Study of Casting and Solidification of Slab Ingot from Tool Steel Using Numerical Modelling

• Autorzy: Tkadlečková M. , Michalek K. , Machovčák P. , Kováč M. , Socha L.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0460

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne odlewania i krzepnięcia wlewków stalowych ze stali narzędziowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main problem in the production of forgings from tool steels, especially thick plates, blocks, pulleys and rods which are used for special machine components for demanding applications, it is the inhomogeneous structure with segregations, cracks in segregations or complex type of non-metallic inclusions MnS and TiCN. These forgings are actually produced from conventional forging ingots. Due to the size of forgings, it would be interesting the production of these forgings from slab ingots. It is possible that the production of forgings from slab ingots (which are distinguished by a characteristic aspect ratio A/B), it would reduce the occurrence of segregations. The paper presents the verification of the production process of slab steel ingots in particular by means of numerical modelling using finite element method. The paper describes the pre-processing, processing and post-processing phases of numerical modelling. The attention was focused on the prediction of behavior of hot metal during the mold filling, on the verification of the final porosity, of the final segregation and on the prediction of risk of cracks depending on the actual geometry of the mold.

PL

Głównym problemem w produkcji odkuwek ze stali narzędziowych, szczególnie grubych płyt, bloków, kół pasowych i prętów, używanych do specjalnych elementów maszyn dla żądanych zastosowań, jest niejednorodna struktura z segregacją, pęknięciami w segregacji lub złożonego typu niemetaliczne wtrącenia MnS i TiCN. Te odkuwki są rzeczywiście produkowane z konwencjonalnych wlewków przeznaczonych do kucia. Ze względu na wielkość odkuwek, można by produkować te odkuwki z wlewków płaskich. Możliwe, że produkcja odkuwki z wlewków płaskich (które wyróżniają się charakterystycznym stosunkiem A/B), pozwoli zmniejszyć występowanie segregacji. W pracy przedstawiono weryfikację procesu produkcji wlewków płaskich za pomocą modelowania numerycznego z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Artykuł opisuje fazy modelowania numerycznego: wstępną fazę przetwarzania, obróbkę i przetwarzanie końcowe. Zwrócono uwagę na zachowanie się ciekłego metalu podczas napełniania wlewnic, na weryfikację końcowej porowatości, końcowej segregacji i przewidywania ryzyka pęknięcia w zależności od rzeczywistej geometrii wlewnic.

Słowa kluczowe

EN

steel; slab ingot; macrosegregation; cracks; modelling

PL

stal; wlewki stalowe; segregacja; pęknięcia; modelowanie

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2879--2886
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Tkadlečková M.

• VŠB-Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering , Department of Metallurgy and Foundry, and Regional Materials Science and Technology Centre, 17. listopadu 15/2172, Ostrava -Poruba, Czech Republic

autor

Michalek K.

• VŠB-Technical University of Ostrava , Faculty of Metallurgy and Materials Engineering , Department of Metallurgy and Foundry, and Regional Materials Science and Technology Centre, 17. Listopadu 15/2172, Ostrava -Poruba, Czech Republic

autor

Machovčák P.

• Vítkovice Heavy Machinery a.s., Ostrava, Czech Republic

autor

Kováč M.

• MECAS ESI s.r.o., Czech Republic

autor

Socha L.

• VŠB-Technical University of Ostrava , Faculty of Metallurgy and Materials Engineering, Department of Metallurgy and Foundry, and Regional Materials Science and Technology Centre, 17. Listopadu 15/2172, Ostrava -Poruba, Czech Republic

