Ocena wpływu makro i mikronaprężeń na powstawanie i rozwój pęknięć w staliwie austenitycznym podczas zmęczenia cieplnego. I. Makronaprężenia

• Autorzy: Tuleja J.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of the effect of macro and microstresses on the formation and development of fractures in austenitic cast steel during thermal fatigue. I. Macrostresses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy oceniono wpływ makronaprężeń na pękanie elementów oprzyrządowania technologicznego eksploatowanych w piecach do nawęglania. Wyznaczono rozkłady temperatury analitycznie, stosując model ciała półnieskończonego oraz numerycznie, metodą elementów skończonych dla modelu węglika częściowo osłoniętego austenityczną osnową. Porównano rozkłady naprężeń σx, σy, σz wyznaczone metodą elementów skończonych przy uwzględnieniu wymiany ciepła oraz jednoczesnej zmiany temperatury w całej objętości przyjętego modelu obliczeniowego węglika i otaczającej go osnowy. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń wykazano, że w obszarze przypowierzchniowym badanych elementów, w którym dochodzi do inicjacji pęknięć, temperatura podczas gwałtownego chłodzenia jest stała, stąd można wykluczyć bezpośredni wpływ makronaprężeń na ich powstawanie.

EN

In the study, the effect of macrostresses on the cracking of technological instrumentation elements used in carburising furnaces was evaluated. Temperature distributions were determined analytically using a model of semi-infinite body and numerically with the finite element method for the carbide model partially surrounded by the austenitic matrix. The distributions of stresses - σx, σy and σz - determined with the finite element method, allowing for heat exchange and simultaneous temperature change in the whole volume of carbide and its surrounding matrix adopted as a computational model, were compared. It was shown based on the carried out calculations that temperature during rapid cooling in the near-surface area of the tested elements where it comes to the initiation of cracks is constant, and therefore a direct effect of macrostresses on their development can be excluded.

Słowa kluczowe

PL

obróbka cieplna; makronaprężenia; staliwo austenityczne; pękanie

EN

thermal treatment; macrostresses; austenitic cast steel; cracking

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 10, iss. 2 spec.
• Strony: 157--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Tuleja J.

• Akademia Morska, Instytut Inżynierii Transportu, Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin, Polska

Bibliografia

• [1] Gutowski P.: Badanie przyczyn pękania palet używanych w piecach do nawęglania, Praca doktorska PS, Szczecin (1989).
• [2] Gutowski P., J. Tuleja: Wytężeniowa analiza rozwoju pęknięć w stabilnym staliwie austenitycznym podczas nagłych zmian temperatury, ATMiA, 25 (2006) 25-37.
• [3] Tuleja J., Gutowski P., Leus M.: Rozwój naprężeń strukturalnych w staliwie LH17N36S w wyniku nawęglania i nagłych zmian temperatury, Archives of Foundry Vol. 6, iss. 22 (2006) 590-597.
• [4] Tuleja J.: Fracture formation in austenitic cast steel during thermal fatigue, Archives of Foundry Engineering, Vol. 8, iss. 1 (2008) 139-142.
• [5] Orłoś Z. i in.: Naprężenia cieplne, PWN, Warszawa (1982).
• [6] Weroński A.: Zmęczenie cieplne metali, WNT, Warszawa (1983).
• [7] Żuchowski R.: Analiza procesu zniszczenia podczas zmęczenia cieplnego metali, Prace Naukowe PW, Wrocław (1986).
• [8] Piekarski B.: Odlewy ze staliwa austenitycznego w budowie pieców do nawęglania. Prace Naukowe PS Nr 573, Szczecin (2003).
• [9] Mrowec S., Weber T.: Nowoczesne materiały żaroodporne, WNT, Warszawa (1982).
• [10] Padihla A.F., Rios P.R.: Decomposition of austenitic stainless steels, ISIJ International, 42 (2002) 325-337.
• [11] Sourmail T.: Precipitation in creep resistant austenitic stainless steel, Mat. Science and Technology, 17 (2002) 1-14.
• [12] Ul-Hamid A., Tawancy H.M. i in.: Carburisation of Fe-Ni-Cr alloys at high temperatures, Materials Science 24 2/1 (2006) 319-331.
• [13] Union Carbide Corporation, ME December (1986) 189.
• [14] Kubicki J., Christodoulu P.: Stabilność austenitu w staliwach chromowo-niklowych w warunkach nawęglania i wstrząsów cieplnych. Materiały IX Symp. Nauk. z okazji Dnia Odlewnika, ITiMO AGH, Kraków (1983) 93-99.
• [15] Barcik J.: Procesy wydzielania fazy sigma w chromowoniklowych stalach austenitycznych. Prace Naukowe UŚ nr 340, Katowice (1979).
• [16] Tuleja J.: Powstawanie i rozwój pęknięć w staliwie austenitycznym w warunkach zmęczenia cieplnego, Akademia Morska, Szczecin (2009), praca niepublikowana.
• [17] Tuleja J.: Analysis of effort of carbides and austenite in austenitic cast steel cooled violently, Archives of Foundry Vol. 10, nr 1 (2010) 205-210.
• [18] Xiao B., Xing J.D., Feng J.: Theoretical study on the stability and mechanical property of Cr7C3, Physica B 403 (2008) 2273-2281.
• [19] Music D., Kreissing U., Mertens R.: Electronic structure and mechanical properties of Cr7C3, Physics Letters A 326 (2004)473-476.
• [20] www.matweb.com, www.memsnet.org
• [21] Bauccio M.: ASM Engineered Materials Reference Book, ASM International, Materials Park, OH (1994).
• [22] Linde D.R.: CRC Handbook of Chemistry and Physics, Ed. 80th Edition, CRC Press, Boca Raton, FL (1999).
• [23] Dyląg Z. i in.: Wytrzymałość materiałów, PWN, Warszawa (1996).
• [24] Niezgodziński T.: Elastooptyka i metoda elementów skończonych w mechanice pękania. Monografie PŁ, Łódź (2007).
• [25] M. Maniruzzaman, R.D. Sisson, Heat transfer coefficients for quenching process simulation, J. Phys. IV France, 120 (2004) 269-276.
• [26] L. Huiping, Z. Guoqun i in., High-speed data acquisition of the cooling curves and evaluation of heat transfer coefficient in quenching process, Measurement 41 (2008) 676-686.
• [27] C. Krause, E. Wulf i in., Wärmeübergangs-und Tropfencharakteristik für eine Spraykühlung im Temperaturbereich von 900-100oC. Forsch Ingenieurwes, 72 (2008) 163-173.
• [28] T. Inuoe, Y. Watanabe i in., Cooperative Activity on Quenching Process Simulation – Japanese IMS-VHT Project on the Benchmark Analysis and Experiment. Transactions of Materials and Heat Treatment, 25, 5 (2004) 28-34.
• [29] Staliwo żaroodporne PN-EN 10295:2004.
• [30] www: sitecsrl.com, acmealloys.com, metaltekint.com.
• [31] Enginieering Properties of Selected Ceramic Materials, ACSC, Ohio (1966).
• [32] M. Bauccio, ASM Engineered Materials Reference Book, ASM International, Materials Park, OH (1994).
• [33] D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, FL (1999).
• [34] W. Sheng-Chang, C. Yuan-Liang, H. Jow-Lay, Microstructure and mechanical properties of chromium carbide/alumina nanocomposite prepared by MOCVD in fluidized bed, Journal of Europan Ceramic Society, 28 (2008) 1909-1916.
• [35] www: matweb.com, memsnet.org, reade.com, ultramet.com