Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Komputerowe projektowanie procesów obróbki cieplnej

Stańczyk-Wołowiec E.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2013

|

Z. 453

1--112

PL

Niniejsza praca dotyczy zagadnień inteligentnego wspomagania komputerowego procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, w aspekcie poprawienia osiągania zgodności właściwości rzeczywistych po obróbce z właściwościami założonymi, a tym samym doskonalenia powtarzalności wyników tych procesów. Szczegółowe badania przeprowadzono dla nawęglania niskociśnieniowego z następującym po nim hartowaniem w gazie pod wysokim ciśnieniem, hartowania w gazie stali narzędziowych oraz azotowania prowadzonego przy obniżonym ciśnieniu. Zasadniczym celem przeprowadzonych badań doświadczalnych było lepsze poznanie zależności przyczynowo-skutkowych związanych z przebiegiem procesów nawęglania i azotowania w obniżonym ciśnieniu oraz opracowanie metodologii projektowania funkcjonalnych i efektywnych procesów próżniowej obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, z wykorzystaniem efektywnych metod obliczeniowych. Zagadnienia modelowania, prowadzenia i kontroli procesów dyfuzyjnych oraz procesów im towarzyszących omówiono w ośmiu kolejnych rozdziałach. Rozdział pierwszy wprowadza w tematykę pracy, w rozdziale drugim omówiono procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. W rozdziale trzecim syntetycznie przedstawiono metody modelowania ze szczególnym uwzględnieniem metod sztucznej inteligencji oraz przeanalizowano potencjalne możliwości i zagrożenia wynikające ze stosowania tych metod. W rozdziale czwartym omówiono zagadnienie komputerowego wspomagania procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, podsumowując jednocześnie aktualny stan wiedzy przedstawiony w literaturze. W rozdziałach piątym, szóstym i siódmym przedstawiono trzy modele i wykorzystujące je aplikacje, wspomagające procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Aplikacje te pracują w czasie rzeczywistym, dlatego podczas opracowywania algorytmów główny nacisk położono na ich szybkość działania i tworzono rozwiązania hybrydowe, wykorzystujące w zależności od potrzeb jednocześnie: równania analityczne, systemy bazodanowe, tabelaryzację, algorytmy heurystyczne, metody numeryczne i sieci neuronowe, ponieważ zaobserwowano, że rozwiązania hybrydowe, złożone z kilku metod, często dawały efekt synergiczny. Poprawność i sprawność rozwiązań weryfikowano w oparciu o rzeczywiste bazy eksperymentalne. Całościowe podsumowanie pracy zamieszczono w rozdziale ósmym. Elementy nowatorskie pracy stanowią: - dopełnienie poznania nowoczesnej oryginalnej technologii azotowania niskociśnieniowego, realizowanego metodą segmentową „boost-diffusion”, a w szczególności określenie modelu zjawisk powierzchniowych dla określenia zmiennych warunków brzegowych, uzyskanie stabilizacji i powtarzalności zjawisk powierzchniowych zachodzących podczas procesu azotowania pod obniżonym ciśnieniem, - poznanie nowych szczegółów realizacji procesów nawęglania próżniowego i hartowania stali narzędziowych, - twórcza adaptacja metod sztucznej inteligencji do projektowania i przewidywania procesów nawęglania oraz azotowania przy obniżonym ciśnieniu, - hybrydowe podejście do wspomagania procesów w czasie rzeczywistym, umożliwiające skuteczną aplikację zaprezentowanych rozwiązań w przemyśle.

EN

This study deals with intelligent computer-aided processes in thermal and thermochemical treatment, with the aim of improving the conformity of the actual post-treatment properties with the assumed properties, thereby improving the repeatability of the process results. Detailed studies were conducted of low-pressure carburising followed by high-pressure gas quenching of tool steels and low-pressure nitriding. The main purpose of the experiment was to gain a better understanding of the cause and effect relationships in the process of low-pressure carburising and nitriding and to develop a methodology for designing functional and effective processes of thermal and thermochemical treatment, using fast, efficient or intelligent computational methods. The issues of modelling, running and control of the diffusion processes and the accompanying processes are discussed in the subsequent eight chapters. Chapter one introduces the subject matter of the study; chapter two discusses the processes of thermal and thermochemical treatment. Chapter three presents briefly the methods of modelling, taking into special account those employing artificial intelligence, and it analyses the opportunities and threats arising from the use of such methods. Chapter four discusses the issue of computer aided thermal and thermochemical treatment and it provides a review of the current state of knowledge, presented in the literature. Chapters five, six and seven present three working models and the applications which use them, assisting processes of thermal and thermochemical treatment. The applications work in real time, so the process of developing the algorithms focused on their speed and hybrid solutions were created. The correctness and efficiency of the solutions were verified based on real experimental databases. A summary of the whole study is presented in chapter eight.

