Пятница, 08 Декабрь 2017 12:01

МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

Приведены основные положения разработанной методики определения параметров термической обработки элементов машиностроительных конструкций на основе компьютерного моделирования кинетики структурных и фазовых превращений в стали. Представлены результаты компьютерного моделирования образования мартенсита в стали 20 ГЛ с содержанием кремния 0,42 и 0,53% с учетом различной интенсивности охлаждения. Компьютерное моделирование проведено на основе разработанной методики, включающей диаграмму распада аустенита с учетом различных скоростей охлаждения. На основе полученных расчетных данных сделано заключение о влиянии содержания кремния и интенсивности охлаждения на распространение структуры мартенсита по сечению стенки.

 

Обеспечение необходимых физико-механических свойств элементов машиностроительных конструкций является непременным условием 50 обеспечения надежности и безопасности в эксплуатации. Завершающим этапом производства большего числа элементов металлоконструкций является термическая обработка, поэтому контроль и управление этим процессом определяет совокупность потребительских свойств и качества изделия.

 

Компьютерное моделирование кинетики тепловых процессов является эффективным инструментом определения оптимальных режимов термической обработки, что позволяет проводить анализ нестационарных процессов структурных и фазовых превращений, обеспечивает возможность учета не только изменения свойств в отдельных зонах в зависимости от температуры, но и кинетики теплосодержания системы с учетом протекания фазовых превращений. Изменение теплового состояния системы в результате реализации технологических процессов термической обработки может сопровождаться изменением фазового и структурного состава. Характер протекания структурно-фазовых превращений определяется направлением изменения теплосодержания системы (нагрев, охлаждение), значениями температур и скоростями охлаждения в критическом интервале температур при охлаждении при закалке. Проведение компьютерного моделирования кинетики тепловых процессов при термической обработке обеспечивает возможность учета изменения свойств в отдельных зонах в результате протекания структурных и фазовых превращений в зависимости от температуры, что способствует получению более полной информации о конечных свойствах изделия по всему объему, позволяет проводить оценку надежности и безотказности с учетом реализуемого спектра нагружений в эксплуатации. При проведении закалки при термообработке окончательная микроструктура стали определяется переходом аустенита в закалочные структуры или феррито-цементитные смеси различной степени дисперсности. Тип получаемой структуры зависит от ряда факторов: химического состава стали, максимальной температуры нагрева до момента начала охлаждения, скорости охлаждения в интервале критических температур и фактической минимальной температуры охлаждения. Химический состав стали определяет спектр критических скоростей охлаждения и интервалы температур начала и окончания соответствующих структурно-фазовых превращений. Максимальная температура нагрева стали до момента начала охлаждения определяет степень 51 завершенности формирования однородной структуры аустенита. Скорости охлаждения аустенита в интервале температур его наименьшей устойчивости определяют характер превращений аустенита, т.е. наличие условий для формирования закалочных структур или распада аустенита на феррито- цементитные смеси различной степени дисперсности. Минимальная температура после завершения этапа охлаждения определяет степень завершенности структурно-фазовых превращений.

 

Решение тепловых задач в нестационарной нелинейной постановке обеспечивает возможность проведения уточненной оценки теплового и структурного состояний системы в каждый момент времени компьютерного моделирования. Решение задачи в нелинейной постановке предполагает учет кинетики теплофизических свойств в каждой точке континуума в зависимости от текущего теплового состояния, что достигается за счет использования банка данных свойств для соответствующей структурной составляющей рассматриваемой марки стали в заданном температурном диапазоне. В то же время, как отмечалось ранее, кинетика тепловых процессов в сталях может являться причиной протекания фазовых и структурных превращений на различных этапах охлаждения, связанных с перестроением кристаллической решетки и наличием диффузионных процессов. Отдельные фазовые и структурные составляющие одной и той же марки стали могут существенно отличаться по своим теплофизическим и механическим характеристикам. Использование при проведении компьютерного моделирования усредненных характеристик материала без учета кинетики фазовых и структурных превращений в соответствующих температурных диапазонах приводит к усреднению получаемых результатов, что отрицательно сказывается на их соответствии истинным процессам, протекающим в материале. Анализ фазовых и структурных превращений в материале на этапах нагрева и охлаждения связан с необходимостью выполнения ряда условий. Во- первых, для оценки кинетики структурных превращений необходимо на этапе охлаждения использовать диаграммы распада аустенита, обеспечивающие возможность оценки кинетики структурного состава в зависимости от скорости охлаждения в интервале критических температур. Во-вторых, при закалке состояние системы характеризуется наличием зон с высоким градиентом 52 температур и большой разницей между максимальными и минимальными значениями температуры в ограниченных областях.

 

Одной из наиболее распространенных марок сталей, применяемой для изготовления элементов машиностроительных конструкций, в том числе подвижного состава, является сталь марки 20ГЛ. В Российском университете транспорта разработана методика определения параметров термической обработки элементов машиностроительных конструкций на основе компьютерного моделирования кинетики структурных и фазовых превращений в стали с учетом получения заданного комплекса свойств и оценки остаточного напряженно-деформированного состояния конечного изделия. Для проведения уточненной оценки кинетики структурного состава стали марки 20ГЛ при тепловых процессах, связанных с термической обработкой, разработана методика, основанная на использовании диаграмм распада аустенита при охлаждении стали.

Анализ диаграмм показал, что имеет место значительное влияние содержания кремния на критические скорости закалки и прокаливаемость для данной марки стали. Поэтому при разработке и построении моделей рассматриваются обе диаграммы, что позволяет проводить анализ структурообразования при термической обработке с учетом отклонений химического состава в заданном диапазоне. Использование для анализа структурных превращений диаграмм распада аустенита стали, а также рассмотрение процессов с учетом незавершенности структурных превращений при охлаждении на основе использования принципа приращения структурных составляющих на текущем шаге решения является существенной новизной разработанных методик.

Материалы второй всероссийской научно-технической конференции "ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ И ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ" 

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2018
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проэекта
Прочитано 93 раз Последнее изменение Пятница, 08 Декабрь 2017 12:06
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии