Определение области компромисса

Содержание

1. Введение

2. Исходные данные

3. Инструментарий

4. Определение области суб-компромиса для:

ü Текучести;

ü Свариваемости;

ü Твердость;

ü Прочность;

ü Прокаливаемость;

5. Область суб-компромиса для комплекса механических свойств стали 18ХГТ при заданном химическом составе

6. Вывод по работе

 

Введение

 

Область компромисса- значения управляемых переменных, которые соответствуют минимальному «нарушению» принятой области компромисса.

Областью «компромисса» критериев будем называть такую область, для которой изменения управляемых переменных приводят к непротиворечивым изменениям критериев в том смысле, что если они вступают между собой в противоречия, то эти противоречия настолько незначительные, что их численные значения не выходят за пределы требований технологии.

Данная работа направлена на определение области компромисса управляемых переменных стали 18ХГТ.

Для определения области компромисса необходимо исследовать зависимости показателей качества от химических элементов (Si,V,Ni,C,Cu,Cr,Mn).

 

Исходные данные

Сталь марки 18ХГТ является такой химический состав, указанный в табл.:

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	0.80-1.10
Никель (Ni), не более	0.30
Титан (Ti)	0.03-0.09
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr)	1.00-1.30
Сера (S), не более	0.035

 

Сталь 18ХГТ конструкционная легированная повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Сталь 18ХГТ можно заменить такими сталями как: 20ХГР,30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А.Сталь  применяется для сварных конструкций. Сталь 18ХГТ, имеет высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость, применяют Улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Подшипники, рессоры,сверла,круги для резания 2и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям - обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. К постоянным примесям относятся кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности GB и предел текучести GT, но снижает пластичность и вязкость. Располагаясь вблизи зерен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладноломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладноломкости на 20…25^oС.Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера - вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение - сульфид железа FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 1300^oС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается - явление красноломкости.

Убрать из стали такие вредные примеси как сера и фосфор невозможно, но возможно свести их содержание до нуля. Поскольку сталь 18ХГТ используется для особо ответственных пружин в ее химическом составе содержание серы и фосфора и сведено до минимума 0.025 %. И по этой причине в данной работе они не рассматриваются как управляемые параметры.

Наиболее сильно ухудшает свариваемость стали увеличение содержания углерода, а часть влияния каждого легирующего элемента на свариваемость может быть отнесена к части углерода. Поэтому при сваривании легированных сталей можно судить за коэффициентом эквивалентности за углеродом для разных элементов. 

,

Для донной стали он составляет – 0.86.

 

 

Инструментарий

Для получения данных мы используем экспертную систему ЭКС 1, которая заключается в том, что в ней можно синтезировать экспертную для определения предела текучести, свариваемости, предела прочности, предела твёрдости и прокаливаемость для стали 18ХГТ.

Для этого необходимо выбрать управляемые переменные, неуправляемые переменные и зависимые переменные(показатели качества). На основании этих данных стоятся зависимости предела текучести, свариваемости, предела прочности, предела твёрдости и прокаливаемость.

Управляемые переменные:

 

Название параметра	Кодовое имя	Размерность	Минимум	Максимум	Заметки
кремний	Si	%	0.17	0.37
марганец	Mn	%	0.8	1.1
хром	Cr	%	1.0	1.1
температура закалки	t	Цельсий	850	1200
фосфор	P	%	0.02	0.035
титан	Тi	%	0.03	0.09
никель	Ni	%	0.20	0.30

 

 

Зависимые переменные (показатели качества):

 

Название параметра	Кодовое имя	Размерность	Минимум	Максимум	Заметки
прочность	GB	МПа	1640	1950
прокаливаемость	v1	мм/HRC	36	85
прочность при закалки	GB	МПа	1640	1860
свариваемость	C	%	0.45	0.86
предел текучести	GT	МПа	1540	1670
предел выносливости	G1	МПа	490	637
твердость	НВ	Н	156	159

 

После реализации ЭКС 1 мы получили графики каждой функции цели от каждого параметра. Однако это не дает нам возможности сопоставления значений функций цели от совокупности переменных, причем изменение одной переменной может привести к одновременному улучшению одной характеристики и ухудшению другой или нескольких (поскольку состав каждой стали тщательно просчитывают на совместимость и т.д.). Таким образом, дальнейшим действием по решению многомерной задачи материаловедения является нахождение, так называемой, области компромисса. В данной работе область компромисса будет представлено такое сочетание легирующих элементов, которое позволяет добиться наилучшего возможного сочетания механических свойств. 

 

Область компромисса

После получения графиков суб-компромиса для текучести, свариваемости, твёрдости, прочности и прокаливаемости можно найти область компромисса для всех функций цели одновременно. Причем необходимо осуществить это в одном масштабе, как по химическому составу, так и по механическим свойствам.

После наложения всех областей суб-компромиссов, мы получим следующие изображение:    

Вывод: Сталь марки 18ХГТ, имеет высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость, ее применяю для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Предел выносливости стали, а следовательно, и долговечность рессор и пружин резко снижается при наличии на поверхности различных дефектов (забои, рисок, царапин и т.д.), играющих роль концентраторов напряжений.

Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению. Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке. Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором. В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.

 

                         

Содержание

1. Введение

2. Исходные данные

3. Инструментарий

4. Определение области суб-компромиса для:

ü Текучести;

ü Свариваемости;

ü Твердость;

ü Прочность;

ü Прокаливаемость;

5. Область суб-компромиса для комплекса механических свойств стали 18ХГТ при заданном химическом составе

6. Вывод по работе

 

Введение

 

Область компромисса- значения управляемых переменных, которые соответствуют минимальному «нарушению» принятой области компромисса.

Областью «компромисса» критериев будем называть такую область, для которой изменения управляемых переменных приводят к непротиворечивым изменениям критериев в том смысле, что если они вступают между собой в противоречия, то эти противоречия настолько незначительные, что их численные значения не выходят за пределы требований технологии.

Данная работа направлена на определение области компромисса управляемых переменных стали 18ХГТ.

Для определения области компромисса необходимо исследовать зависимости показателей качества от химических элементов (Si,V,Ni,C,Cu,Cr,Mn).

 

Исходные данные

Сталь марки 18ХГТ является такой химический состав, указанный в табл.:

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	0.80-1.10
Никель (Ni), не более	0.30
Титан (Ti)	0.03-0.09
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr)	1.00-1.30
Сера (S), не более	0.035

 

Сталь 18ХГТ конструкционная легированная повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Сталь 18ХГТ можно заменить такими сталями как: 20ХГР,30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А.Сталь  применяется для сварных конструкций. Сталь 18ХГТ, имеет высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость, применяют Улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Подшипники, рессоры,сверла,круги для резания 2и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям - обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. К постоянным примесям относятся кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности GB и предел текучести GT, но снижает пластичность и вязкость. Располагаясь вблизи зерен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладноломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладноломкости на 20…25^oС.Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера - вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение - сульфид железа FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 1300^oС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается - явление красноломкости.

Убрать из стали такие вредные примеси как сера и фосфор невозможно, но возможно свести их содержание до нуля. Поскольку сталь 18ХГТ используется для особо ответственных пружин в ее химическом составе содержание серы и фосфора и сведено до минимума 0.025 %. И по этой причине в данной работе они не рассматриваются как управляемые параметры.

Наиболее сильно ухудшает свариваемость стали увеличение содержания углерода, а часть влияния каждого легирующего элемента на свариваемость может быть отнесена к части углерода. Поэтому при сваривании легированных сталей можно судить за коэффициентом эквивалентности за углеродом для разных элементов. 

,

Для донной стали он составляет – 0.86.

 

 

Инструментарий

Для получения данных мы используем экспертную систему ЭКС 1, которая заключается в том, что в ней можно синтезировать экспертную для определения предела текучести, свариваемости, предела прочности, предела твёрдости и прокаливаемость для стали 18ХГТ.

Для этого необходимо выбрать управляемые переменные, неуправляемые переменные и зависимые переменные(показатели качества). На основании этих данных стоятся зависимости предела текучести, свариваемости, предела прочности, предела твёрдости и прокаливаемость.

Управляемые переменные:

 

Название параметра	Кодовое имя	Размерность	Минимум	Максимум	Заметки
кремний	Si	%	0.17	0.37
марганец	Mn	%	0.8	1.1
хром	Cr	%	1.0	1.1
температура закалки	t	Цельсий	850	1200
фосфор	P	%	0.02	0.035
титан	Тi	%	0.03	0.09
никель	Ni	%	0.20	0.30

 

 

Зависимые переменные (показатели качества):

 

Название параметра	Кодовое имя	Размерность	Минимум	Максимум	Заметки
прочность	GB	МПа	1640	1950
прокаливаемость	v1	мм/HRC	36	85
прочность при закалки	GB	МПа	1640	1860
свариваемость	C	%	0.45	0.86
предел текучести	GT	МПа	1540	1670
предел выносливости	G1	МПа	490	637
твердость	НВ	Н	156	159

 

После реализации ЭКС 1 мы получили графики каждой функции цели от каждого параметра. Однако это не дает нам возможности сопоставления значений функций цели от совокупности переменных, причем изменение одной переменной может привести к одновременному улучшению одной характеристики и ухудшению другой или нескольких (поскольку состав каждой стали тщательно просчитывают на совместимость и т.д.). Таким образом, дальнейшим действием по решению многомерной задачи материаловедения является нахождение, так называемой, области компромисса. В данной работе область компромисса будет представлено такое сочетание легирующих элементов, которое позволяет добиться наилучшего возможного сочетания механических свойств. 

 

Определение области компромисса

Область компромисса определяется для того, чтобы можно было проанализировать, при каком процентном содержании элементов показатель качества будет соответствовать норме.

Для того, чтобы определить область компромисса необходимо использовать зависимости которые были построены в программе ЭКС1. Затем эти  зависимости по очереди копируются в программу Microsoft Office Excel 2007, после чего строится, обшей график для каждой зависимости. Это выполняется, таким  образом, в разделе – «Работа с диаграммами» находим «Конструктор», в нем находим вкладку «Выбрать данные» и в открывшемся окне добавляем на диаграмму нужные данные.