Modelling and simulations of induction surface hardening process

• Autorzy: Dołęga D.M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i symulacje procesu hartowania indukcyjnego powierzchniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of superficial induction hardening process consists of three stages: induction heating of the steel, quenching and analysis of metallurgical phenomena which occur during heating and quenching. A lot of factors have influence on every stage of the process. During the induction heating analysis it has to be taken into consideration inter alia: the geometry of the system, supply current or voltage, frequency of the supply current, initial temperature of the steel and surroundings, the way of the heat exchange (convective, radiative or conductive) and the material parameters (e.g. resistivity, thermal conductivity etc.) which are depending on the temperature. The cooling medium is a crucial factor which influence on the quenching. It should be taken into consideration also the shape and material of the cooled charge and its initial temperature. The heat exchange coefficient has been modelled in order to respect these factors. The analysis of the metallurgical phenomena bases on the results of the analysis of heating and cooling stages. The influence on the phenomena which occur during the hardening process have: way and velocity of the heating and quenching curves, chemical composition of the steel, its initial microstructure etc. So that the CCC diagrams have been worked out for the chosen kind of the steel. The results of the analysis include the distribution of: the charge's temperature, the charge's microstructure and hardness, and also some mechanical properties. The results has been verified by experiments.

PL

Analiza procesu hartowania indukcyjnego powierzchniowego stali składa się z trzech etapów: nagrzewanie indukcyjne stali, chłodzenie i analiza zjawisk metalurgicznych. Każdy etap analizy wymaga uwzględnienia szeregu czynników wpływających na przebieg procesu. Podczas analizy nagrzewania indukcyjnego należy uwzględnić wpływ m.in.: geometrii systemu, parametrów zasilania, początkowego rozkładu temperatury stali oraz otoczenia, a także sposobu wymiany ciepła i właściwości materiałowych, które zależą od temperatury. Rodzaj medium chłodzącego i początkowy rozkład temperatury w chłodzonym elemencie są kluczowymi czynnikami wpływającymi na przebieg chłodzenia. Wiąże się z tym dobór odpowiedniego współczynnika wymiany ciepła, który musi także uwzględniać rodzaj oraz kształt i wymiary chłodzonego elementu, a także sposób chłodzenia. Analiza zjawisk metalurgicznych bazuje na rezultatach analizy nagrzewania i chłodzenia. Podczas analizy zjawisk metalurgicznych zachodzących podczas hartowania uwzględnia się m.in.: przebieg krzywych nagrzewania i chłodzenia, skład chemiczny stali i jej właściwości materiałowe, początkową mikrostrukturę etc. Wiąże się to z koniecznością opracowania wykresów CTPc dla badanych stali. Rezultaty analizy zawierają rozkłady temperatury w nagrzewanym elemencie podczas nagrzewania i chłodzenia, rozkład mikrostruktury, twardości oraz wybranych właściwości materiałowych. Wyniki symulacji zostały zweryfikowane doświadczalnie.

Słowa kluczowe

EN

induction hardening; phase changes; superficial hardening; heat treatment of steel

PL

hartowanie indukcyjne; przemiana fazowa; hartowanie powierzchniowe; obróbka cieplna stali

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 54, nr 4
• Strony: 467--477
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Dołęga D.M.

• Silesian University of Technology

Bibliografia

• 1. Rudnev V.: Handbook of induction hardening, Dekker Inc, 2003.
• 2. Kurek K .: Zastosowanie numerycznej symulacji do analizy pracy i projektowania cylindrycznych nagrzewnic indukcyjnych skrośnych (Application of numerial simulation for analysis of through induction heaters' work and design for charges with axial symmerty - in Polish,), Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej „Hutnictwo" vol. 53, 1998 Gliwice.
• 3. Dołęga D., Kurek K.: The 2D and 3D analysis of the induction hardening process respecting changes in the material's microstructure. Proc. of HES Conference, Padova 2004, pp. 577- 584.
• 4. Barglik J.: Nagrzewanie indukcyjne wsadów płaskich w polu poprzecznym. Symulacja komputerowa i weryfikacja doświadczalna, (Inductiion heating of flat charges in transwerse flux field - in Polish.), Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej "Hutnictwo" vol.65, Gliwice 2002.
• 5. FLUX 2D ver 7.60 - user's guide, Cedrat, France 2001.
• 6. Šimeček P.: Vypočtove modelování mechanických vlasností tvářených a nsledne tepelne zpracovávanych teles (Computational modelling of machanical and plastic properttes ... in Czech,), PhD thesis, Czech Republic, Duben 2003, (not published).
• 7. Hering M .: Podstawy elektrotermii (Basis of eleclric heating engineering - in Polish), Vol.2. WNT, Warszawa 1992.
• 8. Krawczyk A.: Podstawy elektromagnetyzmu matematycznego (Basis of mathematical electromagnetism - in Polish;, PTZE No 2, INB Warszawa 2001.
• 9. Dołęga D.: Modelowanie i symulacje procesu hartowania indukcyjnego powierzchniowego (Modelling and simulation of induction surjace hardening process - in Polish), PhD Thesis, Katowice 2005, (not published).
• 10. Kurek K., Dołęga D.: Computer forecasting of phases fraction, hardness and mechanical properties in the induction hardening. Proc. of 5th International Scientific Conference EPE 2003, VSB - TU Ostrava, Czech Republic, pp. 57-58.
• 11. Fortunier R., Leblond J.B., Bergheau J. M .: A numerical model for multiple phase transformation in steels during thermal processes, Proc. Of 1st Int. Conf. On Thermal Process Modelling and Computer Simulation, Shanghai, 2000, J. of Shanghai Jiaotong University, Vol. E-5, No I, pp. 213-220.