Численное исследование термомеханического поведения и эволюции микроструктуры заготовки из никелевого сплава в процессе ее осадки
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.2.15Ключевые слова:
горячая обработка давлением, жаропрочный никелевый сплав Waspaloy, динамическая рекристаллизация, метод конечных элементов, модель Джонсона-Мела-Аврами-КолмогороваАннотация
Использование наукоемких технологий в промышленном производстве открывает возможность получать высококачественные, конкурентоспособные готовые изделия. Разработка новых или оптимизация уже существующих технологических процессов с проведением экспериментальных исследований требует больших материальных ресурсов и временных затрат. Альтернативой физическому эксперименту может служить численное моделирование изучаемого технологического процесса. Результаты, найденные численными методами, позволят обосновать рациональный режим деформирования заготовок, приводящий к требуемому изменению структуры материала. В работе рассмотрен конкретный технологический процесс горячей обработки давлением массивного слитка, включающий два этапа: охлаждение слитка на воздухе во время переноса от печи до деформирующих инструментов и формоизменяющую операцию - свободную осадку заготовки подвижной верхней плоской плитой и вырезной неподвижной нижней. Компьютерное моделирование процесса свободной осадки крупного слитка с целью определения его формоизменения, распределения температуры на поверхности и в его объеме, неравномерности деформации, возникающей в ходе горячей обработки давлением, проведено в программном комплексе Deform-2D/3D. Начальное распределение температуры материала при выполнении формоизменяющей операции находится в результате моделирования процесса охлаждения слитка на воздухе в течение 45 с при его транспортировке от печи до деформирующего оборудования. Для полученного неоднородного распределения температуры выполнен расчет усилия, необходимого для осуществления осадки до заданного по технологии среднего диаметра ~1060 мм при скорости перемещения штампа 100 мм/c. С использованием модели Джонсона-Мела-Аврами-Колмогорова (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov, JMAK) исследована эволюция микроструктуры (среднего размера зерен и доли рекристаллизованного объема) никелевого сплава Waspalloy при динамической рекристаллизации в процессе горячей обработки давлением при скорости деформирования 100 мм/c.
Скачивания
Библиографические ссылки
Роговой А.А., Салихова Н.К. Численное исследование эволюции микроструктуры никелевого сплава в процессе горячей пластической обработки // Вычисл. мех. сплош. сред. 2019. Т. 12, № 3. С. 271-280. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.23">https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.23
Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 c.
Рекристаллизация металлических материалов / Под ред. Ф. Хесснера. М.: Металлургия, 1982. 352 с.
Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977. 432 с.
Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1978. 360 с.
Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория процессов ковки. М.: Высшая школа, 1977. 295 с.
Ковка и штамповка: Справочник / Под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. 568 с.
DEFORMТМ 3D Version 6.1 (sp2). User’s Manual. Scientific Forming Technologies Corporation, 2008. 415 p.
Практическое руководство к программному комплексу DEFORM-3D. Екатеринбург: УрФУ, 2010. 266 с.
Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.
Kobayashi S., Oh S., Altan T. Metal forming and the finite element method. Oxford University Press, 1989. 377 p.
Прикладная теория пластичности / Под ред. К.М. Иванова. СПб.: Политехника, 2011. 375 с.
Теория пластических деформаций металлов / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.
Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.
Легкие и жаропрочные сплавы и их обработка / Под ред. Н.М. Жаворонкова. М.: Наука, 1986. 304 с.
https://www.wepuko.de/ru/gidravlicheskie-kovochnye-pressy/produkcija/pressy-svobodnoi-kovki/">https://www.wepuko.de/ru/gidravlicheskie-kovochnye-pressy/produkcija/pressy-svobodnoi-kovki/ (дата обращения 01.06.2021).
Ковка и объемная штамповка стали. Справочник / Под ред. М.В. Сторожева. М.: Машиностроение, 1968. Т. 2. 448 с.
Srolovitz D.J., Grest G.S., Anderson M.P. Computer simulation of grain growth – V. Abnormal grain growth // Acta metall. 1985. Vol. 33. P. 2233-2247. https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90185-3">https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90185-3
Meccozi V.G., Eiken J., Santofimia M.J., Sietsma J. Phase field modeling of microstructural evolution during the quenching and partitioning treatment in low-allloy steels // Comput. Mater. Sci. 2016. Vol. 112. Part A. P. 245-256. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.10.048">https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.10.048
An D., Pan S., Huang L., https://www.jstage.jst.go.jp/search/global/_search/-char/en?item=8&word=Ting+Dai">Dai T., Krakauer B., Zhu M. Modeling of ferrite-austenite phase transformation using a cellular automation model // ISIJ Int. 2014. Vol. 54. P. 422-429. https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.422">https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.422
Raabe D. Celluar automata in materials science with particular reference to recrystallization simulation // Annu. Rev. Mater. Res. 2002. Vol. 32. P. 53-76. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.32.090601.152855">https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.32.090601.152855
Bergstrom Y. A dislocation model for the stress-strain behaviour of polycrystalline α-Fe with special emphasis on the variation of the densities of mobile and immobile dislocations // Mater. Sci. Eng. 1970. Vol. 5. P. 193-200. https://doi.org/10.1016/0025-5416(70)90081-9">https://doi.org/10.1016/0025-5416(70)90081-9
Лопатин Н.В., Горбушина С.Н., Дьяконов Г.С., Кудрявцев Е.А., Выдумкина С.В. Моделирование структурообразования в титановом сплаве ВТ6 при изотермической ковке в программном комплексе Deform // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6, № 6. С. 975-982. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2014-6-6-975-982">https://doi.org/10.20537/2076-7633-2014-6-6-975-982
Avrami M. Kinetics of phase change. I. General theory // J. Chem. Phys. 1939. Vol. 7. P. 1103-1112. https://doi.org/10.1063/1.1750380">https://doi.org/10.1063/1.1750380
Avrami M. Kinetics of phase change. II. Transformation-time relations for random distribution of nuclei // J. Chem. Phys. 1940. Vol. 8. P. 212-224. https://doi.org/10.1063/1.1750631">https://doi.org/10.1063/1.1750631
Avrami M. Kinetics of phase change. III. Granulation, phase change, and microstructure // J. Chem. Phys. 1941. Vol. 9. P. 177-184. https://doi.org/10.1063/1.1750872">https://doi.org/10.1063/1.1750872
Johnson W.A., Mehl R.F. Reaction kinetics in process of nucleation and growth // Trans. Am. Inst. Min. Met. Eng. 1939. Vol. 135. P. 416-442.
Алимов А.И., Воронежский Е.В. Математическое моделирование эволюции микроструктуры поковки в процессе термомеханической обработки // Наука и образование. 2011. № 8. 15 с.
Sellars C.M., McTegart W.J. On the mechanism of hot deformation // Acta Metall. 1966. Vol. 14. P. 1136-1138. https://doi.org/10.1016/0001-6160(66)90207-0">https://doi.org/10.1016/0001-6160(66)90207-0
Sellars C.M. The kinetics of softening process during hot working of austenite // Czech. J. Phys. 1985. Vol. 35. P. 239-248. https://doi.org/10.1007/BF01605090">https://doi.org/10.1007/BF01605090
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.