ВИЯВЛЕННЯ СТАТИСТИЧНО СУТТЄВИХ ЕФЕКТІВ ВПЛИВУ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУПЕРСПЛАВІВ ШЛЯХОМ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ DATA MINING

Заголовок (англійською): 
REVEALING SIGNIFICANT CHEMICAL COMPOSITION EFFECTS ON THE SUPER ALLOYS PERFORMANCE BY DATA MINING TECHNIQUES APPLICATION
Автор(и): 
Nengjun Ben
Tkachenko Igor
Miroshnichenko Victoria
Ключові слова (укр): 
промислові суперсплави; хімічні склади; комп'ютерні статистичні дослідження; показники продуктивності; методи аналізу даних; дендрограми
Ключові слова (англ): 
industrial superalloys; chemical compositions; computer statistical investigations; performance indexes; Data Mining techniques; dendrograms
Анотація (укр): 
На основі раніше розробленого інтегрованого підходу до дослідження, що поєднує взаємно узгоджені комп’ютерні методики, проведено: статистичні дослідницькі методи, розроблення множинних регресійних моделей, моделювання Монте-Карло та оптимізація параметрів багатоцільової технології виробництва, комп’ютерні статистичні дослідження впливу хімічного складу на деякі основні експлуатаційні характеристики сучасних промислових суперсплавів. Відповідно до розробленого підходу в пропонованій роботі як перший етап подальшого аналізу було використано статистичну технологію C&RT на основі технології Data Mining. Підкреслено важливу особливість розробленого підходу до «пасивного експериментування» загалом і застосовуваної методики зокрема, оскільки вони забезпечують мінімальні витрати на дослідження порівняно з «активним», а тому не мають альтернативи в умовах вільного ринку. Як первинний результат етапу побудовано дендрограми, які надавали наступну статистично обґрунтовану візуальну інформацію для кожного контрольованого показника продуктивності суперсплавів: повний перелік статистично важливих хімічних елементів; допустимі варіанти поєднання елементів; границі інтервалів концентрації хімічних елементів, поширення яких забезпечує зміну комбінацій хімічних елементів; тенденції зміни контрольних показників у межах виявлених концентраційних інтервалів. Показано взаємодію більшості хімічних елементів, що входять до складу суперсплавів, за їх впливом на досліджувані показники ефективності. Підкреслено високу ефективність застосування отриманих дендрограм для виявлення впливу окремих та взаємних хімічних елементів на експлуатаційні характеристики багатоелементних сплавів, а також унікальність такої інформації для промислових сплавів. Відзначено деякі перспективні можливості застосування отриманих дендрограм: як перший етап багатопараметричного аналізу технологічних процесів у промислових умовах; базовий етап подальшої розробки множинних регресійних моделей та проведення остаточної оптимізації багатоцільових технологічних процесів.
Анотація (англ): 
Based on the early developed integrated investigation approach combining mutually consistent computer aided: statistical exploratory techniques, multiple regression models development, Monte-Carlo simulations and multipurpose manufacturing technology parameters optimization, computer statistical investigations of chemical composition effects on some basic performance characteristics of modern industrial superalloys (SAs) were conducted. According to the developed approach, the Data Mining-based C&RT statistical technology was used in the current work as the first stage of the further analysis. An important feature of the developed approach to the “passive experimentation” in general and the applied technique in particular was emphasized as both providing minimal investigation expanses, as compared to the “active” one and so having no alternative in free market economic conditions. As the stage primary results, the dendrograms were constructed providing the following statistically grounded visual information for each SAs controlled performance index: – a full list of statistically significant chemical elements; allowable variants of the elements combinations; limits of the chemical element concentration intervals spillover of which provides changes in the chemical elements combinations; variation tendencies for the control indexes within the revealed concentration intervals. Interactions of the most of the chemical elements comprised by SAs in their effects on the investigated performance indexes were shown. High effectiveness of the obtained dendrograms application to reveal individual and mutual chemical element effects on the multi element alloys performance together with uniqueness of such an information for industrial alloys were emphasized. Some prospect possibilities were noted for the obtained dendrograms application: - as a first stage of a multi-parameter process analysis in industrial conditions, – a ground stage of the multiple regression models further development and final multipurpose technological processes optimization conducting.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Управління розвитком складних систем, номер 47, 2021
Назва журналу, номер, рік випуску (рус): 
Управление развитием сложных систем, номер 47, 2021
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Management of Development of Complex Systems, Number 47, 2021
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
24.pdf
Дата публікації: 
27 Август 2021
Номер збірника: 
47
Розділ: 
УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
Університет автора: 
Yancheng Polytechnic College, Institute of Intelligent Manufacturing, Yancheng, China; Priazovsky State Technical University, Mariupol, Ukraine
Литература: 