2

Algorithm for Controling of Quench Hardening Process sof Constructional Steels

Olejarczyk I., Adrian A., Adrian H., Mrzygłód B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 1

171-179

EN

The computer program "PWD - QUENCH HARDENING" was developed for supporting of ąuenching process of constructional steel. Using data on the effect of chemical composition of steel on its ideał critical diameter the hardenability parameters are calculated. Program enables to select a ąuenching media for through hardening of steel bars with given diameter. The data base of 91 grades of constructional steels was prepared.

PL

Opracowano program "PWD - QUENCH HARDENING" do wspomagania procesu hartowania stali konstrukcyjnych. Program umożliwia obliczenie parametrów hartowności stali na podstawie składu chemicznego i wielkości ziarna austenitu, jak również dobór ośrodka chłodzącego, zapewniającego hartowanie na wskroś elementu w kształcie walca o danej średnicy. Opracowano bazę składów chemicznych 91 gatunków stali konstrukcyjnych.

3

Modelling and numerical analysis of hardening phenomena of tools steel elements

Bokota A., Domański T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 3

575-587

EN

This research the complex model of hardening of tool steel was shown. Thermal phenomena, phase transformations and mechanical phenomena were taken into considerations. In the modelling of thermal phenomena the heat transfer equations has been solved by Finite Elements Method by Petrov-Galerkin formulations. The possibility of thermal phenomena analysing of feed hardening has been obtained in this way. The diagrams of continuous heating (CHT) and continuous cooling (CCT) of considered steel are used in the model of phase transformations. Phase altered fractions during the continuous heating (austenite) are obtained in the model by formula Johnson-Mehl and Avrami and modified equation Koistinen and Marburger. The fractions ferrite, pearlite or bainite, in the process of cooling, are marked in the model by formula Johnson-Mehl and Avrami. The forming fraction of martensite is identified by Koistinen and Marburger equation and modified Koistinen and Marburger equation. The stresses and strains fields are obtained from solutions by FEM equilibrium equations in rate form. Thermophysical values in the constitutive relations are depended upon both the temperature and the phase content. The Huber-Misses condition with the isotropic strengthening for the creation of plastic strains is used. However the Leblond model to determine transformations plasticity was applied. The numerical analysis of thermal fields, phase fractions, stresses and strain associated deep hardening and superficial hardening of elements made of tool steel were done.

PL

Praca przedstawia kompleksowy model hartowania stali narzędziowej. W rozważaniach uwzględniono zjawiska termiczne, przemiany fazowej i zjawiska mechaniczne. W modelowaniu zjawisk cieplnych równanie przewodnictwa rozwiązano metodą elementów skończonych w sformułowaniu Petrova-Galerkina. Istnieje zatem możliwość analizowania zjawisk hartowania posuwowego. W modelowaniu przemian fazowych wykorzystano wykresy ciągłego nagrzewania CTPa i ciągłego chłodzenia CTPc rozważanej stali. Ułamek fazy przemienionej podczas ciągłego nagrzewania (austenit) wyznaczono w modelu równaniem Johnsona-Mehla i Avramiego oraz zmodyfikowanym równaniem Koistinena i Marburgera. Ułamek ferrytu, perlitu lub bainitu, w procesie chłodzenia, wyznacza się równaniem Johnsona-Mehla i Avramiego. Ułamek martenzytu wyznaczany jest równaniem Koistinena i Marburgera oraz zmodyfikowanym równaniem Koistinena i Marburgera. Pola naprężeń i odkształceń otrzymano z rozwiązania metodą elementów skończonych równań równowagi w formie prędkościowej. Wielkości termofizyczne i związki konstytutywne uzależniono zarówno od temperatury jak i od składu fazowego. Do wyznaczenia odkształceń plastycznych wykorzystano warunek plastyczności Hubera-Misessa ze wzmocnieniem izotopowym. Do wyznaczenia odkształceń transformacyujnych zastosowano model Leblonda. Przeprowadzono analizę numeryczną pól temperatury, przemian fazowych, naprężeń i odkształceń towarzyszących głębokiemu hartowaniu oraz przypowierzchniowemu elementów wykonanych ze stali narzędziowej.

