Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparison of heat transfer phenomena for two different cryopreservation methods : slow freezing and vitrification

Skorupa Anna, Piasecka-Belkhayat Alicja

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2023

|

Vol. 22, nr 1

57--69

EN

The purpose of the research is to prepare a mathematical and numerical model for the phenomenon of heat transfer during cryopreservation. In the paper, two popular methods, slow freezing and vitrification, are compared. Furthermore, the basic model of thermal processes is supplemented by the phenomenon of phase transitions. To determine the temperature distribution during cryopreservation processes, one uses the heat transfer equation proposed by Pennes. An integral part of the energy equation is the substitute thermal capacity (STC) performed according to the concept named one domain method (fixed domain method), The numerical model is developed using the finite difference method (FDM) connected with directed interval arithmetic. The final part of the article contains the results of numerical simulations.

2

Phenomenological model of cavitation erosion of nitrogen ion implanted HIPed Stellite 6

Szala Mirosław

Advances in Materials Science

|

2023

|

Vol. 23, nr 1(75)

98--109

EN

Stellites are a group of Co-Cr-C-W/Mo-containing alloys showing outstanding behavior under cavitation erosion (CE) operational conditions. The process of ion implantation can improve the CE resistance of metal alloys. This work presents the elaborated original phenomenological model of CE of nitrogen ion implanted HIP-consolidated (Hot Isostatically Pressed) cobalt alloy grade Stellite 6. The ultrasonic vibratory test rig was used for CE testing. The nitrogen ion implantation with 120 keV and fluence of 5 × 1016 N+/cm−2 improves HIPed Stellite 6 cavitation erosion resistance two times. Ion-implanted HIPed Stellite 6 has more than ten times higher CE resistance than the reference AISI 304 stainless steel sample. Comparative analysis of AFM, SEM and XRD results done at different test intervals reveals the kinetic of CE process. The model includes the surface roughness development and clarifies the meaning of cobalt-based matrix phase transformations under the nitrogen ion implantation and cavitation loads. Ion implantation modifies the cavitation erosion mechanisms of HIPed Stellite 6. The CE of unimplanted alloy starts on material loss initiated at the carbides/matrix interfaces. Deterioration starts with cobalt matrix plastic deformation, weakening the carbides restraint in the metallic matrix. Then, the cobalt-based matrix and further hard carbides are removed. Finally, a deformed cobalt matrix undergoes cracking, accelerating material removal and formation of pits and craters' growth. The nitrogen ion implantation facilitates ɛ (hcp—hexagonal close-packed)) → γ (fcc—face-centered cubic) phase transformation, which further is reversed due to cavitation loads, i.e., CE induces the γ → ɛ martensitic phase transformation of the cobalt-based matrix. This phenomenon successfully limits carbide removal by consuming the cavitation loads for martensitic transformation at the initial stages of erosion. The CE incubation stage for ion implanted HIPed Stellite 6 lasts longer than for unimplanted due to the higher initial content of γ phase. Moreover, this phase slows the erosion rate by restraining carbides in cobalt-based matrix, facilitating strain-induced martensitic transformation and preventing the surface from severe material loss.

3

Co warto wiedzieć o wodzie i jej działaniu na dachach

Patoka Krzysztof

Materiały Budowlane

|

2021

|

nr 3

34--35

4

Przemiany fazowe zachodzące w układach Fe/NH3/H2 oraz Fe-N

Michalski Jerzy, Frączek Tadeusz

Inżynieria Powierzchni

|

2021

|

nr 1

5--13

PL

W artykule omówiono na podstawie literatury przemiany fazowe w azotkach żelaza wytworzonych na proszkach żelaza i na próbkach litych. Przedstawiono przemiany fazowe podczas wyżarzania w atmosferze NH3/H2 oraz w atmosferach obojętnych. Wskazano podobieństwo przemian fazowych w różnych atmosferach zastosowanych podczas wyżarzania. Opisano warunki przemian fazowych w azotkach żelaza podczas wyżarzania w atmosferze NH3/H2, w argonie oraz próżni. Przemiany fazowe zachodzące podczas wyżarzania w atmosferze NH3/H2 są odwracalne, występuje w nich zjawisko histerezy. Podczas przemiany fazowej ɛ→γ’ w atmosferze NH3/H2 do momentu zakończenia przemiany ma miejsce emisja azotu do atmosfery. Natomiast niezbędnym warunkiem przebiegu przemiany γ’→ɛ jest strumień azotu z atmosfery do powierzchni. Przemiany fazowe podczas wygrzewania w próżni i argonie są nieodwracalne. Podczas ciągłego ogrzewania azotowanych proszków żelaza z szybkością 30 K/min w próżni i argonie mogą wystąpić dwie przemiany fazowe, którym nie towarzyszy ubytek masy. Pierwsza, (α+γ’)→γN w zakresie temperatur 540÷550°C w próżni i 620÷630°C w argonie oraz druga, (γ+γ’)→ɛ w zakresie 610÷620°C w próżni i 690÷710°C w argonie. W przypadku nagrzewania w argonie początek ubytku masy rejestrowano w temperaturze ok. 860°C, natomiast w próżni kończy się w tej temperaturze odazotowanie austenitu azotowego γN. Podczas wyżarzania w temperaturze 360ºC przemianie fazowej ɛ→γ’ w warstwie ɛ/γ’ towarzyszy wzrost grubości fazy γ’, który odbywa się kosztem grubości strefy ɛ, przy czym całkowita grubość warstwy po przemianie jest taka sama, jak jej grubość w stanie wyjściowym. W temperaturze 420ºC po zakończonej przemianie ɛ→γ’, utworzona monofazowa warstwa γ’ jest grubsza od warstw ɛ/γ’ w stanie wyjściowym.

EN

In the article, based on the literature, the phase changes in iron nitrides on iron powders and on solid samples were discussed. Phase transformations in NH3/H2 atmosphere and in inert atmospheres are discussed. The similarity of phase transformations in different atmospheres used during annealing were indicated. The conditions of phase transformations in iron nitrides during annealing in NH3/H2 atmosphere, argon and vacuum were discussed. Phase transformations occurring during annealing in the NH3/H2 atmosphere are reversible and there is a hysteresis phenomenon. During the phase transformation ɛ→γ' in the NH3/H2 atmosphere until the transformation is completed, nitrogen emission to the atmosphere takes place. On the other hand, the condition for the course of the transformation of γ'→ɛ is the nitrogen flow from the atmosphere to the surface. Phase changes during heating in vacuum and argon are irreversible. During continuous heating at a rate of 30 K / min in vacuum and argon, nitrided iron powders, two phase transformations may occur, which are not accompanied by weight loss, the first (α+γ') →γN in the temperature range 540÷550°C in a vacuum and 620÷630°C in argon and the second (γ+γ') →ɛ in the range of 610÷620°C in vacuum and 690÷710°C in argon. In the case of heating in argon, the onset of weight loss was recorded at a temperature of about 860°C. Whereas in vacuum the denitration of nitrogen austenite γN ends at this temperature. During annealing at the temperature of 360°C, the phase change ɛ→γ′ in the ɛ/γ′ layer is accompanied by an increase in the thickness of the γ′ phase, which is at the expense of the thickness of the ɛ zone, while the total thickness of the layer after the transformation is the same as its initial thickness. At the temperature of 420°C, after the completion of the γ′ transformation, the formed monophasic layer γ′ is thicker than the ɛ/γ′ layers in the initial state.

5

The concept of integrating vapor chamber into a housing of electronic devices for increased thermal reliability

Korta Jakub, Skruch Paweł

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

363--369

EN

Systematic increase in computational power and continuous miniaturization of automotive electronic controllers pose a challenge to maintaining allowable temperature of semiconductor components, preventing premature wear-out or, in extreme cases, unacceptable shutdown of these devices. For these reasons, efficient and durable cooling systems are gaining importance in modern car technology design, showing critical influence on reliability of vehicle electronics. Vapor chambers (flat heat pipes) which could support heat management of automotive electronic controllers in the nearest future are passive devices, which transport heat through evaporation-condensation process of a working liquid. At present, vapor chambers are not commercially used in cooling systems of automotive controllers, being a subject of research and development endeavors aimed at understanding their influence on thermomechanical reliability of semiconductor devices used in cars. This paper presents a concept of an electronic controller aluminum housing integrated with a vapor chamber. The conceptual design was numerically validated in elevated temperature, typical for automotive ambient conditions. The paper discusses influence of the vapor chamber-based cooling system on the controller’s thermal performance, as well as on its reliability, expressed as the expected lifetime of the device.

PL

Systematycznie wzrastająca moc obliczeniowa oraz postępująca miniaturyzacja urządzeń elektronicznych stosowanych w pojazdach samochodowych powodują trudności w utrzymaniu temperatury pracy elementów półprzewodnikowych w dozwolonym zakresie, przyczyniając się do ich przedwczesnego zużycia, a w skrajnych przypadkach, uniemożliwiając nawet ich normalną pracę. Wydajne i trwałe układy chłodzące stają się więc nieodzownym komponentem współczesnych podzespołów samochodowych, o krytycznym znaczeniu dla ich niezawodności. Urządzeniami mogącymi w niedalekiej przyszłości wspomagać działanie układów chłodzenia systemów elektronicznych wykorzystywanych w motoryzacji są komory parowe (płaskie rurki cieplne), w których transport energii termicznej zachodzi poprzez przemianę fazową i samoistne przemieszczanie się czynnika roboczego. Współcześnie, tego rodzaju urządzenia nie są komercyjnie stosowane w układach chłodzenia sterowników samochodowych, pozostając przedmiotem prac badawczo-rozwojowych związanych z ich wpływem na szeroko pojętą niezawodność termomechaniczną urządzeń elektronicznych. W niniejszym artykule opisano koncepcję zintegrowania komory parowej z aluminiową obudową kontrolera elektronicznego pracującego w warunkach podwyższonej temperatury otoczenia, odpowiadającej warunkom użytkowania komponentów samochodowych. Ponadto, ocenie poddano wpływ zastosowania tego urządzenia na temperaturę pracy chłodzonego elementu półprzewodnikowego i jego niezawodność, wyrażoną jako przewidywany czas jego bezawaryjnego funkcjonowania.

6

Hartowanie indukcyjne elementów płaskich metodą przelotową

Iskierka Sławomir, Iskierka Iwona

Przegląd Elektrotechniczny

|

2019

|

R. 95, nr 12

132--135

PL

Przedmiotem pracy jest analiza numeryczna procesu hartowania indukcyjnego stali. Opracowano model matematyczny i numeryczny procesu hartowania indukcyjnego, w którym uwzględniono wzajemne wpływy zjawisk elektromagnetycznych i cieplnych oraz wpływ pola temperatury na przemiany fazowe. Pole elektromagnetyczne obliczono opierając się na równaniach Maxwella, biorąc pod uwagę zmianę konduktywności i przenikalności magnetycznej materiału w czasie trwania procesu hartowania. Udział poszczególnych struktur w czasie nagrzewania i chłodzenia wyznaczono na podstawie wykresów CTPi i równań Avramiego, Koistinena i Marburgera.

EN

The subject of the paper is the process of steel induction hardening. There were made: a mathematical and numerical models of the induction hardening in which there were considered interactions of electromagnetic and thermal effects and the influence of thermal field on phase transformations and structural changes in the hardened element. The electromagnetic field was computed based on Maxwell equations, considering changes of material conductivity and magnetic permeability during the hardening process. The fractions of the particular structures in the proces of heating and cooling were computed on the grounds of TTT graphs and equations of Avrami, Koistinen and Marburger.

7

Physico-chemical properties of fine-grained powder in Al2O3-ZrO2-Y2O3-CeO2 system produced by combined method

Smyrnova-Zamkova M. Y., Ruban O. K., Bykov O. I., Dudnik O. V.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 4

234--240

EN

At present due to the emergence of new methods of synthesising starting powders and their consolidation, Al2O3-based high-strength ceramic materials toughened by ZrO2 (ZTA) are widely used as structural materials for various purposes. It is known that the material properties depend on the properties of the starting powders. Combined methods of powder preparation essentially extend the possibility to vary the powder properties. The purpose of this work is to produce a fine-grained powder of the composition (mol%) 58.5 α-Al2O3 - 41.5 ZrO2 (Y2O3, CeO2) by a combined method (hydro-thermal synthesis in an alkaline medium/mechanical mixing). The resultant fine-grained powder was heat-treated at 400, 550, 700, 850, 1000, 1150, 1300, and 1450°C with holding for 2 hours at each temperature. The properties of the synthesized powders were characterized by differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and specific surface measurements (BET). The microstructural and phase analyses were conducted by petrographic study. The powder morphology varies continuously topologically. The agglomerates after mechanical mixing had an irregular shape up to 1450°C. A tetragonal solid solution based on ZrO2 (T-ZrO2) and α-Al2O3 was identified in the powder after mechanical mixing. T-ZrO2, as well as a monoclinic solid solution based on ZrO2 (M-ZrO2) and α-Al2O3 were identified after heating at 1450°C. The research results will be used for the microstructural design of ZTA composites.

PL

Obecnie, dzięki pojawieniu się nowych metod syntezy proszków wyjściowych i ich konsolidacji wysoko wytrzymałe materiały ceramiczne na bazie Al2O3 hartowane przez ZrO2 (ZTA) są szeroko stosowane jako materiały konstrukcyjne do różnych celów. Wiadomo, że właściwości materiału zależą od właściwości wyjściowych proszków. Połączone metody przygotowania proszku w istotny sposób rozszerzają możliwość zmiany właściwości proszku. Celem tej pracy jest wytworzenie drobnoziarnistego proszku o składzie (% mol) 58,5 α-Al2O3 - 41,5 ZrO2 (Y2O3, CeO2) metodą łączoną (synteza hydrotermiczna w środowisku alkalicznym/mieszanie mechaniczne). Uzyskany drobnoziarnisty proszek poddano obróbce cieplnej w temperaturze 400, 550, 700, 850, 1000, 1150, 1300 i 1450°C z utrzymywaniem przez 2 godziny w każdej temperaturze. Właściwości zsyntetyzowanych proszków scharakteryzowano za pomocą różnicowej analizy termicznej (DTA), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i specyficznych pomiarów powierzchni (BET). Za pomocą badań petrograficznych przeprowadzono analizy mikrostrukturalne i fazowe. Morfologia proszku zmienia się w sposób ciągły topologicznie. Aglomeraty po mechanicznym mieszaniu miały nieregularny kształt do temperatury 1450°C. Tetragonalny stały roztwór oparty na ZrO2 (T-ZrO2) i α-Al2O3 został zidentyfikowany w proszku po mechanicznym mieszaniu. T-ZrO2, jak również jednoskośny stały roztwór na bazie ZrO2 (M-ZrO2) i α-Al2O3 otrzymano po ogrzewaniu w temperaturze1450°C. Wyniki badań zostaną wykorzystane do mikrostrukturalnego projektowania kompozytów ZTA.

8

Influence of fish collagen on viscoelastic properties and sol-gel phase transition of chitosan solutions

Rył A., Owczarz P.

Acta Innovations

|

2018

|

no. 27

14--23

EN

The thermosensitive hydrogels are widely used in tissue engineering due to their non-invasive application. Special interest of researchers, due to the specific characteristics of both materials, is aimed at composites of natural origin obtained from chitosan hydrogels combined with collagen. The mechanical properties of the thermosensitive chitosan-fish collagen hydrogels and the sol-gel phase transition parameters were determined by the rotational rheometry measurement techniques. Based on comparison of the obtained storage modulus G' curves, it was found that the addition of collagen negatively affects the mechanical properties of composite scaffolds. The addition of this protein substance decreases their elasticity. Only the smallest concentration (0.25g collagen/1 g chitosan) of collagen improves the mechanical properties of composite hydrogels, from 56 kPa to 61 kPa. Conducted non-isothermal studies allowed to conclude that the addition of collagen causes an increasing temperature of sol-gel phase transition. However, the observed changes are not a monotone function of the biopolymer concentration.

