izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-3-33-39izmertech-1999Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSИзмерительная система для мониторинга процесса микродугового нагрева при поверхностном упрочнении стальных изделийThe measuring system for monitoring the microarc heating process during surface hardening of steel productshttps://orcid.org/0000-0002-1537-9397СтепановМ. С.StepanovM. S.

Макар Степанович Степанов

Ростов-на-Дону

Makar S. Stepanov

Rostov-on-Don

stepanovms@yandex.ruКошляковаИ. Г.KoshlyakovaI. G.

Ирина Геннадьевна Кошлякова

Ростов-на-Дону

Irina G. Koshlyakova

Rostov-on-Don

metrolog-ira@mail.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202126092023033339Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1999

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.

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.

термоэлектрический датчикмикродуговой нагревповерхностное упрочнение сталиизмерительная системаступенчато вложенный экспериментвоспроизводимость метода измеренийthermoelectric sensormicroarc heatingsteel surface hardeningmeasuring systemstepwise nested experimentmeasurement method reproducibilityReferencesАрсентьев 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.Arsent’ev P. P., Yakovlev V. V., Krasheninnikov M. G., Pronin L. A., Filippov E. S., Fiziko-khimicheskie metody issledovaniya metallurgicheskikh protsessov, Moscow, Metallurgiya Publ., 1988, 509 p. (in Russ.).Блинов О. М., Беленький А. М., Бердышев В. Ф. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Металлургия, 1993. 287 с.Blinov O. M., Belen’kii A. M., Berdyshev V. F., Teplotekhnicheskie izmereniya i pribory, Moscow, Metallurgiya Publ., 1993, 287 p. (in Russ.).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.Jun S., Kochan O. V., Jotsov V. S., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 3, pp. 327–331. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0709-zСу Цзюнь, Кочан О. В. Механизм возникновения приобретенной термоэлектрической неоднородности термопар и его влияние на результат измерения температуры // Измерительная техника. 2014. № 10. С. 38–42.Jun S., Kochan O. V., Measurement Techniques, 2015, vol. 57, no. 10, pp. 1160–1166. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0596-3Ворошнин Л. Г., Менделеева О. Л., Сметкин В. А. Теория и технология химико-термической обработки. М.: Новое знание, 2010. 304 с.Voroshnin L. G., Mendeleeva O. L., Smetkin V. A., Teoriya i tekhnologiya khimiko-termicheskoi obrabotki, Moscow, Novoe znanie Publ., 2010, 304 p. (in Russ.).Thermochemical Surface Engineering of Steels, ed. Eric J. Mittemeijer, Marcel A. J. Somers, Woodhead Publishing, 2015, 816 р.Thermochemical Surface Engineering of Steels, ed. Eric J. Mittemeijer, Marcel A. J. Somers, Woodhead Publishing, 2015, 816 р.Берлин Е. В., Коваль Н. Н., Сейдман Л. А. Плазменная химико-термическая обработка стальных деталей. М.: Техносфера, 2012. 464 с.Berlin E. V., Koval’ N. N., Seidman L. A., Plazmennaya khimiko-termicheskaya obrabotka stal’nykh detalei, Moscow, Tekhnosfera Publ., 2012, 464 p. (in Russ.).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.Suminov I. V., Belkin P. N., Ehpel’fel’d A. V., Plazmennoehlektroliticheskoe modifi tsirovanie poverkhnosti metallov i splavov, in 2 vol., vol. 2, Moscow, Tekhnosfera Publ., 2011, 512 p. (in Russ.).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.2018.06.030Johansson K., Riekehr L., Fritze S., Lewin E., Surface and coatings technology, 2018, vol. 349, pp. 529–539. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.06.030Ren K., Yue W., Zhang H., Surface and coatings technology, 2018, vol. 349, pp. 602–610. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.06.039Ren K., Yue W., Zhang H., Surface and coatings technology, 2018, vol. 349, pp. 602–610. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.06.039Qu 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.2018.10.100Qu 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.2018.10.100Krinitcyn M., Pribytkov G., Korzhova V., Firsina I. Surface and coatings technology, 2019, vol. 358, pp. 706–714. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.12.001Krinitcyn M., Pribytkov G., Korzhova V., Firsina I. Surface and coatings technology, 2019, vol. 358, pp. 706–714. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.12.001Kirnbauer 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.2020.125674Kirnbauer 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.2020.125674Aleksandrov 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/S1068798X19080033Aleksandrov 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/S1068798X19080033Aleksandrov V. D., Petrova L. G., Sergeeva A. S., Russian Engineering Research, 2018, vol. 38, no. 1, pp. 49–52. https://doi.org/10.3103/S1068798X18010033Aleksandrov V. D., Petrova L. G., Sergeeva A. S., Russian Engineering Research, 2018, vol. 38, no. 1, pp. 49–52. https://doi.org/10.3103/S1068798X18010033Степанов 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.Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Pustovoit V. N., Metal Science and Heat Treatment, 2017, vol. 59, no. 1-2, pp. 55–59. https://doi.org/10.1007/s11041-017-0102-4Степанов 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.Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Pustovoit V. N., Metal Science and Heat Treatment, 2017, vol. 59, no. 5-6, pp. 308–312. https://doi.org/10.1007/s11041-017-0148-3Степанов 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/10.17073/0368-0797-2016-2-77-81Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Steel in Translation, 2016, vol. 46, no. 2, pp. 79–82. https://doi.org/10.3103/S0967091216020169Степанов М. С., Домбровский Ю. М. Создание покрытий карбидного типа при микродуговом термодиффузионном вольфрамировании стали // Материаловедение. 2018. № 1. С. 20–25.Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Inorganic Materials: Applied Researche, 2018, vol. 9, no. 4, pp. 703–708. https://doi.org/10.1134/S2075113318040391Степанов 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/10.17073/0368-0797-2018-8-625-630Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Davidyan L. V., Izvestiya. Ferrous Metallurgy, 2018, vol. 61, no. 8, pp. 625–630 (in Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-625-630Степанов 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/10.17073/0368-0797-2019-6-446-451Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., Davidyan L. V., Izvestiya. Ferrous Metallurgy, 2019, vol. 62, no. 6, pp. 446–451 (in Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-446-451Степанов 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.Stepanov M. S., Dombrovskii Yu. M., XIII mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya “Sostoyanie i perspektivy razvitiya agropromyshlennogo kompleksa” v ramkakh XXIII agropromyshlennogo foruma yuga Rossii i vystavki “INTERAGROMASh”, Rostov-na-Donu, 2020, pp. 272–274 (in Russ.).Черепин В. Т. Экспериментальная техника в физическом металловедении. Киев: Технiка, 1968. 280 сCherepin V. T., Eksperimental’naya tekhnika v fi zicheskom metallovedenii, Kiev, Tekhnika Publ., 1968, 280 p. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.