Оценка точности метода измерения температуры в процессе микродугового нагрева на основе показателей воспроизводимости и неопределённости

Для поверхностного легирования стальных изделий в условиях микродугового нагрева необходим контроль их температуры с помощью термоэлектрических датчиков. В ранее проведённых исследованиях обоснована возможность применения термопар типа S, установлены основные факторы, влияющие на результаты измерений, определена функциональная зависимость показателя воспроизводимости от измеряемой температуры. Однако при этом не учитывались дополнительные факторы, которые могут оказывать влияние на кинетику процесса нагрева и результаты измерений температуры. Цель работы – обобщённая оценка неопределённости результатов измерений температуры стали при микродуговом нагреве с учётом наиболее полного комплекса влияющих факторов. Определяли влияние факторов: средний размер частиц угольного порошка (X1), диаметр образцов (X2); содержание в стали хрома (X3) на погрешность Y измерения температуры. Получена зависимость: Y = –4,032X1 – 0,095X2 + 0,0058X3 + 3,414. Таким образом, в изученном диапазоне значений увеличение размеров частиц порошка и диаметра образцов приводит к снижению погрешности измерений, а повышение содержания хрома – к её возрастанию. Поэтому погрешность измерений температуры при микродуговом нагреве может уменьшаться при снижении скорости нагрева образцов, а также повышении интенсивности теплопередачи от их поверхности вглубь материала за счет увеличения размеров, и, соответственно, массы обрабатываемых изделий. Выполнена оценка законов распределения значений исследованных факторов. Для X1 и X2 принят нормальный закон распределения, для X3 – равномерный. С учётом коэффициентов влияния каждого фактора выполнена оценка вносимой ими суммарной неопределённости и найдена общая оценка неопределённости: U = 1,1 °С. Детализированная количественная оценка точности метода измерения температуры при микродуговом нагреве позволяет учесть все значимые влияющие факторы и учесть их вклад в суммарную неопределённость измерений. При проведении процесса микродугового легирования полученное значение суммарной неопределённости измерений температуры от трёх исследованных факторов можно использовать в качестве априорной информации как неопредёленность типа В.

1. Voroshnin LG, Mendeleeva OL, Smetkin VA. Theory and technology of chemical-thermal treatment. – M.: Novoe znanie Publ. 2010:304 p.

2. Berlin EV, Koval' NN, Seidman LA. Plasma chemical-thermal treatment of steel parts. Moscow: Technosphere Publ. 2012:464 p.

3. Suminov IV, Belkin PN, Ehpel'fel'd AV. Plasmaelectrolytic modification of the surface of metals and alloys. Technosphere. 2011;12:512.

4. Aleksandrov VA, Petrova LG, Sergeeva AS, Aleksandrov VD, Akhmetzhanova EU. Production of tool coatings by chemicothermal plasma methods. Russian Engineering Research. 2019;39(8):693-695. DOI: 10.3103/S1068798X19080033

5. Belkin PN, Kusmanov SA. Plasma electrolytic carburizing of metals and alloysюSurface Engineering and Applied Electrochemistry. 2021;57(1):19-50. DOI: 10.3103/S1068375521010038

6. Kusmanov SA, Tambovskii IV, Korableva SS, Belkin PN. Steel surface modification by cathodic carburizing and anodic polishing under conditions of electrolytic plasma. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2020;565:553-560. DOI: 10.3103/S1068375520050099

7. Wu L, Meng L, Wang Y, Zhang S, Bai W, Ouyang T, Lv M, Zeng X. Effects of laser surface modification on the adhesion strength and fracture mechanism of electroless-plated coatings. Surface and coatings technology. 2022;429:127927. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127927

8. Xu J, Zou P, Liu L, Wang W, Kang D. Investigation on the mechanism of a new laser surface structuring by laser remelting. Surface and coatings technology. 2022;443:128615. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128615

9. Kaputkin DE, Duradzhi VN, Kaputkina NA. Accelerated diffusion saturation of metal surfaces during electrochemical-thermal treatment. Physics and chemistry of materials treatment. 2020;2:48-57. DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-48-57

10. Gao Y, Liu Y, Wang L, Yang X, Zeng T, Sun L, Wang R. Microstructure evolution and wear resistance of laser cladding 316L stainless steel reinforced with in-situ VC-CR7C3. Surface and coatings technology. 2022;(435):128264. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128264

11. Huang Z, Guo ZX, Liu L, Guo YY, Chen J, Zhang Z, Li JL, Li Y, Zhou YW, Liang YS. Structure and corrosion behavior of ultra-thick nitrided layer produced by plasma nitriding of austenitic stainless steel. Surface and coatings technology. 2021;405:126689. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126689

12. Mukhacheva TL, Belkin PN, Dyakov IG, Kusmanov SA. Wear mechanism of medium carbon steel after its plasma electrolytic nitrocarburising. Wear. 2020;(462463):203516. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203516

13. El Zoghbi B, Estevez R. A numerical investigation of the effect of thermal aging, processing, and humidity on initiation and delayed cracking in plasma-sprayed coatings. Surface and coatings technology. 2022;438:128379. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128379

14. Praveenkumar K, Manivasagam G, Swaroop S. Effect of multiple lasers peening on microstructural, fatigue and fretting-wear behavior of austenitic stainless steel. Surface and coatings technology. 2022;443:128611. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128611

15. Stepanov MS, Dombrovskiy YM. The formation of carbide coatings at the microarc thermodiffusion tungstenizing of steel. Inorganic Materials: Applied Research. 2018;9(4):703-708. DOI: 10.1134/S2075113318040391

16. Stepanov MS, Dombrovskii YuM, Davidyan LV. Evaluation of the mechanical properties of diffusion layer in the process of microarc steel vanadation // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(8):625-630. DOI: 10.17073/0368-0797-2018-8-625-630

17. Stepanov MS, Dombrovskii YuM, Davidyan LV. Structure, phase composition, mechanical properties and wear resistance of steel after microarc boriding and vanadation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 201962(6):446451. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-6-446-451

18. Stepanov MS, Koshlyakova IG. Measuring System for Monitoring the Microarc Heating Process During Surface Hardening of Steel Products. Measurement Techniques. 2021;64(3):210-216. DOI: 10.1007/s11018-021-01920-6

19. Abrikosov AA. Fundamentals of the theory of metals. M.: FIZMATLIT, 2010;600 p.

20. Lemeshko BJu, Blinov PJu. Criteria for checking the deviation of the distribution from the uniform law: application guide: monograph. M.: INFRA-M Publ. 2015;182 р.