9

Analityczno-numeryczna analiza spawania laserowego płaskowników smukłych

Wróbel J., Kulawik A., Bokota A.

Przegląd Spawalnictwa

|

2017

|

R. 89, nr 6

36--42

PL

W pracy przedstawiono model analityczno-numeryczny oraz analizę zjawisk cieplnych, przemian fazowych i zjawisk mechanicznych towarzyszących spawaniu techniką laserową smukłych elementów płaskich. Do rozwiązania zagadnienia przewodzenia ciepła zastosowano metodę funkcji Greena. Model szacowania udziału faz oraz ich kinetyki oparto na wykresie spawalniczym ciągłego chłodzenia (CTPc-S). Udziały faz metalurgicznych powstających podczas ciągłego nagrzewania i chłodzenia (austenit, perlit lub bainit) wyznaczano równaniem Johnsona-Mehla i Avramiego. Do wyznaczania tworzącego się martenzytu wykorzystano zmodyfikowane równanie Koistinena i Marburgera. Naprężenia i odkształcenia wyznaczono z rozwiązania metodą elementów skończonych równań równowagi w formie prędkościowej. Uwzględniono odkształcenia cieplne, strukturalne, plastyczne oraz odkształcenia indukowane przemianami fazowymi. Do wyznaczania odkształceń plastycznych zastosowano warunek plastyczności Hubera-Misesa ze wzmocnieniem izotropowym, natomiast odkształcenia plastyczne indukowane przemianami fazowymi obliczano formułą Leblonda. Dokonano analizy składu fazowego i naprężeń towarzyszących spawaniu doczołowemu elementów wykonanych z niskowęglowej spawalnej stali (S235). Analizę przeprowadzono dla dwóch wersji spawania: pojedynczą wiązką laserową oraz podwójnymi wiązkami, z których jedna została użyta do podgrzewania wstępnego, a druga do spawania.

EN

In the paper an analytical-numerical model and the analysis of thermal phenomena, phase transformations and mechanical phenomena occur in laser welding of thin at bars were presented. To solve the heat transfer equation, the method of Green’s function was used. To calculate the phase fractions and their kinetics the model based on the analysis of the continuous cooling diagram for the welding (CCT) is used. Phase fractions which occur during the continuous heating and cooling (austenite, pearlite or bainite) are described by Johnson-Mehl-Avrami (JMA) formula. To determine the formed martensite the modified Koistinen-Marburger (KM) equation is used. The stress and strain are determined by the solution of the equilibrium equations in the rate form using finite element method. In the model the thermal, structural, plastic strains and induced plasticity are taken into account. To calculate the plastic strains the Huber-Mises plasticity condition with isotropic hardening is used. Whereas to determine transformations induced plasticity the modified Leblond model is applied. The analysis of the phase content and stress state which occur during the butt welding of elements made of low carbon steel (S235) were performed. The calculations were carried out for the two cases of welding: a single laser beam and a double laser beam, where first was a preheating source and the second the main welding source.

10

Analiza deformacji cienkościennych kompensatorów dylatacji wykonanych z materiałów metastabilnych

Jamka K.

Przegląd Mechaniczny

|

2017

|

nr 11

44--47

PL

W pracy przedstawiona została analiza MES cienkościennych kompensatorów dylatacji wykonanych ze stali nierdzewnej 316L z uwzględnieniem przemiany fazowej w temperaturze 4,2 K. Stworzony w programie CAD model kompensatora został następnie zaimportowany do środowiska MES w celu poddania trzem analizom uwzględniającym różnorodne warunki obciążeniowe.

