ZALEŻNOŚĆ WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNYCH STALIWA OD SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA

Transkrypt

1 42/9 Archives f Fundry, Year 23, Vlume 3, 9 Archium Odlenicta, Rk 23, Rcznik 3, Nr 9 PAN Katice PL ISSN ZALEŻNOŚĆ WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNYCH STALIWA OD SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA D. BARTOCHA 1 Katedra Odlenicta Plitechniki Śląskiej ul. Tara 7, 44-1 Gliice STRESZCZENIE W artykule isan stęne badania łyu szybkści stygnięcia na artści łasnści fizycznych stalia stanie stałym i kształt ich charakterystyk temeraturych. Key rds: cast steel, therm-hysical rerties, cmuter simulatin 1. WPROWADZENIE Dane termfizyczne ykrzystyane d symulacji kmuterych rcesó rzełyu cieła t najczęściej rste charakterystyki temerature. Całkicie mija się nich (z yjątkiem secjalistycznych rgramó d bróbki cielnej) ły szybkści stygnięcia na łasnści fizyczne, które ściśle ziązane są ze strukturą, a ta jak iadm zmienia się trakcie rzemian fazych determinanych szybkścią stygnięcia. Wły szybkści stygnięcia na kształt charakterystyk danych termfizycznych sich algrytmach bliczeniych rzedstaia Miettinen [1,2,3]. Algrytmy te bazują na mdelach IDS i ADC i służą d bliczeń łasnści termfizycznych stali, ykrzystyanych d symulacji krzenięcia i stygnięcia dleó. Pzalają jednak yznaczyć łasnści termfizyczne stalia bardz szerkim zakresie temeratury <25;1> C. Mdel IDS (Interdendritic Slidificatin Mdel) iertnie strzny był celu symulacji rzemian fazych krzenięcia niskstych nierdzenych stali zaartści 16-2%Cr i 8-14%Ni. Płączenie mdelu IDS z mdelem ADC (Austenite Decmsitin Mdel), strzneg d symulacji rzkładu austenitu na struktury zaierające ferryt i cementyt, znacznie rzszerzył mżliści ich zastsania. Obecnie rezultacie zastsania mdelu 1 dr inż., dariusz2@zeus.lsl.gliice.l

2 318 IDS trzymujemy udziały szczególnych faz (fazy ciekłej, ferrytu, austenitu, cementytu) funkcji temeratury (dla zakresu temeratur <1;1> C). Dalsze bliczenia, aż d temeratury kjej, rzeradzane są arciu mdel ADC. Zależnści Miettinen a służą d bliczeń łasnści term fizycznych stali ęglych, niskstych i drnych na krzję na dstaie ich składu chemiczneg i zadanej szybkści stygnięcia. W niniejszej racy zarnan rstą metdę yznaczania łasnści termfizycznych materiałó chłdznych z różnymi rędkściami, djęt także róbę isania łyu szybkści stygnięcia na rzebieg charakterystyk danych termfizycznych. 2. STANOWISKO POMIAROWE Kształt róbki raz stanisk badacze rzygtan tak aby zarejestrać krzye stygnięcia róbek stalinych (rysunek 1) nagrzeanych i austenityzanych iecu rym i chłdznych tylk rzez bezśrednie ddaanie cieła d tczenia, jak które stsan trzy różne media chłdzące. Dzięki czemu bliczeniach mżna stsać tylk sółczynnik nikania cieła d tczenia i jest t jedyna ielkść charakteryzująca ddaanie cieła rzez róbkę. W gemetrycznym (cielnym) centrum róbki umieszczan termelement Ni-NiCr, dłączny d rzetrnika i kmutera, róbki umieszczane były iecu kszyku yknanym z drutu.5mm i tak też róbki były chłdzne ietrzu, leju hartniczym i dzie. Wyknan 12 rób rejestrując krzye stygnięcia róbek dlanych z czterech stali, skład chemiczny Rys. 1. Próbka badanych stali dan tabeli 1. Fig. 1. Secimen Tabela 1. Skład chemiczny badanych stali Table 1. Chemical cmsitin f testing cast steels Nr róbki Oznaczenie Skład chemiczny [% ] C Cr Si Ni Mn Cu P S Al M 1 GS3Mn5,31,24,42,24 1,27,18,13,8,25,4 2 L35GSM,3,8,7,1 1,32,8,22,21,1,28 3 L35HM,33 1,45,24,66,17,13,7,32,25 4 L7H2GNM,66 1,7,53,73,9,17,21,9,29,35

3 ś symetrii cielnej tczenie WYZNACZENIE DANYCH TERMOFIZYCZNYCH Własnści termfizyczne badanych stali yznaczane były rzez rziązanie klasyczneg zadania drtneg. tczenie róbka ś symetrii cielnej Rys. 2. Mdel bliczeniy Fig. 2. Calculating mdel W bliczeniach zamdelan tylk 1/4 bszaru róbki ykrzystując dusią symetrię cielną układu, rysunek 2. D bliczeń ykrzystan autrski rgram Jmin. W rgramie istnieje mżliść ybru medium chłdząceg (tczenie). Dla szczególnych medió: ietrza, leju i dy na dstaie danych z racy [4] zaimlementane zstały artści sółczynnika nikania cieła rzedziale temeratury 1 C funkcji temeratury ierzchni róbki diedni: dla ietrza 1 1 [W/(mK)], leju 8 18 [W/(mK)], dy 1 2 [W/(mK)], a także na dstaie miaró radznych trakcie badań ich temeratury diedni 2, 1, 4 C. Tabela 2. Wyznaczne dane termfizyczne badanych materiałó Table 2. Thermhysical data f testing materials determined 1 Stali Med. T T C C1 1 Qm T Q T Gs3Mn5 L35GSM L35HM L7H2GNM lej da lej da lej da lej da

