Владимир Алексеевич Ким
681013, Хабаровский край, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27
27, pr. Lenina, Komsomol’sk-na-Amure, Khabarovsk kray, 681013
Валерия Викторовна Лысенко
681013, Хабаровский край, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27
27, pr. Lenina, Komsomol’sk-na-Amure, Khabarovsk kray, 681013
Анна Алексеевна Афанасьева
681013, Хабаровский край, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27
27, pr. Lenina, Komsomol’sk-na-Amure, Khabarovsk kray, 681013
Хасан Ишимович Туркменов
100000, г. Ташкент, ул. Кары Ниязова 39
39, ul. Karu Niyazova, Tashkent, 100000
Структурная деградация материала при длительном термическом и силовом воздействии — комплексный процесс, который включает миграцию зеренных границ, зернограничную диффузию активных элементов внешней и технологической сред, водородное охрупчивание, старение, зернограничную коррозию и др. Использование фрактального и мультифрактального подхода при описании микроструктур открывает широкие возможности для количественной оценки структурной организации материала, уточняет и раскрывает механизмы структурных превращений. Мультифрактальная параметризация позволяет исследовать процессы структурной деградации по изображениям микроструктур и выявлять структурные изменения слабо различимые визуально. Для вычисления мультифрактальных спектров микроструктуры можно использовать любой количественный структурный показатель, но предпочтительнее тот, который обеспечивает максимальный диапазон изменения численных значений мультифрактальных компонентов. Представлены результаты исследования структурной деградации стали 15Х5М при длительной эксплуатации. Установили, что структурная деградация стали при эксплуатации в условиях высоких температур и напряжений сопровождается укрупнением микроструктурных объектов, уширением межзеренных границ и выделением дисперсных частиц, которые на изображении представляются в виде точечных объектов. Деградационные процессы приводят к увеличению диапазона изменения компонентов мультифрактальных спектров. Высокие значения комплексных показателей структурной организации указывают на рост неоднородности и хаотичности на микромасштабном уровне, но вместе с тем — на проявление упорядоченных комбинаций отдельных субмикроструктур. Такие структурные превращения обеспечивают наибольшую надежность и сопротивляемость материала к разрушению.
Structural degradation of the material upon long-term thermal and force impacts is a complex process which includes migration of the grain boundaries, diffusion of the active elements of the external and technological environment, hydrogen embrittlement, aging, grain boundary corrosion and other mechanisms. Application of the fractal and multifractal formalism to the description of microstructures opens up wide opportunities for quantitative assessment of the structural arrangement of the material, clarifies and reveals new aspects of the known mechanisms of structural transformations. Multifractal parameterization allows us to study the processes of structural degradation from the images of microstructures and identify structural changes that are hardly distinguishable visually. Any quantitative structural indicator can be used to calculate the multifractal spectra of the microstructure, but the most preferable is that provides the maximum range of variation in the numerical values of the multifractal components. The results of studying structural degradation of steel 15Kh5M upon continuous duty are presented. It is shown that structural degradation of steel during operation under high temperatures and stresses is accompanied by enlargement of the microstructural objects, broadening of the grain boundaries and allocation of the dispersed particles which are represented as point objects in the images. The processes of structural degradation lead to an increase in the range of changes in the components of the multifractal spectra. High values of complex indicators of structural arrangement indicate to an increase in heterogeneity and randomness at the micro-scale level, but at the same time, to manifestation of the ordered combinations of individual submicrostructures. Those structural transformations adapt the material to external impacts and provide the highest reliability and fracture resistance of the material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.