EN

The aim of this work was the FEM analysis considering the phase transformation in the temperature of 4.2 K of the thin-wall expansion joints made of 316L stainless steel. Designed in CAD software model was then imported to the FEM environment to subject for 3 different analysis taking into account various loading conditions.

11

Możliwość zastosowania warstwy materiału fazowo zmiennego w oknach trzyszybowych

Heim D., Wieprzkowicz A.

Materiały Budowlane

|

2017

|

nr 5

69--70

PL

W artykule podano techniczne możliwości zastosowania materiału fazowo-zmiennego jako magazynu ciepła w oknach trzyszybowych, dwukomorowych. Zaproponowano rozwiązanie techniczne i możliwość jego aplikacji w komponentach okiennych wraz z ewentualnymi ograniczeniami. Podano wady i zalety tego typu rozwiązania. Opisano stanowisko badawcze i sposób pomiaru efektywności systemu w warunkach sezonu ogrzewczego w klimacie Polski Centralnej. Jako kryteria oceny efektywności rozwiązania przyjęto zarówno parametry cieplne komponentu, jak i jego wpływ na dystrybucję światła dziennego we wnętrzu.

EN

Technical possibility of phase change material application as a heat storage in triple glazed windows was described in the article. A technical solution and the possibility of its application in window components with possible restrictions were proposed. The advantages and disadvantages of this type of solution were given. An experimental set-up and method of measuring system efficiency in the climate of central Poland were discussed. As criteria for assessing the solution's effectiveness, both the thermal parameters of the component and its influence on the distribution of daylight in the interior were taken.

12

Wstępna analiza parametrów termicznych zestawu szybowego wypełnionego materiałem fazowo zmiennym

Wieprzkowicz A., Heim D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2017

|

T. 9, nr 1

39--44

PL

W pracy przedstawiono wyniki analiz numerycznych dynamiki cieplnej wybranych rodzajów oszklenia modyfikowanych materiałem fazowo-zmiennym (MFZ). Analizy wykonano dla dwóch zestawów danych meteorologicznych, charakterystycznych dla klimatu umiarkowanego oraz podzwrotnikowego oraz trzech orientacji przegrody względem stron świata. W zależności od lokalizacji zdefiniowano 2 rozwiązania techniczne przegrody. Zaproponowano 3 kryteria determinujące żądane temperatury przemiany fazowej MFZ wypełniającego jedną z przestrzenni międzyszybowych. Na podstawie wyników analiz numerycznych wyznaczono wymagane temperatury oraz dobrano dostępne materiały z grupy parafin. Wybrane materiały stanowią niskotemperaturowe magazyny ciepła w zakresie temperatur przemiany 18-21°C w przypadku doboru dla okresu zimowego oraz 25-31°C (35°C dla Santiago) w przypadku analiz przeprowadzonych dla lata.

EN

The paper presents results of numerical analysis of thermal dynamics of selected types of glazing modified with phase-change material (PCM). The analyzes were performed for two sets of meteorological data, typical for the moderate and subtropical climate, and the three orientations of façade. Depending on the location, two technical solutions were defined. Three criteria have been proposed to determine the most efficient phase transition temperature of PCM filling one of the window cavities. Based on the results of numerical analysis, the required temperatures were determined and materials from the paraffin group were selected. Selected materials are low temperature heat stores with a transition temperature of 18-21°C for winter season and 25-31°C (35°C for Santiago) for summer analyzes.

