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

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.

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