4 32 Rys. 3. Głóne kienk rgramu Jmin Fig. 3. Main user interface f Jmin sftare Rys. 4. Okienk edycji danych termfizycznych rgramu Jmin Fig. 4. Interface fr thermhysical data editin f Jmin sftare

5 tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] 321 Prcedura yznaczenia danych termfizycznych legała na czytaniu d rgramu zarejestranej krzyej stygnięcia róbki, która yśietlana zstaje na ykresie rysunek 3, dbrze arunkó czątk startych, a nastęnie cyklu bliczeń iteracyjnych na dbrze takich artści charakterystycznych danych termfizycznych, rysunek 4, aby dradzić d jak najdkładniejszeg nałżenia krzyej bliczeniej na miarą i ich chdnych. W rgramie zastsan urszczną stać charakterystyk łasnści termfizycznych na dstaie racy [5]. Wyniki bliczeń zestain tabeli ANALIZA WYNIKÓW I WNIOSKI Wybrane yniki badań zamieszczne tabeli 2 frmie liczbej rzedstain staci ykresó na rysunkach 5 7. Gs3Mn5 L35GSM s. re.cieł [W/(mK)] s. re.cieł [W/(mK)] 6 L35HM 5 L7H2GNM s. re.cieł [W/(mK)] 1 s. re.cieł [W/(mK)] Rys. 5. Wsółczynnik rzedzenia cieła Fig. 5. Thermal cnductivity cefficient

6 tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] Gs3Mn5 Q [J(/kgK)] L35GSM Q [J/(kgK)] L3HM Q [J/(kgK)] L7H2GNM Q [J/(kgK)] Rys. 6. Cieł rzemiany Fig. 6. Transfrmatin heat Na dstaie rzedstainych ynikó badań mżna s tierdzić, że dane termfizyczne silnie zależą d szybkści zmian temeratury. Zależnść ta szczególnie silnie uidacznia się rzyadku sółczynnika rzedzenia cieła raz charakterystyk ydzielania się cieła rzemiany. W rzyadku cieła łaścieg, dla stalia Gs3Mn5 i L35GSM mżna zauażyć yższe jeg artści dla róbek chłdznych z najiększą rędkścią ( dzie). Zmian gęstści funkcji szybkści stygnięcia nie stierdzn, ielkść tych zmian raddbnie jest bardz mała. Z rzeradznych ramach niniejszej racy stęnych badań nad łyem szybkści stygnięcia na rzebieg charakterystyk danych termfizycznych ynika, iż taka zależnść istnieje i rzejaia się z różną siłą dla szczególnych łasnści termfizycznych. Wły ten różnie rzejaia się dla różnych stali zależy zatem jak i same dane termfizyczne d składu chemiczneg stalia. Fakt istnienia takieg łyu ymaga uzględnienia g bazach danych materiałych rgramó symulacyjnych raz ich algrytmach bliczeniych. W artści łasnści fizycznych zależeć muszą nie tylk d temeratury materiału ale także d

7 tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] tem. [ C] 323 szybkści jeg stygnięcia. Dlateg rblematyka rzedstaina racy ymaga dalszych badań, które zlą kreślić stać funkcyjnych zależnści łasnści fizycznych materiału d temeratury i kinetyki stygnięcia. 65 Gs3Mn5 65 L35GSM C [J/(kgK)] 35 C [J/(kgK)] 65 L35HM 65 L7H2GNM C [J/(kgK)] 35 C [J/(kgK)] Rys. 7. Cieł łaście Fig. 7. Secific heat LITERATURA [1] J. Miettinen: Calculatin f slidificatin related thermhysical rerties fr steels. Metalurgical and Materials Transactins vl. 28B, 1997, 281. [2] J. Miettinen: Simle semiemirical mdel fr redictin f austenite decmsitin and related heat release during cling f l allyed steels. Irnmaking and Steelmaking vl. 23 n , 346. [3] J. Miettinen, S. Luhenkiri: Calulatin f thermhysical rerties f carbn and l allyed steels fr mdeling f slidificatin rcesses. Metalurgical And Materials Transactin, vl. 25B, 1994, 99.

8 324 [4] N.I. Kbask, A.A. Mskalenk, G.E. Ttten, G.M. Webster: Exerimental determinatin f the first and secnd critical heat flux densities and quench rcess characterizatin. J.M.E.P. vl. 6, 1997,93. [5] D. Bartcha, S. Jura: Cechy gólne charakterystyk temeraturych łasnści fizycznych stalia. Archium Odlenicta rcznik 3, nr 9, Gliice 23. [6] D. Bartcha, S. Jura: A simly methd determinatin data indisensably fr cmuter simulatin f hardened. KMiS vl. 2, n 44, 2, 23. [7] S. Ochęduszk: Teria maszyn cielnych. Tablice. PWT W-a DEPENDENCES OF THERMOPHYS ICAL PROPERTIES OF CAST STEEL ON SELF-COOLING RATE SUMMARY Preliminaries researches n influent f self-cling rate n value f thermhysical rerties and shae f its temerature characteristics fr cast steel in slid state have been described in this rk. Recenzał dr hab. Jan Szajnar