Новий метод аналізу дисперсії гетерогенних сплавів

Abstract

Мета. Метою даного дослідження є створення нового підходу до оцінки ступеня дисперсності структури гетерогенних сплавів, зокрема хромонікелевого та високохромистого чавунів шляхом використання цифрового аналізу металографічних зображень. Це дозволяє підвищити точність виявлення структурних особливостей і покращити розуміння процесів структуроутворення в процесі кристалізації та термічній обробки. Методика. Запропоновано комп’ютерний алгоритм аналізу зображень, де зміна структурного стану досліджується в кожній точці вибраного фрагменту зображення із застосуванням гідродинамічних аналогій щодо процесів дифузії, а також зміною енергетичного стану, шляхом визначення функції потужності дисипації енергії. Цей підхід дозволяє вимірювати довжини ланцюжків пікселів однакового умовного кольору, які відповідають певним фазам у структурі. Аналіз проводиться в горизонтальному та вертикальному напрямках, а розрахунок дисперсності базується на скалярному добутку вказаних параметрів згідно з нерівністю Коші–Буняковського. Додатково застосовується нормалізація значень та сегментація зображення. Результати. Метод показав, що після термообробки у високохромистих чавунах суттєво змінюється довжина ланцюжків однорідних фаз, тоді як у хромонікелевих змін майже не спостерігається. Це підтверджується мікротвердістю та гістограмами дисипації. Наукова новизна. Вперше застосовано поєднання математичних моделей гідродинаміки та цифрового аналізу мікроструктур для кількісної оцінки дисперсності структури сплавів. Практична значимість. Методика може бути використана для контролю структури у металургії та машинобудуванні, оптимізації термічної обробки та підвищення довговічності матеріалів. Крім того, методика аналізу структурної дисперсності за допомогою енергетичних функцій може бути адаптована для дослідження матеріалів з анізотропними властивостями, де традиційні методи візуалізації не дозволяють отримати об’єктивну картину внутрішніх змін. Такий підхід відкриває можливості для вивчення процесів деградації матеріалів у реальному часі, що є актуальним для критично навантажених елементів конструкцій у машинобудуванні, авіаційній та енергетичній галузях.