Inicjacja i propagacja mikropęknięć w stabilnym staliwie austenitycznym

• Autorzy: Bajwoluk A. , Gutowski P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.10

Warianty tytułu

EN

Initiation and propagation of mini-cracks in stable austenitic cast steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Osprzęt pieców do nawęglania jest wykonywany ze stabilnego staliwa austenitycznego. W czasie jego użytkowania dochodzi do zniszczeń, które dyskwalifikują go z dalszej eksploatacji. Praca skupia się na zagadnieniu powstawania mikropęknięć w osprzęcie podczas jego chłodzenia. Literatura przedmiotu wskazuje, że kluczowe znaczenie dla powstawania pęknięć ma duża różnica rozszerzalności cieplnej składników strukturalnych staliwa. Dostępny w literaturze model wykazuje, że obecność węglików przy powierzchni stopu może powodować powstawanie silnych naprężeń rozciągających, mogących inicjować powstawanie pęknięć. Nie uwzględnia on jednak warstwy tlenków, która powstaje na powierzchni stopu. Nie wyjaśnia on również dlaczego pęknięcia powstają w praktyce jedynie na granicach ziaren, a nie w innych miejscach wydzieleń węglików. W artykule przedstawiono model obliczeniowy MES dla przypadku granicy ziaren znajdujących się przy powierzchni stopu pokrytego warstwą tlenków. Zaproponowany model posłużył do analizy numerycznej wpływu geometrii warstwy węglików (głębokość warstwy) oraz warstwy tlenków na rozkład naprężeń powstających w warstwie przypowierzchniowej podczas procesu chłodzenia. Otrzymane wyniki wykazują wyraźny związek pomiędzy warstwą węglików a naprężeniami pojawiającymi się przy powierzchni. Pokazują one również, że pomimo obecności warstwy tlenków przy powierzchni mogą powstawać naprężenia rozciągające. Niezbędne obliczenia wykonane na potrzeby pracy zostały zrealizowane za pomocą programu Midas NFX 2014.

EN

Carburizing furnaces tooling is made of stable austenitic cast steel. During the service life of the tooling damages occur, which disqualify it from further usage. This paper focuses on the issue of mini-cracks formation in the tooling, during the cooling process. The literature shows, that a great difference in thermal expansion between cast structural components has a pivotal meaning for a problem of the cracks creating. A model which is presented in the literature shows, that the presence of carbides near the alloy surface can cause strong tensile stresses, which may initiate cracks formation. However the model does not include an oxide layer which forms on the alloy surface. It also does not explain why the cracks arise in practice, only at grains boundaries and not in other places where carbides are located. In the article computational model for finite element analysis of grains boundary located near the alloy surface which is covered with oxide layer was presented. The proposed model was used for the numerical analysis of the influence of the carbide layer (the depth of the layer) and oxide layer geometry on the stress distribution in the surface layer, during the cooling process. The results show a clear relationship between the carbide layer and the stresses occurring at the surface. They also show that, despite the presence of the oxide layer, tensile stresses may occur at the alloy surface. The necessary calculations were made in the Midas NFX 2014 software.

Słowa kluczowe

PL

stabilne staliwo austenityczne; naprężenia; metoda elementów skończonych; pękanie

EN

stable austenitic cast steel; stresses; finite elements method; cracking

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 401--404
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bajwoluk A.

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

autor

Gutowski P.

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

• [1] Piekarski B.: Odlewy ze stopów żarowytrzymałych w piecach do obróbki cieplnej. Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego, Szczecin (2012).
• [2] Piekarski B.: A thermal fatigue behaviour of creep-resistant Ni–Cr cast steel. Archives of Foundry Engineering 7 (4) (2007) 155÷158.
• [3] Drotlew A., Piekarski B.: Żarowytrzymałe odlewy palet — uwagi konstrukcyjne i technologiczne. Archiwum Odlewnictwa 1 (2) (2001) 446÷455.
• [4] Kubicki J., Christodulu P.: Stabilność austenitu w staliwach chromowo niklowych w warunkach nawęglania i wstrząsów cieplnych. Mat. IX Symp. Nauk. z okazji Dnia Odlewnika, ITiMO AGH, Kraków (1983) 93÷99.
• [5] Gutowski P.: Badanie przyczyn pękania palet używanych w piecach do nawęglania. Rozprawa doktorska. Politechnika Szczecińska, Szczecin (1989).
• [6] Gutowski P., Tuleja J.: Wytężeniowa analiza rozwoju pęknięć w stabilnym staliwie austenitycznym podczas nagłych zmian temperatury. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 25 (1) (2006) 25÷37.
• [7] Tuleja J., Gutowski P., Leus M.: Napreżenia strukturalne w stabilnym staliwie austenitycznym w warunkach nawęglania i nagłych zmian temperatury. Archiwum Odlewnictwa 6 (22) (2006) 590÷597.
• [8] Udy M. C.: Chromium. Vols. I and II. Reinhold Publishing, New York (1956).
• [9] Schafer P. T. B.: Plenum Press Handbook of high-temperature materials. Springer Science+Business Media, New York (1963).