Измерительная система для мониторинга процесса микродугового нагрева при поверхностном упрочнении стальных изделий

Журнал «Измерительная техника», №3, 72 стр.
Март 2021

Измерительная система для мониторинга процесса микродугового нагрева при поверхностном упрочнении стальных изделий

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-3-33-39
Авторы: Макар Степанович Степанов, Ирина Геннадьевна Кошлякова
Ключевые слова: термоэлектрический датчик, микродуговой нагрев, поверхностное упрочнение стали, измерительная система, ступенчато вложенный эксперимент, воспроизводимость метода измерений
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Исследована технология ускоренной термической обработки при упрочнении стальных изделий. Проанализирована возможность измерения температуры стальных изделий термоэлектрическими платина-платинородиевыми преобразователями в условиях микродугового нагрева. При проведении экспериментов в поверхность образца на одном уровне зачеканены рабочие спаи двух термопар типа S (платина-платинородий): рабочей и эталонной. Свободные концы термопар подсоединены к цифровому мультиметру и персональному компьютеру. Определено, что на результаты измерений влияют пять факторов: сила электрического тока в цепи; степень выгорания угольного порошка; калибровка; количество повторных циклов измерений; экземпляр термопары. При планировании опыта использована концепция проведения ступенчато вложенного эксперимента. Проведена статистическая обработка массива данных измеренных температур стального образца с использованием дисперсионного анализа. Рассчитаны показатели прецизионности метода измерений: повторяемость и воспроизводимость. Получена линейная математическая модель, связывающая показатель воспроизводимости метода измерений с измеряемым значением температуры. Предложена измерительная система для экспериментального определения температуры стального образца. Обосновано применение этой измерительной системы при различной плотности электрического тока на поверхности образца и изменяющейся продолжительности микродугового нагрева. Определены возможности выбора и контроля режимов микродугового нагрева в зависимости от требуемой температуры термообработки стального изделия.

Список литературы

1. Арсентьев П. П., Яковлев В. В., Крашенинников М. Г., Пронин Л. А., Филиппов Е. С. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988. 509 с.

2. Блинов О. М., Беленький А. М., Бердышев В. Ф. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Металлургия, 1993. 287 с.

3. Су Цзюнь, Кочан О. В., Йоцов В. С. Методы снижения влияния приобретенной термоэлектрической неоднородности термопар на погрешность измерения температуры // Измерительная техника. 2015. № 3. С. 52–55.

4. Су Цзюнь, Кочан О. В. Механизм возникновения приобретенной термоэлектрической неоднородности термопар и его влияние на результат измерения температуры // Измерительная техника. 2014. № 10. С. 38–42.

5. Ворошнин Л. Г., Менделеева О. Л., Сметкин В. А. Теория и технология химико-термической обработки. М.: Новое знание, 2010. 304 с.

6. Thermochemical Surface Engineering of Steels, ed. Eric J. Mittemeijer, Marcel A. J. Somers, Woodhead Publishing, 2015, 816 р.

7. Берлин Е. В., Коваль Н. Н., Сейдман Л. А. Плазменная химико-термическая обработка стальных деталей. М.: Техносфера, 2012. 464 с.

8. Суминов И. В., Белкин П. Н., Эпельфельд А. В. и др. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х томах. Т. 2. М.: Техносфера, 2011. 512 с.

9. Johansson K., Riekehr L., Fritze S., Lewin E., Surface and coatings technology, 2018, vol. 349, pp. 529–539. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.06.030

10. Ren K., Yue W., Zhang H., Surface and coatings technology, 2018, vol. 349, pp. 602–610. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.06.039

11. Qu C. C., Li J., Juan Y. F., Shao J. Z., Song R., BaI L. L., Chen J. L., Surface and coatings technology, 2019, vol. 357, pp. 811–821. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.10.100

12. Krinitcyn M., Pribytkov G., Korzhova V., Firsina I. Surface and coatings technology, 2019, vol. 358, pp. 706–714. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.12.001

