Revealing of regularity, processing and prediction of sulfide inclusions distribution in carbon steel that is hardened in a chill mold

Abstract

EN: Purpose. To develop a mathematical model that describes the dependence of the size and amount of sulfide inclusions for various zones of the cross-section of a casting on the parameters of the gas-dynamic effect. Research methods. A computer program, ASImprints, has been developed for processing digital images of sulfur imprints. Digital images of sulfur imprints of 35Л steel casting templates obtained by traditional die-casting technology and under various gas-dynamic modes were processed. A mathematical description of the nature of sulfide inclusions distribution along the casting template as a power function is proposed. Results. A model of the sulfide inclusions distribution in a cross section of a cylindrical cast of carbon steel with 240 mm diameter, that solidifies in an uncooled chill mold under various gas-dynamic modes, was obtained. Scientific novelty. Analytical dependences are obtained that allow interpolating parameters values of the power distribution and, thus, make a prediction of the sulfide inclusions distribution in selected areas of the cross section of this cast that solidifies in an uncooled mold under a given gas-dynamic effect mode. Practical value. The suggested model makes it possible to interpolate the parameters values of a power distribution for predicting sulfide inclusions distribution in a cross section of a given cylindrical cast that solidifies in an uncooled chill mold, for a given mode of gas dynamic effect. The correlation analysis of the probability density function of the power distribution obtained for each of the considered fragments of selected casting section areas showed the statistical homogeneity of the fragments belonging to one zone and the possibility of conducting a quantitative analysis of the digital image of a sulfur imprint. UK: Мета роботи. Обробка серії цифрових зображень сірчаних відбитків темплетів виливків зі сталі 35Л, що заливаються в неохолоджуваний кокіль, отримання на її основі аналітичних залежностей розмірів і кількості сульфідних включень для різних зон перетину виливка і параметрів газодинамічного впливу. Методи дослідження. Розроблено комп’ютерну програму «ASImprints», яка призначена для обробки цифрових зображень сірчаних відбитків. Проведено обробку цифрових зображень сірчаних відбитків темплетів виливків зі сталі 35Л, отриманих за традиційною технологією лиття в кокіль, і при різних режимах газодинамічного впливу. Запропоновано математичний опис характеру розподілу сульфідних включень уздовж темплету виливку у вигляді ступеневої функції. Отримані результати. Модель розподілу сульфідних включень в поперечному перерізі циліндричної виливки діаметром 240 мм, що твердіє в неохолоджуваному кокілі при різних режимах газодинамічного впливу. Наукова новизна. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють інтерполювати значення параметрів ступеневого розподілу і тим самим скласти прогноз розподілу сульфідних включень в обраних зонах поперечного перерізу цієї циліндричної виливки, що твердіє в неохолоджуваному кокілі, при заданому режимі газодинамічного впливу. Практична цінність. Запропонована модель дає змогу інтерполювати значення параметрів ступеневого розподілу для складання прогнозу розподілу сульфідних включень в поперечному перерізі даної циліндричної виливки, що твердіє в неохолоджуваному кокілі, при заданому режимі газодинамічного впливу. Проведений кореляційний аналіз функції щільності ймовірності ступеневого розподілу, отриманої для кожного з розглянутих фрагментів вибраних зон перетину виливка, показав статистичну однорідність фрагментів, що належать одній зоні, і можливість проведення кількісного аналізу зони цифрового зображення сірчаного відбитка по його фрагменту. RU: Цель работы. Обработка серии цифровых изображений серных отпечатков темплетов отливок из стали 35Л, заливаемых в неохлаждаемый кокиль, получение на ее основе аналитических зависимостей размеров и количества сульфидных включений для различных зон сечения отливки и параметров газодинамического воздействия. Методы исследования. Разработана компьютерная программа «ASImprints», предназначенная для обработки цифровых изображений серных отпечатков. Проведена обработка цифровых изображений серных отпечатков темплетов отливок из стали 35Л, полученных по традиционной технологии литья в кокиль и при различных режимах газодинамического воздействия. Предложено математическое описание характера распределения сульфидных включений вдоль темплета отливки в виде степенной функции. Полученные результаты. Модель распределения сульфидных включений в поперечном сечении цилиндрической отливки диаметром 240 мм, затвердевающей в нехлаждаемом кокиле, при различных режимах газодинамического воздействия. Научна новизна. Получены аналитические зависимости, позволяющие интерполировать значения параметров степенного распределения и, тем самым, составить прогноз распределения сульфидных включений в выбранных зонах поперечного сечения данной цилиндрической отливки, затвердевающей в нехлаждаемом кокиле, при заданном режиме газодинамического воздействия. Практическая ценность. Предложенная модель позволяет интерполировать значения параметров степенного распределения для составления прогноза распределения сульфидных включений в поперечном сечении данной цилиндрической отливки, затвердевающей в нехлаждаемом кокиле, при заданном режиме газодинамического воздействия. Проведенный корреляционный анализ функции плотности вероятности степенного распределения, полученной для каждого из рассматриваемых фрагментов выбранных зон сечения отливки, показал статистическую однородность фрагментов, принадлежащих одной зоне и возможность проведения количественного анализа зоны цифрового изображения серного отпечатка по ее фрагменту.