Tytuł pozycji:
Modelling of transient temperature field and phase transformation change : a way for residual stress management in large size forgings
The paper is devoted to development of the modelling approach based on 3D finite-element (FE) analysis of the transient temperature fields and the thermally induced phase transformations as a way towards residual stress management in large size forgings. Heating, holding and cooling stages are under consideration and modelling of both the austenite formation and decomposition are taken into account. The thermal-mechanical FE model capable of taking into account changes in the specific volume during ferrite/austenite transformation is coupled with the relevant phase transformation model in order to allow simulation of the transient stresses due to both thermal contraction and the dilatometric effect. The model is capable of taking into account different boundary conditions for the heat transfer problem based on the available data. To improve the predictive abilities, the following two commercial FE codes, such as MSC Marc 2013.1.0 and Abaqus/Standard 6.12, are used for solving the non-steady state 3D problem of the metal expansion/contraction during consecutive heating, holding and cooling stages. Although all the mentioned process steps are considered, the model is dedicated to be used for modelling the cooling stages of large forgings and castings.
W artykule przedstawiono wyniki modelowania numerycznego 3D procesów obróbki cieplnej wielkogabarytowych odkuwek o masie 300÷600 ton. W celu obliczenia niestacjonarnego pola temperatur oraz zachodzących podczas procesu nagrzewania i chłodzenia zmian w przebiegu cieplnie indukowanej przemiany fazowej wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Zaproponowany zestaw modeli może stanowić narzędzie do badań naprężeń własnych, powstających podczas obróbki cieplnej odkuwek charakteryzujących się dużą masą i wymiarami. W modelu uwzględniono etapy nagrzewania, wytrzymania w danej temperaturze i chłodzenia materiału. Modelowanie przemian fazowych odbywa się w osobnym, powiązanym z proponowanym modelem podprogramie, gdzie przewidywane są zmiany objętości odkuwki podczas przemian ferrytycznej i austenitycznej. Umożliwia to odpowiednią symulację powstawania naprężeń chwilowych, wynikających z cieplnego skurczu materiału. Model może uwzględniać różne warunki brzegowe w celu dostosowania do danego problemu cieplnego. W celu poprawy dokładności uzyskiwanych wyników wykorzystano komercyjne oprogramowanie MES tj. MSC Marc 2013.1.0 oraz Abaqus/Standard 6.12. To oprogramowanie zostało wykorzystane w celu rozwiązania równań nieustalonego stanu materiału, tj zmian objętości podczas kolejnych stadiów nagrzewania, wytrzymania i chłodzenia. Efekty działania zaproponowanego modelu zostały przedstawione na przykładzie wybranego etapu chłodzenia.
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).