4

Numerical analysis of thermo-mechanical phenomena of hardening process of elements made of carbon steel C80U

Bokota A., Domański T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2007

|

Vol. 52, iss. 2

277-288

EN

The work concerns numerical analysis of thermal phenomena, phase transformations and mechanical phenomena associated with hardening of carbon steel C80U. The following transformations were assumed: initial structure – austenite, austenite – perlite, bainite and austenite – martensite. Numerical algorithms for evaluation of fractions of phases and their kinetics based on continuous heating and cooling diagrams (CCT) were worked out. In the algorithm of thermal phenomena relation of thermophysical values to temperature and source of phase transformations were taken into account. The dilatometric tests on the simulator of thermal cycles were performed, during which the hardening of the elements made of carbon steel C80U was simulated. The results of dilatometric tests were compared with the results of the test numerical simulations. In this way the derived models for evaluating phase content and kinetics of transformations in heating and cooling processes were verified. The stresses generated during hardening were assumed to result from thermal load, structural plastic deformations and transformation plasticity. The hardened material was assumed to be elastic-plastic, and in order to mark plastic strains the non-isothermal plastic law of flow with the isotropic strengthening and condition plasticity of Huber-Misses were used. Thermophysical properties present in the model of mechanical phenomena were made dependant on both the phase composition and on temperatures. The results of numerical simulations confirm correctness of the algorithms that were worked out.

PL

Praca dotyczy analizy numerycznej zjawisk cieplnych, przemian fazowych i zjawisk mechanicznych towarzyszących hartowaniu węglowej stali C80U. Założono istnienie przemian: struktura wyjściowa – austenit, austenit – perlit, bainit oraz austenit – martenzyt. Opracowano algorytmy numeryczne szacowania ułamków faz oraz ich kinetyki oparte na wykresach ciągłego nagrzewania oraz ciągłego chłodzenia (CTPc). W algorytmie zjawisk cieplnych uwzględniono zalezność wielkości termofizycznych od temperatury oraz źródła przemian fazowych. W celu zweryfikowania modelu szacowania udziałów fazowych i kinetyki przemian w procesach nagrzewania i chłodzenia wykonano badania dylatometryczne na symulatorze cykli cieplnych, podczas których symulowano hartowanie elementów wykonanych ze stali C80U. Wyniki badań dylatometrycznych porównano z wynikami symulacji numerycznej. Przyjęto, że naprężenia generujące się podczas hartowania są wynikiem obciążenia termicznego, odkształceń strukturalnych, plastycznych i odkształceń transformacyjnych. Założono, że hartowany materiał jest sprężysto-plastyczny, a do wyznaczania odkształceń plastycznych zastosowano prawo nieizotermicznego plastycznego płynięcia ze wzmocnieniem izotropowym i warunkiem plastyczności Hubera-Misesa. Wielkości termofizyczne występujące w modelu zjawisk mechanicznych uzależniono zarówno od składu fazowego jak i od temperatury. Wyniki symulacji numerycznych potwierdzają poprawność opracowanych algorytmów.

5

Model and numerical analysis of hardening process phenomena for medium-carbon steel

