KOMPUTEROWA SYMULACJA POLA TWARDOŚCI W ODLEWACH HARTOWANYCH

Podobne dokumenty
ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

FUNKCYJNY OPIS KRZYWEJ HARTOWNOŚCI. JURA Stanisław., BARTOCHA Dariusz Katedra Odlewnictwa, Politechniki Śląskiej, Gliwice Towarowa 7, POLAND

WPŁYW WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU NA WYTRZYMAŁOŚĆ ŻELIWA SFEROIDALNEGO NA ROZCIĄGANIE

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

IDENTYFIKACJA CHARAKTERYSTYCZNYCH TEMPERATUR KRZEPNIĘCIA ŻELIWA CHROMOWEGO

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WPŁYW SZYBKOŚCI KRZEPNIĘCIA NA UDZIAŁ GRAFITU I CEMENTYTU ORAZ TWARDOŚĆ NA PRZEKROJU WALCA ŻELIWNEGO.

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO

ZALEŻNOŚCI PARAMETRÓW FUNKCJI HRC=F(S) I WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNYCH OD SKŁADU CHEMICZNEGO STALIWA

SPEKTRALNE CIEPŁO KRYSTALIZACJI ŻELIWA SZAREGO

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

ZASTOSOWANIE METODY ATD DO JAKOŚCIOWEJ OCENY STALIWA CHROMOWEGO PRZEZNACZONEGO NA WYKŁADZINY MŁYNÓW CEMENTOWYCH

WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

POLE TEMPERA TUR W TECHNOLOGII WYKONANIA ODLEWÓW WARSTWOWYCH

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

OKREŚLANIE ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CZASEM KRYSTALIZACJI EUTEKTYCZNEJ A ZABIELANIEM ŻELIWA. Z. JURA 1 Katedra Mechaniki Teoretycznej Politechniki Śląskiej

ŻELIWNE ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

SKURCZ TERMICZNY ŻELIWA CHROMOWEGO

ZMODYFIKOWANA PRÓBA JOMINY ".J-M"

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

64/2 STALIWO L20HGSNM ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

BADANIE PROCESU KRYSTALIZACJI ODLEWNICZYCH MATERIAŁÓW ODPORNYCH NA ŚCIERANIE

OCENA JAKOŚCI ŻELIWA SFEROIDALNEGO METODĄ ATD

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

TEMPERATURY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO W FUNKCJI SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA ODLEWU

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

WYKRESY FAZOWE ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI Ni, Mo, V i B W ZAKRESIE KRZEPNIĘCIA

BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 5.4

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

PROFIL MAKRO- I MIKRO-TWARDOŚCI NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU Z ŻELIWA CHROMOWEGO

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

EKSPERYMENTALNE MODELOWANIE STYGNIĘCIA ODLEWU W FORMIE

BADANIA NAPRĘŻEŃ SKURCZOWYCH W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

WPŁYW PRĘDKOŚCI KRYSTALIZACJI KIERUNKOWEJ NA ODLEGŁOŚĆ MIĘDZYPŁYTKOWĄ EUTEKTYKI W STOPIE Al-Ag-Cu

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

FOTOELEKTRYCZNA REJESTRACJA ENERGII PROMIENIOWANIA KRZEPNĄCEGO STOPU

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

ROZKŁAD WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU W GRUBYM ODLEWIE ŻELIWNYM

OCENA PROCESU ODLEWANIA I OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPOWEGO STALIWA KONSTRUKCYJNEGO METODĄ ANALIZY TERMICZNEJ I DERYWACYJNEJ

KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

PRZYCZYNKI DO SYMULACJI KOMPUTEROWEJ KRZEPNIĘCIA ODLEWÓW STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE. Instytut Odlewnictwa 2, 3

