Tytuł pozycji:
Thermal micro- and macrostresses in the surface layer of cast steel accessories for carburizing furnaces
High heat resistance and creep resistance make the austenitic Fe–Ni–Cr alloys widely used as a material for accessories of the furnaces for heat treatment and thermochemical treatment. Due to the specific character of furnace operation, its tooling is exposed to the effect of numerous highly unfavourable factors, including high temperature and its rapid changes, strongly carburizing atmosphere as well as mechanical and thermal loads originating from the processed batch of items. As a result of the impact of the above-mentioned factors, in castings made from the Fe–Ni–Cr alloys, cracks and deformations occur, eliminating these castings from further use. The damages are mainly caused by stresses arising in the cast structure during subsequent work cycles. It is generally believed that stresses in furnace accessories are due to the temperature gradient generated during heating or cooling of components and differences in the thermal expansion of the structural constituents of cast steel from which these accessories are made. This article focuses on the results of numerical analysis of the stress distribution in the surface layer of a carburized austenitic alloy undergoing the cooling process. Cases are discussed when the examined sources of stress act as separate and independent factors and also when they operate simultaneously. This provides information about the stress formation and development of stress-initiated cracks on the surface of real castings.
Dobra żaroodporność oraz żarowytrzymałość sprawiają, iż austenityczne stopy Fe–Ni–Cr są powszechnie stosowane jako materiał, z którego wykonywane są elementy osprzętu pieców do obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Specyfika pracy oprzyrządowania pieców powoduje, że jest ono poddawane cyklicznemu działaniu wielu niekorzystnych czynników, w tym: wysokiej temperatury oraz jej gwałtownym zmianom, silnie nawęglającej atmosfery oraz obciążeniom mechanicznym i cieplnym pochodzącym od obrabianego wsadu, przyspieszającym procesy zmęczenia cieplnego. Pomimo dość dobrych właściwości wytrzymałościowych, którymi charakteryzują się austenityczne stopy niklowo-chromowe w podwyższonej temperaturze, w elementach z nich wykonanych dochodzi w wyniku wzajemnego oddziaływania wymienionych czynników do odkształceń oraz pęknięć eliminujących je z dalszego użytkowania. Za główne źródła naprężeń powodujących niszczenie odlewów (rys. 1, 2) użytkowanych w piecach uważa się różną rozszerzalność cieplną składników strukturalnych występujących w staliwie, z którego są one wykonane oraz gradient temperatury tworzący się na przekroju podczas chłodzenia lub nagrzewania. Celem pracy było przeprowadzenie analiz numerycznych rozkładów naprężeń powstających w warstwie wierzchniej gwałtownie chłodzonego, nawęglonego elementu wykonanego ze stopu Fe–Ni–Cr z uwzględnieniem równoczesnego występowania obydwóch tych źródeł.
Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).