Bokota A., Kulawik A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2007

|

Vol. 52, iss. 2

337-346

EN

This paper refers to numerical modeling of thermal phenomena, phase transformations in solid state and mechanical phenomena occurring during hardening process of steel element (C45). In the algorithm heat transfer equation, equilibrium equations and macroscopic model of phase transformations basis of CCT diagrams are used. Coupling between basic phenomena of hardening process is considered, in particular the influence of latent heat on the temperature, and also thermal, structural and plastic strains – the transformation induced plasticity in the model of mechanical phenomena is taken into account as well. Heat conductivity equation is used to estimate the temperature field in the process of heating and cooling. This equation is solved by finite element method in G a l e r k i n formulation. Field of stresses and strains are obtained from solutions of finite element method equations of equilibrium in increment form. The influence of the temperature on material properties is also taken into account. To calculate of plastic strains the H u b e r-M i s e s condition with isotropic enhancement is used. The method of calculating the phase transformation during heating applied by the authors uses data from the continuous heating diagram (CHT). Because start and finish of phase transformations strongly depends on the rate of heating or holding in specified temperature the dynamics curves Ac1 and Ac3 are used. The homogenization line of austenite determines the end of heating. The volume fraction of austenite during high rate of heating is determined by modified K o i s t i n e n-M a r b u r g e r equation. The volume fractions of phase that emerge during cooling is determined by Av r a m i equation. The influence of austenisation temperature on the kinetics of transformations is taken into account. To calculate the increase of martensite content Koistinen-Marburger formula is used. The numerical model was implemented in the Borland C++Builder 5.0 Environment. Using presented model, simulation of hardening for the cubic steel element is made. The element was heated by superficial source, and then cooled in water. The obtained results confirmed correctness of developed model and numerical algorithms.

PL

Praca dotyczy modelowania numerycznego zjawisk cieplnych, przemian fazowych w stanie stałym oraz zjawisk mechanicznych towarzyszących procesom hartowania elementów ze stali średniowęglowej (C45). W algorytmie wykorzystano równanie przewodzenia ciepła, równania równowagi oraz makroskopowy model przemian fazowych oparty na wykresach CTPc. Zostały uwzględnione sprzężenia pomiędzy podstawowymi zjawiskami procesu hartowania, a w szczególności: wpływ ciepła przemiany fazowej na temperature, a w modelu zjawisk mechanicznych uwzględniono oprócz odkształceń termicznych, strukturalnych i plastycznych – również odkształcenia transformacyjne. Do wyznaczania pól temperatury w procesie nagrzewania i chłodzenia wykorzystano równanie różniczkowe przewodzenia ciepła. Równanie to rozwiązano metodą elementów skończonych w sformułowaniu G a l e r k i n a. Pola naprężeń i odkształceń uzyskano z rozwiązania metodą elementów skończonych równań równowagi w formie przyrostowej. Stałe termofizyczne uzależniono od temperatury. Odkształcenia plastyczne wyznacza się stosując warunek H u b e r a-M i s e s a ze wzmocnieniem izotropowym. W modelu przemian fazowych nagrzewania wykorzystuje się dane z wykresu CTPa. Ponieważ początek i koniec przemiany silnie zależy od prędkości nagrzewania bądź wytrzymania w określonej temperaturze, zastosowano dynamiczne krzywe Ac1 i Ac3. Linia homogenizacji austenitu determinuje koniec nagrzewania. Do szacowania przyrostu fazy austenitycznej przy dużych szybkościach nagrzewania wykorzystano zmodyfikowany wzór K o i s t i n e n a-M a r b u r g e r a. Objętościowe udziały faz, mających miejsce podczas chłodzenia, szacuje się wzorem Av r a m i e g o. Przyrost udziału martenzytu wyznacza się natomiast zależnością K o i s t i n e n a-M a r b u r g e r a. Aplikacja będąca implementacją modelu numerycznego została wykonana w środowisku Borland C++Builder 5.0. Wykorzystując opracowany model wykonano symulację hartowania kostki stalowej. Element ten nagrzewano powierzchniowo, a następnie chłodzono woda. Uzyskane wyniki potwierdzają poprawność zbudowanego modelu i algorytmów numerycznych.

6

Numerical model of progressive hardening process with tempering for C45 steel

Kulawik A., Węgrzyn-Skrzypczak E.

Prace Naukowe Instytutu Matematyki i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

|

2006

|

Vol. 5, nr 1

63-68

EN

The paper deals with numerical model of thermal phenomena and phase transformation in solid state with tempering. To modeling the process heat transfer equation and macroscopic model of phase change based on CCT and CHT diagrams are used. The numerical solution of heat conductivity equation is introduced to estimate the temperature field during the heating and cooling processes. To solve this equation finite element method (FEM) derived on the base of Bubnov-Galerkin formulation is applied.