POLITECHNIKA OPOLSKA

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

ANALIZA NUMERYCZNA ZMIANY GRUBOŚCI BLACHY WYTŁOCZKI PODCZAS PROCESU TŁOCZENIA

STABILNOŚĆ WZROSTU KRYSZTAŁÓW KOLUMNOWYCH W ODLEWACH TRADYCYJNYCH I WYKONYWANYCH POD WPŁYWEM POLA MAGNETYCZNEGO

ODLEWY WARSTWOWE. BARTOCHA D., SUCHOŃ J., JURA S. Katedra Odlewnictwa Politechniki Śląskiej Gliwice Towarowa 7, POLAND

SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA KIEROWANEGO OCHŁADZALNIKAMI ZEWNĘTRZNYMI I WEWNĘTRZNYMI

Ocena kształtu wydziele grafitu w eliwie sferoidalnym metod ATD

KRYSTALIZACJA SILUMINU AK20 PO MODYFIKACJI FOSFOREM I SODEM

Ćwiczenie 5 POMIARY TWARDOŚCI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

WYSOKOWYTRZYMAŁ Y SILUMIN CYNKOWO-MIEDZIOWY

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

METODY STATYSTYCZNE W BIOLOGII

OKREŚLENIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH ŻELIWA SFEROIDALNEGO METODĄ ATD

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WPŁYW TEMPERATURY ODLEWANIA NA INTENSYWNOŚĆ PRZEPŁYWU STOPÓW Al-Si W KANALE PRÓBY SPIRALNEJ BINCZYK F., PIĄTKOWSKI J., SMOLIŃSKI A.

EMPIRYCZNE WYZNACZENIE PRAWDOPODOBIEŃSTW POWSTAWANIA WARSTWY KOMPOZYTOWEJ

Hartowność jako kryterium doboru stali

Wykorzystanie testu Levene a i testu Browna-Forsythe a w badaniach jednorodności wariancji

Wpływ pól magnetycznych na rotację materii w galaktykach spiralnych. Joanna Jałocha-Bratek, IFJ PAN

KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

Pobieranie prób i rozkład z próby

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

Odchudzamy serię danych, czyli jak wykryć i usunąć wyniki obarczone błędami grubymi

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

BADANIA MATERIAŁOWE ODLEWÓW GŁOWIC SILNIKÓW

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Tematy Prac Magisterskich Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Informacje ogólne. Rys. 1. Rozkłady odkształceń, które mogą powstać w stanie granicznym nośności

Wtrącenia niemetaliczne w staliwie topionym w małym piecu indukcyjnym

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

TECHNOLOGIA WYTWARZANIA ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH PRZENOŚNIKÓW KUBEŁKOWYCH

z wykorzystaniem pakiet MARC/MENTAT.

Wykład 4. Plan: 1. Aproksymacja rozkładu dwumianowego rozkładem normalnym. 2. Rozkłady próbkowe. 3. Centralne twierdzenie graniczne

METODYKA PRZYGOTOWANIA OCENY JAKOŚCI ŻELIWA SFEROIDALNEGO Z ZASTOSOWANIEM METODY ATD

Transkrypt:

3/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN 0208-9386 KOMPUTEROWA SYMULACJA POLA TWARDOŚCI W ODLEWACH HARTOWANYCH JURA Stanisław, KILARSKI Jerzy Katedra Odlewnictwa, Politechnika Śląska 44-100 Gliwice, ul. Towarowa 7 JURA Zbigniew Katedra Mechaniki Teoretycznej, Politechnika Śląska 44-100 Gliwice, ul. STRESZCZENIE Opracowano modyfikację próby Jominy, która bardziej wiarygodnie odtwarza proces stygnięcia odlewów grubościennych. Przeprowadzając badania zmian temperatury oraz typowe pomiary twardości w próbie opracowano funkcję twardości. Funkcja ta jest podstawą do obliczenia pola twardości na przekroju odlewu. 1. WSTĘP Próba hartowności od czoła, zwana często próbą Jominy została opracowana dla stali głównie wyrobów walcowanych cienkościennych. W przypadku zastosowania do wyrobów grubościennych, a w szczególności odlewów o złożonych kształtach próba ta nie jest przydatna, a to głównie ze względu na nieporównywalny proces stygnięcia. 2. MODYFIKACJA PRÓBY JOMINY Metoda hartowności od czoła zwana metodą Jominy jest próbą termodynamiczną. Ustabilizowane warunki chłodzenia przez strumień wody przepływający z jednakową prędkością pozwalają na ocenę twardości próbki w zależności od odległości od czoła. Twardość i głębokość (odległość od czoła) zahartowania zależeć będzie od składu chemicznego. Rozkład temperatury w próbce będzie również zależny od składu chemicznego próbki. Oczywiście należy pamiętać, że od składu chemicznego zależy również współczynnik przewodnictwa cieplnego, ciepło właściwe oraz gęstość. Te dwa ostatnie parametry są słabo zmienne dla stali niskostopowych i węglowych. Główną więc rolę spełnia współczynnik przewodzenia ciepła. Typową próbę Jominy przedstawiono na rysunku 1. Próbka o średnicy 25 mm i