13

Zmiany strukturalne w stali konstrukcyjnej wywołane epizodami jej nagrzewania i stygnięcia podczas pożaru

Maślak M., Żwirski G.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2017

|

Vol. 48, iss. 4

34--52

PL

Cel: Celem artykułu jest krótkie omówienie podstawowych zagrożeń wynikających z epizodów nagrzewania i stygnięcia stali konstrukcyjnej podczas pożaru, które mogą warunkować ewentualne dalsze użytkowanie elementów nośnych z niej wykonanych. Zagrożenia te wiążą się na ogół z termicznie indukowanymi i trwałymi zmianami obserwowanymi w mikrostrukturze stali wystudzonej po zakończeniu ekspozycji na ogień, z reguły niedostrzeganymi wizualnie podczas klasycznej inwentaryzacji przeprowadzanej po pożarze, której celem jest ocena stanu technicznego obiektu. Metody: Struktura artykułu pozwala prześledzić kolejne, potencjalne formy zmian mikrostruktury stali konstrukcyjnej, najpierw inicjowane monotonicznym wzrostem temperatury tego materiału, a następnie mniej lub bardziej gwałtownym jego stygnięciem. W pierwszej kolejności omówiono skutki rozrostu ziaren ferrytu, w drugiej kolejności – efekty częściowej przemiany perlitu w austenit, a w końcu – zagrożenia determinowane zainicjowaniem w fazie chłodzenia przemiany bainitycznej i/lub martenzytycznej. Na tym tle podjęto dyskusję na temat konsekwencji ewentualnego powierzchniowego odwęglenia, a także możliwego wystąpienia zjawisk grafityzacji i/lub sferoidyzacji ziaren cementytu. Wyniki: Wykazano, że zmieniające się w czasie, a przy tym niekontrolowane oddziaływanie wysokiej temperatury pożaru na stal konstrukcyjną z dużym prawdopodobieństwem prowadzi do wystąpienia w tym materiale niekorzystnych przemian strukturalnych, które z reguły skutkują drastycznym zmniejszeniem się jego efektywnej ciągliwości skojarzonym z wyraźnym zwiększeniem się jego twardości. Taki zestaw cech stali w przypadku dalszego jej użytkowania po pożarze nieuchronnie implikuje dużą jej podatność na kruche pękanie, a co za tym idzie – znaczne ryzyko nagłego i niespodziewanego zniszczenia wykonanych z niej elementów. Wnioski: Klasyczna inwentaryzacja przeprowadzana po pożarze w celu oceny deformacji stalowego ustroju nośnego, uzupełniona jedynie o eksperymentalną weryfikację parametrów wytrzymałościowych charakteryzujących taką stal, nie wystarcza, by dostatecznie wiarygodnie wnioskować o przydatności tych elementów do ich dalszego użytkowania pod obciążeniem. Taka ocena musi być bowiem bezwzględnie poszerzona co najmniej o aposterioryczne badania mikrostruktury rozpatrywanego materiału oraz o próby pozwalające na sprawdzenie jego popożarowej twardości i udarności.

EN

Aim: The aim of this article is to provide a brief review of the basic hazards which might affect the potential re-use of bearing members made of structural steel following exposure to heating and cooling episodes in a fire. These hazards generally involve thermally induced and permanent changes observed in the microstructure of the steel after the fire is extinguished, usually not seen during a standard post-fire inventory aimed at assessing the technical condition of the building. Methods: The article’s structure guides the reader through the successive potential forms of changes in the microstructure of structural steel, initiated by a monotonic increase in the temperature of the material, and followed by its more or less rapid cooling. The article first discusses the effects of ferrite-grain growth, then proceeds to a description of the effects of a partial pearlite-to-austenite transformation, and finally addresses the threats created by the initiation of a bainitic and/or martensitic transformation during the cooling phase. In this context, it discusses the consequences of potential surface decarburisation and the results of the possible occurrences of graphitisation and/or spheroidisation of cementite grains. Results: It has been shown that the time-varying and uncontrolled impact on structural steel of a high fire temperature is likely to lead to the occurrence of unfavourable structural changes in this material, which usually result in a dramatic decrease in the effective ductility, coupled with a marked increase in hardness. In structural members re-used after a fire, such a set of features inevitably implies the high vulnerability of this type of steel to brittle fracture, and, consequently, carries a significant risk of the sudden and unexpected destruction of the components made of it. Conclusions: The standard post-fire inventory of member deformations in the steel-bearing structure, supplemented only by the experimental verification of such steel-strength parameters, is not sufficient to reasonably conclude that these members are suitable for re-use under load. Such an assessment must be extended at least by a detailed study of the microstructure of the material under consideration, made a posteriori, and also by tests which allow the verification of its post-fire hardness and impact strength.

