Использование информационной энтропии структуры стали для определения качества и ресурса ее функциональных свойств

Авторы

  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2020-3-15-24

Ключевые слова:

сталь, закалка, отпуск, энтропия, упорядоченность, мультифрактал

Аннотация

При проведении металлографического анализа возникают трудности в инвариантном воспроизведении его структуры, поскольку для одного и того же металла наблюдаются различные изображения, что создает неопределенность в идентификации структуры. В статье представлены информационные параметры энтропийной модели, полученные в результате мультифрактальной параметризации термообработанной стали 60С2А.

Получены оценки качества структуры и ресурса функциональных свойств стали, установлен режим термообработки, обеспечивающий оптимальную структуру стали 60С2А. Управляющие параметры режима термообработки: различный состав и температура закалочной среды, температура отпуска.

Выделяются три группы структурных состояний термообработанной стали по «норме хаотичности» поведения активных элементов структуры по отношению к равновесному состоянию стали:

– значительный рост энтропии Ht = 17 при незначительной величине параметра порядка KS = 0,02…0,04; запас информационной памяти 30..32 %;

– незначительное изменение энтропии Ht = 15,5…15,8; параметр порядка KS = 0,05…0,13; запас информационной памяти 16..21 %;

– снижение энтропии Ht = 12,6…13,6 при неизменном параметре порядка KS = 0,04; запас информационной памяти 4…7 %.

Наблюдается экстремальный характер изменения энтропии в зависимости от величины концентрации водного раствора ПЗЖ закалочной среды. Экстремальный характер изменения энтропии возникает в интервале 6…11 % ПЗЖ в результате смены типа самоорганизации – перехода от термодинамического при содержании 0…6 % ПЗЖ к динамическому при содержании 11…12 % ПЗЖ. В интервале 0…11 % ПЗЖ величина параметра порядка практически неизменна, в то же время происходят заметные изменения энтропии.

Результаты исследования энтропийной модели структуры термообработанной стали 60С2А позволяют сделать вывод о возможности создания классификационной таблицы структурных состояний стали на основе информационной энтропии и параметра порядка, оценки запаса информационной памяти качества функциональных свойств структуры для прогнозирования надежности эксплуатации.

Библиографические ссылки

Хакен Г. Информация и самоорганизация. М. : Мир, 1991. 240 с.

Встовский Г. В., Колмаков А. Г., Бунин И. Ж. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов. Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2001. 116 с.

Бриллюэн Л. Научная неопределенность и ин-формация. М. : КомКнига, 2006. 272 c.

Титов A. B. Влияние режимов термической об-работки на микроструктуру пружин ответственного назначения из стали 60С2А и титанового сплава ВТ16 // Металлообработка. 2015. № 5 (89). С. 43–49.

Большаков В. И., Дубров Ю. И., Жевтило Е. Ю. Информационная энтропия как средство оценки качества металла // Вiсник ПДАБА До 80-piччя Приднiпровської державної академії будiвництва та ар-хiтектури. 2010. № 1. С. 49–55.

Большаков В. И., Дубров Ю. И., Жевтило Е. Ю. Исследования работоспособности и эффективности эмпирического прогнозирования качественных характеристик стали на предпроектной стадии её проектирования // Доп. НАН Українu. 2009. № 9. С. 103–106.

Синергетика и фракталы в материаловедении / В. С. Иванова, А. С. Баланкин, И. Ж. Бунин, А. А. Оксогоев. М. : Наука, 1994. 383 с.

Vstovsky V., Bunin I. Multifractal parametrization of structures in material science, J. Advanced Materials, 1994, 1, 230-240.

Встовский Г. В. Элементы информационной физики. М. : МГИУ, 2002. 260 с.

Белых В. В., Муравьев В. В., Степанов В. А. Применение обобщенного распределения Парето для определения структурных параметров графита в чугуне // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 1. С. 52–61. DOI 10.22213/2413-1172-2019-1-52-61.

Воробьев В. Л. Термодинамические основы диагностики и надежности микроэлектронных устройств. М. : Наука, 1989. 159 с.

Климонтович Ю. Л. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем // Успехи физ. наук. 1996. Т. 166, № 11. С. 1231–1243.

Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. М. : Янус-К, 2002. 284 с.

Фрактальный анализ рентгенограмм / В. П. Иванников, В. Г. Суфиянов, В. В. Белых, В. А. Степанов // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2009. № 3. С.150–154.

Опубликован

2020-11-08

Выпуск

Раздел

Статьи