26 długości 100 mm chłodzona jest wodą od czoła, ale również ciepło oddawane jest przez pobocznicę do otoczenia. Wpływ ten może się już istotnie zaznaczyć w odległości 25-30 mm od czoła, a w odległości 100 mm chłodzenie od czoła nie ma już wpływu na procesy termodynamiczne w próbie. Tak więc można stwierdzić, że dla odlewów grubościennych próba ta nie jest przydatna. Dokładne obliczenia termodynamiczne w pełni potwierdzają te stwierdzenia. Postanowiono więc zaizolować cieplnie pobocznicę i główkę próbki aby ograniczyć tamtędy odpływ ciepła. Modyfikację tę przedstawiono na rysunku 1b. Dla określenia kinetyki chłodzenia w zmodyfikowanej próbie Jominy wewnątrz próbki zamontowano termoparę. Pomiarów temperatury dokonuje się co najmniej na dwóch głębokościach. Pomiar ten służy do prawidłowego określenia pola temperatur w próbie. Oczywiście na każdej próbce dokonuje się typowego pomiaru twardości. Tak przeprowadzone badania nazwano modyfikowaną próbą Jominy-M lub w skrócie J-M. a) b) Rys.1. Typowa próba Jominy (a) oraz modyfikowana próba Jominy-M (b) Fig.1. Typical Jominy test (a) and modified Jominy-M test (b) 3. POMIAR TEMPERATURY W PRÓBIE J-M Obecnie szeroko rozwinęła się metoda komputerowej symulacji procesów cieplnych. Prawdziwość obliczeń jest związana ściśle z prawdziwością współczynników fizycznych materiałów które poddaje się procesowi symulacji. W tym jednak zakresie obserwuje się brak danych dla każdego gatunku materiału. Dla prawidłowego rozwiązania tego zagadnienia zastosowano pomiar temperatury w odległości 40 i 50 mm od czoła próbki rys.2. Mając te pomiary zastosowano metodę odwrotną do symulacji. Poszukiwano współczynniki fizyczne spełniające chociażby w przybliżeniu

27 warunek: T(t) symulacji = T(t) pomiar Rys.2. Pomierzony proces stygnięcia próby J-M w odległości 40 mm od czoła Fig.2. The self-cooling of J-M test in the distants 40 mm on the front Następnie w procesie symulacji komputerowej stygnięcia próby J-M wyznaczono krzywe dla siedmiu odległości od czoła tj. 5, 10, 20, 30, 40, 50 i 60 mm rys.3. Parametrem określającym szybkość chłodzenia można było przyjąć pochodną (dt/dt) w temperaturze 600 o C. Okazało się jednak, Ze wpływ na tę pochodną miała przemiana alotropowa co znacznie podwyższało błędy obliczeń statystycznych. Przyjęto więc rozwiązanie tworzenia siecznych. Na poziomie 600 o C przeprowadzono linię przecinającą krzywe chłodzenia. Przecięcie to wyznacza punkt C. Punkt A wyznacza temperaturę początku chłodzenia, a punkt B wybraną temperaturę 600 o C. Powstaje więc trójkąt ABC, który jest odpowiednio inny dla każdej odległości od czoła próbki. Charakterystycznym parametrem dla przebiegu chłodzenia próbki w każdym punkcie jest wyrażenie: S = AB/BC = T/t [K/s]