13. Kirnbauer A., Kretschmer A., Koller C. M., Wojcik T., Mayrhofer P. H., Paneta V., Hans M., Schneider J. M., Polcik P., Surface and coatings technology, 2020, vol. 389, 125674. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125674

14. Aleksandrov V. A., Petrova L. G., Sergeeva A. S., Aleksandrov V. D., Akhmetzhanova E. U., Russian Engineering Research, 2019, vol. 39, no. 8, pp. 693–695. https://doi.org/10.3103/S1068798X19080033

15. Aleksandrov V. D., Petrova L. G., Sergeeva A. S., Russian Engineering Research, 2018, vol. 38, no. 1, pp. 49–52. https://doi.org/10.3103/S1068798X18010033

16. Степанов М. С., Домбровский Ю. М., Пустовойт В. Н. Диффузионное насыщение углеродистой стали в режиме микродугового нагрева // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 1 (739). С. 54–57.

17. Степанов М. С., Домбровский Ю. М., Пустовойт В. Н. Микродуговое диффузионное насыщение стали углеродом и карбидообразующими элементами // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 5 (743). С. 45–49.

18. Степанов М. С., Домбровский Ю. М. Термодинамический анализ реакций формирования карбидного слоя в стали при микродуговом насыщении молибденом // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 2. С. 77–81. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-2-77-81

19. Степанов М. С., Домбровский Ю. М. Создание покрытий карбидного типа при микродуговом термодиффузионном вольфрамировании стали // Материаловедение. 2018. № 1. С. 20–25.

20. Степанов М. С., Домбровский Ю. М., Давидян Л. В. Оценка механических свойств и природа упрочнения диффузионного слоя при микродуговом ванадировании стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 8. С. 625–630. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-625-630

21. Степанов М. С., Домбровский Ю. М., Давидян Л. В. Структура, фазовый состав, механические свойства и износостойкость стали после микродугового борованадирования // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 6. С. 446–451. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-446-451

22. Степанов М. С., Домбровский Ю. М. Измерительная система для определения температуры стали при микродуговом нагреве деталей сельскохозяйственных машин // XIII международная научно-практическая конференция «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса» в рамках XXIII агропромышленного форума юга России и выставки «ИНТЕРАГРОМАШ». Ростов-на-Дону, 2020. С. 272–274.

23. Черепин В. Т. Экспериментальная техника в физическом металловедении. Киев: Технiка, 1968. 280 с.

The measuring system for monitoring the microarc heating process during surface hardening of steel products

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-3-33-39
Аuthors: Makar S. Stepanov, Irina G. Koshlyakova
Keywords: thermoelectric sensor, microarc heating, steel surface hardening, measuring system, stepwise nested experiment, measurement method reproducibility

Annotation

The accelerated heat treatment during steel products hardening technology has been investigated. The possibility of measuring the temperature of steel products by thermoelectric platinum-platinum-rhodium thermocouple under microarc heating conditions is analyzed. During the experiments, working junctions of two S-type thermocouples: working and standard, were coined into the sample surface at the same level. The free thermocouples ends were connected to a digital multimeter and a personal computer. It was determined that 5 factors affect the measurement results: the electric current strength in the circuit, carbon powder, calibration, number of repeated measurement cycles, and a thermocouple copy. When planning the experiment, the concept of conducting a step-by-step nested experiment was used. Variance analysis method was used to process the experimental results. The measurement method precision parameters were calculated: repeatability and reproducibility. A linear mathematical model linking the measurement method reproducibility index with the measured temperature value has been obtained. A linear mathematical model is obtained that relates the reproducibility index of the measurement method to the measured temperature value. A measuring system for the experimental determination of the temperature of a steel sample is proposed and its application is justified for different electric current densities on the sample surface and varying duration of microarc heating. The possibilities of selecting and controlling the microarc heating modes depending on the required temperature of the heat treatment of the steel product are determined.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46