Bibliografia

• [1] M. Kepka, Ovlivňování čistoty oceli, ACADEMIA, Praha, 1986, 156 s. (in Czech)
• [2] L. Šmrha, Tuhnutí a krystalizace ocelových ingotů. SNTL, Praha, 1983. ISBN 182664-14825/83 (in Czech)
• [3] C. Beckermann, Inter. Mater. Rev. 47, 243-261 (2002).
• [4] J. P. Gu, C. Beckermann, Metall. and Mat. Trans. A 30A, 1357-1366 (1999).
• [5] C. Beckermann, ASM Handbook, Vol. 15, pp 348-352. http:// www.engineering.uiowa.edu/~becker/documents.dir/
• [6] J. Pieprzyca, T. Merder, M. Warzecha, J. Skorupa, Metalurgija 54, 127-130 (2015).
• [7] Y. Liu, S. Zhou, X. Zhang, M. Geng, Y. Huang In 1st Inter. Conf. on Ingot Casting, Rolling and Forging, Aachen, Germany (2012).
• [8] N. Giesselmann, A. Rückert, H. Pfeifer, J. Tewes, J. Klöwer, In 1st Inter. Conf. on Ingot Casting, Rolling and Forging, Aachen, Germany (2012).
• [9] YW. Dong., ZH. Jiang, YL. Cao, A. Yu, D. Hou, Metall. and Mater. Trans. B 45, 1315-1324 (2014).
• [10] L. Nan, J. Y onglong, L. Shengli, A. Xingang, Y. Xiaoguang. Research & Development - Chine Foundry 10, 87-91 (2013).
• [11] K. Tashiro, S. Watanabe, I. Kitagawa, I. Tamura, ISIJ Int., 312-321 (1983).
• [12] A. Kermanpus, M. Eskandari, H. Purmohamad, M.A. Soltani, B. Shateri, Mater. & Design 31, 1096-1104 (2010).
• [13] O. Bogdan, Industrial Soft, Montreal, Canada (2010), http://castingsnet.com/AISI4340-casting-report.pdf
• [14] M. Kearney, M. Crabbe, J. Talamantes-Silva, Ironmaking & Steelmaking, 34, 380-383 (2007).
• [15] P. Lan, JQ Zhang, Ironmaking & Steelmaking, 41, 598-606 (2014).
• [16] D. Mazumdar, J. W. Evans, J., W. Modeling of Steelmaking Processes. CRC Press, 1 edition, 2009. ISBN-13: 978-1-4200-6243-4
• [17] QY Meng, FM Wang, CR Li, ML Li, J. Zhang, GJ Cui, JOM, 66, 1166-1174 (2014).
• [18] WS Li, HF Shen, X. Zhang, BC Liu. Metallur. & Mater. Transac. B 45, 464-471 (2014).
• [19] P. Machovčák, A. Opler, M. Tkadlečková, K. Michalek, K. Gryc, V. K utIs, M. Kováč, In 1st Intern. Confer. on Ingot Casting, Rolling and Forging ICRF, Aachen, Germany (2012).
• [20] M. Tkadlečková, P. Machovčák, K. Gryc, K. Michalek, L. Socha, P. Klus, Archiv. of Metall. and Mater. 58, 171-177 (2013).
• [21] Large castings - ingot. Procast 2010. User Guide.
• [22] ProCAST 2009, User Guide.
• [23] B. Smetana, M. Žaludová, M. Tkadlečková, J. Dobrovská, S. Zlá, K. Gryc, P. Klus, K. Michalek, P. Machovčák, L. Řeháčková, Journal of Therm. Anal. & Calorim. 112, 473-480 (2013).
• [24] M. Tkadlečková, K. Gryc, L. Socha, K. Michalek, P. Klus, P. Machovčák, In: 21st Intern. Confer. on Metall. and Mater. METAL 2012, Brno, Czech Republic, EU. 59-65, 2012. ISBN 978-80-87294-31-4.
• [25] M. Tkadlečková, K. Gryc, P. Machovčák, P. Klus, K. Michalek, L. Socha, M. Kováč. Mater. in Technol. 46, 399-402 (2012).
• [26] Ch. Pequet, M. Gremaud, M. Rappaz, Met. Mater. Trans. 33A, 2095-2106 (2002).
• [27] G. Couturier, M. Rappaz, Model. and Simul. in Mater. Scien. and Engin. 14, 253-271 (2006).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.