28 Rys.3. Symulowane przebiegi stygnięcia próby J-M w różnych odległościach od czoła Fig.3. The simulation of the self-cooling J-M test in different distants on the front 4. POMIAR TWARDOŚCI I WYNIKI OBLICZEŃ NACHYLENIA SIECZNEJ Pomiaru twardości (HRC) dokonano zgodnie z zasadami próby Jominy na przeciwległych pobocznicach w odpowiednich odległościach. Dla tych samych odległości obliczono nachylenie siecznej "S". Wyniki przedstawiono w tabeli 1. Stosując metodę regresji krokowej obliczono twardość w funkcji siecznej "S". Związek ten przedstawia wzór: HRC = 30,4-0,018 S + 2,47 ln(s) + 1,65 exp(10/s) 10 7 o parametrach statystycznych: - odchylenie standardowe dhrc = 0,9 - współczynnik korelacji R = 0,98 - test wiarygodności W = 25 Przedstawiony wzór jest bardzo wiarygodny ponieważ test W>2 znacznie przekracza wartość graniczną. Z dużym prawdopodobieństwem można stosować ten wzór do obliczenia pola twardości w hartowanych odlewach. Tabela 1

29 Wyniki pomiarów twardości HRC oraz nachylenie siecznej S Lp Odległość Od czoła Twardość średnia Nachylenie siecznej [mm] HRC [K/S] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 40,5 39,5 38,5 38,5 37,5 37,0 36,5 36,0 33,0 30,5 30,5 29,5 29,5 27,5 27,0 26,5 212,40 169,80 85,20 45,62 25,90 16,52 11,50 8,58 4,74 3,04 2,13 1,61 1,28 1,07 0,93 0,75 0,67 0,62 0,62 0,61 5. POLE TWARDOŚCI NA PRZEKROJU WIEŃCA KOŁA SUWNICY Dla potwierdzenia metody J-M oraz symulacji pola twardości na przekroju odlewu przeprowadzono badania na odlewach kół suwnicowych. Koła o średnicy 900 mm odlano ze staliwa L30HGSN2M, tego samego co próbki J-M. Do obliczenia pola twardości zmodyfikowano program komputerowy symulacji stygnięcia COLDCAST. Wyniki obliczeń przedstawiono na rysunku 4. Hartowanie koła odbyło się w specjalnym urządzeniu hartowniczym. W czasie obrotu koła jego wieniec częściowo zanurza się w wodzie (hartuje) następnie się wynurza odpuszczając struktury hartownicze. Program obliczeniowy COLDCAST przystosowano do tego rodzaju technologii. Obliczanie pola temperatur jest niezbędne do równoczesnego obliczenia parametru S. Na tej bowiem podstawie obliczono pole twardości na przekroju wieńca. Pomierzona twardość na kole różniła się nie więcej niż 5 HRC na obrzeżach i 3 HRC na bieżni.

30 Rys. 4. Rozkład twardości na przekroju wieńca koła suwnicy Fig.4. The hardness penetration pattern on the crane wheel section 6. WNIOSKI Opracowana metoda komputerowa symulacji pola twardości na przekroju wieńca koła suwnicowego jest prawidłowa. Wyniki te uzyskano na bazie danych obliczeniowych na podstawie modyfikowanej próby Jominy-M. Typowy pomiar twardości w połączeniu z pomiarem temperatury i obliczeniu symulacyjnym pola temperatury w próbie J-M jest podstawą do obliczenia pola twardości w odlewach hartowanych. COMPUTER SIMULATION OF HARDNESS FIELD IN HARDENED CASTINGS ABSTRACT The modification of the Jominy test, that presents the self-cooling process of heavy-walled castings has been worked out in this paper. The hardness function has been determined, according to the investigations of the temperature changes and typical hardness test. The function is a basis for calculation of hardness field in cast section.