К.т.н. Денисенко А.И., Балакин А.А., Денисенко С.А.

Национальная металлургическая академия Украины

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ

Развитие промышленного производства как в Украине, так и за рубежом постоянно требует создания новых материалов с повышенным комплексом свойств, главенствующее место среди которых занимают легированные стали. Отличительная особенность современных легированных сталей состоит в том, что, имея сложный химический состав, они характеризуются многостадийным процессом затвердевания, предполагающим последовательное осуществление ряда фазовых превращений. В отличие от углеродистых сталей, где перитектическое превращение осуществляется с высокой скоростью в узком интервале температур и практически не сказывается на конечной структуре, в легированных сталях складывается обратная ситуация. Наличие в химическом составе сталей таких элементов, как хром, молибден, вольфрам, … и других эффективно влияет на кинетику пиротектического превтащения, часто делая его основополагающим в формировании комплекса свойств затвердевшего металла [1, стр. 3-4 ].

Для исследования высокотемпературного структурообразования в легированных сталях было создано [2] экспериментальное оборудование, позволяющее методически строго фиксировать закалкой высокотемпературное состояние образца [1, стр. 7]. Основу конструкции установки составила вакуумная печь с закалочной емкостью. В рабочее пространство печи, ограниченное коаксиальной экранной защитой, входят: толкатель, с помощью которого образец сбрасывается через отверстие и шахту в закалочную ванну; молибденовый эталон с зачеканенным горячим спаем термопары, термопара, управляющая работой температурного задатчика системы электропитания нагревателей. экран, предотвращающий интенсивный разогрев образцов, не участвующих в эксперименте. Подробно конструкция установки а также расчет основных ее параметров и результаты поверочных экспериментов описаны в работах [1, стр.7-9; 2].

Плавки проводились в среде проточного аргона высокой чистоты, который напускался в рабочий объем печи после его откачки до вакуума 5 10^-5 мм рт. ст. Однородность температурного поля вблизи образца и измерительной термопары обеспечивалась применением специальной экранной защиты. Скорость охлаждения образца при закалке в 10%-м растворе поваренной соли составляла 2500-6000 ºС [1, стр. 9].

Однако относительно сложная система электрического питания печи, собранная на базе автоматического пропорционально-дифференциального регулятора с широтно-импульсным принципом управления электронными вентилями и с применением генератора линейно изменяющегося напряжения для поддерживания скорости охлаждения или нагрева в интервале 0,5 -200,0 К/мин [1, стр. 9], со временем превратилась в основной фактор, ограничивающий как диапазон динамических параметров временной зависимости температуры печи, так и точность их отслеживания при формировании.

С целью расширения функциональных возможностей экспериментального оборудования для исследования структурообразования в легированных сталях с применением фиксации высокотемпературного состояния образцов закалкой было принято решение создания на его основе компьютеризированного программно-аппаратного комплекса с автоматизированной системой сбора данных и управления периферийными устройствами.

Принципы, на основе которых строилась система автоматизации установки, изложены в работах [3,4]. Основные элементы системы автоматизации – персональный компьютер с установленными на нем специализированным программным обеспечением и многофункциональным модулем. Особое внимание при создании установки было уделено автоматизации системы управления греющей мощностью термических устройств в реакционной камере при использовании для управления выделением тепловой энергии величины напряжения источника питания [5-7].

Разработанный с участием проф., д.т.н. Калинушкина Е.П. и авторов настоящей публикации программно-аппаратный комплекс для исследования высокотемпературного структурообразования в легированных сталях по аналогии с [3,4] в части управления энерговыделением электротермических устройств включает цифро-аналоговый (ЦАП) и согласующй преобразователи. Измеряемые электрические сигналы, например от термопар, вводятся в компьютер через согласующие и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи и используются для оперативной компютерной коррекции энерговыделения согласно запрограммированному термическому режиму, а также для фиксации зависимостей от времени как этих величин, так и технологических характеристик нагревателя, ими обусловленных.

Программой управления организуется мониторинг измеряемых параметров а также заполнение массивов, содержащих временные зависимости всех первичных измеряемых параметров. Одновременно организуется мониторинг управляющих параметров и перерисовок экрана циклом на основе таймера с более крупным временным интервалом, чем у измерительных циклов. В каждом интервале таймера для текущего момента времени по заданным функциям вычисляются соответствующие ему значения всех управляющих величин, производятся требуемые вычисления и корректировки с учетом измеряемых параметров, направляются управляющие сигналы в соответствующие аппаратные модули цифро-аналогового управления аналоговыми и дискретными каналами, производится заполнение массивов, содержащих временные зависимости всех значений измеряемых (использованных в расчетах) и управляющих (заданных и текущих) параметров.

По истечении заданного интервала времени завершается работа всех циклов, выключаются все каналы управления и производится запись отчета о реализованном режиме в директорию отчета в виде набора файлов, содержащих массивы данных с временными зависимостями по всем измеряемым и управляющим параметрам.

В процессе работы над поставленной задачей авторами определены совокупности параметров для описания состояния электротермических устройств и совокупности компьютерно измеряемых информативных факторов для текущего расчета на их основе этих параметров с целью обеспечения оперативности диагностики и управления энерговыделением соответствующих устройств программно-аппаратных исследовательских комплексов [7].

Литература

1. Калинушкин Е.П. Перитектическая кристаллизация легированных сплавов на основе железа). – Днепропетровск: Пороги, 2007. – 172 с.

2. Калинушкин Е.П. Исследование механизма и кинетики фазовых превращений при кристаллизации быстрорежущих сталей с целью повышения их технологической пластичности и стойкости готового инструмента: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.16.01 / НМАУ. – Дніпропетровськ, 1983. – 21 с.

3. Денисенко А.И., Калинушкин Е.П. Автоматическое управление программно-аппаратным комплексом для синтеза наноструктур // Матеріали ХIII Міжнародної науково-технічної конференції з автоматичного управління (Автоматика-2006). – УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2007. – С.186-189.

4. Денисенко А.И., Калинушкин Е.П. Система автоматизации установки инжекционного формирования металлокомпозита // Матеріали ХIV Міжнародної науково-технічної конференції з автоматичного управління (Автоматика-2007). – Ч.1., Cевастополь, 2007, СНУЯЄтаП, – С.136-138.

5. Патент України № 83073, МПК (2006) G05 D 23/19; G 05 D 23/20. Спосіб програмного визначення стану електронагрівача / О.І. Денисенко (Україна), С.О. Денисенко (Україна), Є.П. Калинушкін. (Україна) - № а200604659; Заявлено 26.04.2006. Опубл. 10.06.2008. Бюл. № 11, 2008 р.

6. Патент на корисну модель України № 28430, МПК (2006) G05D 23/00. Спосіб програмного визначення стану електронагрівача / О.І. Денисенко (Україна).-№ u200708443; Заявлено 23.07.2007; Опубл. 10.12.2007.

7. Денисенко О.І., Оперативна діагностика стану електротермічних пристроїв програмно-апаратного комплексу // Системные технологии Региональный межвузовский сборник научных трудов. – Выпуск 1 (54). – Днепропетровск, 2008. – С. 79–92.