  1. Reed, R. C. (2006). The Superalloys: Fundamentals and Applications, Cambrige University Press.
  2. Geddes, B., Leon, H., Huang, X. (2010). Superalloys: Alloying and Performance, ASM International, Materials park, Ohio.
  3. http://www.dierk-raabe.com/superalloys. html
  4. Grain boundary engineering to overcome hot-cracking in additively-manufactured superalloys. (2019). Acta Mater.
  5. Kontis, P., Chauvet, E., Peng, Z. (2018). Elemental segregation to antiphase boundaries in a crept CoNi-based single crystal superalloy. Scripta Materialia, 157, 62–66.
  6. Makineni, S., Lentz, M., Neumeier, S. (2014). Elemental partitioning and mechanical properties of Ti- and Ta-containing Co-Al-W-base superalloys studied by atom probe tomography and nanoindentation. Acta Materialia, 78, 78–85.
  7. Povstugar, I., Choi, P. P., Neumeier, S. (2012). Microstructural evolution of a Ni-based superalloy (617B) at 700°C studied by electron microscopy and atom probe tomography. Acta Materialia, 60, 1731-1740.
  8. en.mwikipedia.org/wiki/Many-body_problem. html
  9. en.mwikipedia.org/wiki/Condensed_matter _physics. html
  10. en.mwikipedia.org/wiki/Few-body_systems.html
  11. Sulzer, S., Hasselqvist, M., Reed, R. (2020). The effects of Chemistry Variations in New Ni-based Superalloys for Industrial Gas Turbine Applications. Metallurgical and Vaterial Transactions, 51, 4902-4921.
  12. Ganji, D., Rajyalakshmi, G. (2020). Influence of Alloying Compositions on the properties of Ni-based Superalloys: A Review. Recent Advances in Mechanical Engineering, 537-555.
  13. Pyczak, F., Devrient, B., Mughrabi, H. (2004). The effects of different alloying elements on the thermal expansion coefficients, lattice constants and misfit of ni-based superalloys investigated by X-ray diffraction. Superalloys, 827-836.
  14. Phys.org/news/2007-06-nanoparticles – future-superalloy-metals.html
  15. Alhoniemi, E., Hollmn, J., Simula, O., Vesanto, J. (1999). Process monitoring and modeling using the self-organizing map. Integrated computer-Aided Engineering, 6(1), 3-14.
  16. Michael, A. (2004). Cooperative data mining. M2004, 7th annual Data Mining Technology Conf. USA.
  17. Tkachenko, I. (2005). Forecasting service effectiveness of industrial products based on the multipurpose optimization of material properties. Ukrainian Metal Journal, 4, 20-29.
  18. Tkachenko, I., Miroshnichenko, V. (2004). Multipurpose optimization of heat strengthening technology for thick sheets made of weldable high strength steels by using “Data Mining” computer technology. Visnik PSTU, Mariupol, PSTU, 14, 111-117.
  19. Method for specifying metallic materials tendency to embrittlement. Patent Ukraine №71819, А7G01N3/ 00; № 20031212811; Applied 29.12.2003; Printed.15.12.2004, Bulletin Inventions and Discoveries №12. p. 3–5.
  20. Miroshnichenko, V., Simkin, A. (2020). An integrated approach to improve effectiveness of industrial multi-factor statistical investigations.CMIS-2020: Proceedings of the 3-d International Workshop (Zaporizhzhia, April-May 2020), 1-2808, pp. 526–535.
  21. Tkachenko, I., Miroshnichenko, V. (2005). Guaranteed strength improvement in micro-alloyed boron – containing steels by optimizing their chemical composition and heat treatment technology. Visnik PSTU, Mariupol, PSTU, 15, 68 – 73.