Rating of Inclusions ('Dirt Chart'),» Met. Prog., vol. 35, February 1939, pp. 167, 169, 170.
  11. Diergarten, H.: «Classification of Roller Bearing Steels According to Inclusion Content,» Arch. Eisenhuettenwesen, vol. 10, 1936, pp. 197−210
  12. Rinman, В., H. Kjerrman, and B. Kjerrman: «Chart for the Estimation of Inclusions in Steel,» Jernkontorets Ann., vol. 120, 1936, pp. 199−226.
  13. Barteld, К., and A. Stanz: «Microscopic Examination of Specialty Steels for Non-Metallic Inclusions with Reference Inclusion Charts,» Arch. Eisenhuettenwesen, vol. 42, 1971, pp. 581— 597.
  14. Polushkin E. Trans. Amer. Inst. Min. And Metallurg. Engrs, 1924, v.70, p. l
  15. M. С. Аронович и И. M. Любарский. Определение общего количества неметаллических включений в стали микроскопическим путем, Металлург, № 9, 1936.
  16. , П.К. К вопросу о методике определения неметаллических включений // Заводская лаборатория, 1938 — № 3.
  17. Алисанова, 3. И. Метод определения загрязненности стали неметаллическими включениями // Заводская лаборатория, 1947- № 1.
  18. , А. М. Мох Е. Д. и др. Определение неметаллических включений в пробах металла, взятых по ходу плавки // Заводская лаборатория, 1949 — № 3.
  19. , В.А. Инструкция по исследованию стального слитка ВНИТОМ, 1940.
  20. С.А. Заводская лаборатория, 1939, т. 8, № 5, с. 1259
  21. Howard R.T., Cohen М. Trans. AIMME, 1947, v. 172, p. 413
  22. Геометрические методы количественного анализа агрегатов под микроскопом / А. А. Глаголев. Львов.: Госгеолиздат, 1941
  23. , В. Дворак Д. Микроскопический метод в металловедении. Изд-во «Металлургия», 1967
  24. , W. М., and С. S. Smith: «A Study of Grain Shape in an Aluminum Alloy and Other Applications of Stereoscopic Microradiography,» Trans. Am. Inst. Min. Metall. Eng., vol. 194, 1952, pp. 755−765- vol. 197, 1953, pp.741−743.
  25. , Г. А. Основы металловедения : Учеб. для втузов / Г. А. Кащенко .— 3-е изд., перераб. и доп .— М.- Л.: Машгиз, 1959 .— 395 с.
  26. Лахтин, Юрий Михайлович. Металловедение и термическая обработка металлов: учебник для техникумов / Ю. М. Лахтин .— 2-е изд., перераб. и доп .— М.: Металлургия, 1979 .— 320 с.
  27. Кудря, Роль разномасштабных структур в обеспечении пластичности и вязкости структурно-неоднородных сталей // МИТОМ, 2005 — № 5.
  28. Vander Voort, G. F.: ASTM Committee E-4 and Grain Size Measurements
  29. Snyder R., Graff H. Metal Progr., 1938, v.33, № 4
  30. Hilliard J.E. Metal Progr., 1964, v.85, № 5, p. 99
  31. Abrams, H. Practical Applications of Quantitative Metallography, Am. Soc. Test. Mater., Spec. Tech. Publ. 504, 1972, pp. 138−182.
  32. Abrams, H. Grain Size Measurement by the Intercept Method, Metallography, vol. 4, 1971, pp. 59−78.
  33. , H. А. Металлография и общая технология металлов : учеб. пособие для технических училищ / Н. А. Богомолова, Л. К. Гордиенко .— М.: Высш. шк., 1983 .— 79 с.
  34. Book of ASTM Standards, Part 1, Metals. Amer. Soc. Test. Mater., Philadelphia
  35. Gundersen, H.J.G. notes on the estimation of the numerical density of arbitrary profiles: the edge effect? Journal of Microscopy, Vol. Ill, Pt 2 November 1977, pp. 219−223
  36. Smith, C. S. Grain Shapes and Other Metallurgical Applications of Topology, Metal Interfaces, American Society for Metals, Cleveland, 1952, pp. 65 113.
  37. DIN 50 602. Анализ неметаллических включений в стали
  38. Е45−05. Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel
  39. El245−03. Standard Practice for Determining the Inclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by Automatic Image Analysis
  40. E 1122 96 (Reapproved 2002). Standard Practice for Obtaining Ж Inclusion Ratings Using Automatic Image Analysis
  41. DIN 50 601. Величина зерна в сталях и сплавах.
  42. Е 112−96 (Reapproved 2004). Standard Test Methods for Determining Average Grain Size
  43. E 1382 97 (Reapproved 2004). Standard Test Methods for Determining Average Grain Size Using Semiautomatic and Automatic Image Analysis
  44. ГОСТ 5939–82. Стали и справы. Методы выявления и определения величины зерна.
  45. ГОСТ 3443–80. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.
  46. ISO 945−1975 (Е). Cast iron Designation of microstructure of graphite
  47. ASTM A 247 Standard Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings
  48. JIS G 5502 Spheroidal graphite iron castings
  49. Металлография сплавов железа. Справочник, под ред. M.JI. Бернштейна. Пер с нем. — М: «Металлургия» 1985. — 284 с.
  50. А.П. Гуляев. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6-е изд., перераб. и допол. М: «Металлургия», 1986 — 544 с.
  51. Ю.М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для ВУЗов. 3-е изд. М: «Металлургия», 1983 — 360 с.
  52. Wang Zhiping, Lu Yang, Wu Chenwed, Xu Jianlin, Yang Xinzhuang. Cast-iron metallographic structure by computer picture processing system. Journal of Cansu University of Technology, Vol. E-l, No. 1. Dec., 1997 p. 29 — 32.
  53. H.C., Алымов Р. Б. Цифровая обработка изображений при решении задач стереометрической металлографии // Мех. и физ. фрикц. контакта: Твер. Гос. Тех. Университет. — 1999 с. 99 — 105.54. Проспект фирмы «Leica». 5 5. Проспект ЦНИИ КМ «Прометей».
  54. Проспект фирмы «Karl Zeiss, Jena».
  55. Проспект фирмы «Cambridge Instruments».
  56. Марочник сталей и сплавов / М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю. В. Каширский и др.- Под общей редакцией А. С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2001. — 672 с.
  57. Справочник по металлографическому травлению / М. Беккерт, X. Клемм. — Лейпциг, 1976. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. — 336 с.
  58. Schwarz, Н., Exner, Н.Е. The characterization of the arrangement of feature centroids in planes and volumes// J. Microsc., 1983 129:155
  59. Russ, John C. The image processing handbook: 2nd ed. / John C. Russ -CRC Press, Inc., 1995 675p.
  60. P.E. Danielsson. Euclidean distance mapping// Computer Graphics and Image Processing., 1980 14:227−248
  61. , Ю.К. Пузырьков-Уваров, O.B. Ермолин, И. Г. Бородулина В.В.// Литейное производство, — 1977 — № 5
  62. , О.В. // Литейное производство — 1982 № 6. С. 5−6.
  63. , И.П. Сопротивление разрушению стали и чугуна /. — М.: Металлургия, 1993. -192с.
  64. , В.И. Хубенов, Г.Н. Котова, Л. А. Количественная оценка формы графита в высокопрочном чугуне // Литейное производство — 1979 — N5, с.11−12
  65. , В.И. // Литейное производство. 1983. № 1. С. 9−10.
  66. , В.М. Волчок, И.П.// Литейное производство. 1981, № 2, с. 7−8.
  67. , Ю.А. Шаломеев, А.А. Волчок, И. П. Лунев, В.В. // Литейное производство. 1968. № 1. С. 46−47.
  68. , И.П. Стадник, М.М. Силованюк, В.П. и др.//Физ,-хим. механика материалов. 1984. № 3. С. 89−92.
  69. , В.В. Андрейкив. А. Е. Стадник, М.М.// Докл. АН УССР, 1976, № 7. С. 637−640.
  70. , М.М. Силованюк, В.П.// Физ.-хим. механика материалов. 1980, № 4. С. 84−89.
  71. , М.М. Силованюк, В.П.// Физ.-хим. механика материалов. 1980. № 5. С. 56−60.
  72. , В.М. Волчок, И.П.// Литейное производство. 1979, № I.e. 29.
  73. , К.И. Софрони, Л. Магниевый чугун М.: Машгиз, 1960, -485с.
  74. , В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. -К.: Наукова думка, 1987. -206с.
  75. , В.И. Хубенов, Г.Н. Котова, Л. А. Количественная оценка формы графита в высокопрочном чугуне // Литейное производство — 1979 — N5 с.11−12
  76. M.I. Взаимосвязь между степенью сфероидизации и анизотропией включений и механическими свойствами чугуна с шаровидным графитом // Pakistan I. Sci. Research. —1978 30 с 102−10
  77. Jolley G., Holdsworth S.R. Ductile fracture initiation and propagation in ferritic S.G. cast iron//4th Int. Conf/ on Fract. Iune 1877 Canada-P.403−413
  78. Сверхмелкое зерно в металлах. Пер. с англ. / Под ред. Л. К. Гордиенко. -М.: «Металлургия», 1973. 384 с.
  79. Дефекты стали: справочник / С. М. Новоюценова, М. И. Виноград, Б.A. Клыпин и др. — под ред. С. М. Новокщеновой, М. И. Виноград. Москва: Металлургия, 1984. — 198 с.
  80. Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М.: «Металлургия», —1979. -188 с.
  81. , А.А. Герасимова, Л.П. Дефекты в металлах. Справочник-атлас. -М.: «Русский университет», -2002. —360 с.
  82. , В.Д. Дефекты прокатной стали и меры борьбы с ними /B.Д. Трофимчук. Москва: Металлургиздат, -1954. — 631 с. — Библиогр.: с.618−625
  83. Ю.В. Коновалов. Справочник прокатчика. М.: «Металлургия», -1977. -354с.
  84. , В.Л. Предупреждение дефектов листового проката / В. Л. Мазур, А. И. Добронравов, П. П. Чернов. — Киев: Техшка, -1986. 141 с.
  85. , Г. А. Поверхностные дефекты легированных сталей / Г. А. Буряковский, Р. Д. Мининзон. -М.: Металлургия, -1987. 156,1. с.
  86. , Е. Ф. Контроль дефектов проката / Е. Ф. Гаврилин, И. П. Шулаев. Москва: Металлургия, —1991. — 112 с.
  87. , З.М. Дефекты легированной стали. М. -Свердловск: «Металлургиздат», 1960.
  88. Классификатор дефектов горячекатаных полос и листов ОАО «Северсталь», Череповец, -1998. -36 с.
  89. , В.Н. Горячая прокатка широких полос / В. Н. Хлопонин, П. И. Полухин, В. И. Погоржельский, В. П. Полухин.. М.: Металлургия, -1991.-195,[2] с
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!