14

Wpływ mikrostruktury na wybrane właściwości nowoczesnych stali konstrukcyjnych AHSS

Zalecki W., Wrożyna A., Łapczyński Z., Molenda R.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2016

|

T. 68, nr 1

19--25

PL

Głównym celem pracy było zbadanie wpływu morfologii bainitu na wybrane właściwości stali AHSS, w tym odporności na ścieranie. Motywacją do podjęcia pracy była potrzeba zbadania przemiany bainitycznej zachodzącej w badanych stalach w warunkach izotermicznych, co ma szczególne znaczenie w technologii wytwarzania np. stali TRIP. Zbadano przebieg przemiany bainitycznej wybranych stali w warunkach izotermicznych. Na podstawie wyników badań dylatometrycznych i mikrostruktury opracowano wykresy TTT dla przemiany bainitycznej. Przeprowadzone badania ścieralności wykazały, że doświadczalna, bainityczna stal na szyny charakteryzuje się półtora raza większą odpornością na ścieranie w porównaniu do konwencjonalnej stali szynowej 900A. Zbadanie wysokotemperaturowych właściwości stali pozwoliło określić skłonność do tworzenia pęknięć, a tym samych określić podatność tych stali do spawania.

EN

The main aim of the work was to investigate the influence of bainite morphology on some properties of AHSS steels, including wear resistance. The motivation for the work was the need to study bainitic transformation under isothermal conditions, what is of particular importance in the manufacturing technology of e.g. TRIP steels. The bainitic transformation in some steels under isothermal conditions was investigated. The data obtained from dilatometric tests analysis and metallographic investigations were used to create TTT diagrams for bainitic transformation. The performed wear resistance tests have shown that experimental bainitic rail steel has revealed one and a half better wear resistance in comparison to conventional 900A steel for rails. Investigation of high temperature properties made it possible to determine the steel’s tendency to cracking, i.e. their sensibility to welding.

15

Pomiar potencjału zeta jako metoda wyznaczania punktu przemiany fazowej zol-żel dla układów chitozanowych

Owczarz P., Ziółkowski P., Dziubiński M.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2016

|

Nr 4

152--153

PL

W pracy zaprezentowano metodę wyznaczania temperatury punktu przemiany fazowej zol-żel roztworów soli chitozanowych wykorzystującą pomiary zmian potencjału zeta. Otrzymane wyniki porównano z pomiarami zmian właściwości Teologicznych podczas przemiany fazowej wywołanej zmianą temperatury. Pomiary potencjału zeta w zakresie przemian w fazie ciekłej dobrze opisują występujące zjawiska. W obszarze tworzenia się żelu, pomiary te obarczone są błędem wynikającym z morfologii próbki.

EN

A method to determine the temperature of sol-gel phase transition of the chitosan salt solution based on measurements of zeta potential is presented. The results are compared with measurements of the rheological properties of phase transition under effect of temperature increase. Measurements of zeta potential in the range of sol phase are in accuracy with the investigated phenomenon. In the range of gel formation, the errors of experimental data result from the sample morphology.

16

The Study of Phase Transformations of AlSi9Cu3 Alloy by DSC Method

Piątkowski J., Przeliorz R., Gontarczyk A.

Archives of Foundry Engineering

|

2016

|

Vol. 16, iss. 4

109--112

EN

With the use of differential scanning calorimetry (DSC), the characteristic temperatures and enthalpy of phase transformations were defined for commercial AlSi9Cu3 cast alloy (EN AC-46000) that is being used for example for pressurized castings for automotive industry. During the heating with the speed of 10ºC∙min-1 two endothermic effects has been observed. The first appears at the temperature between 495 ºC and 534 ºC, and the other between 555 ºC and 631 ºC. With these reactions the phase transformation enthalpy comes up as +6 J g-1 and +327 J g-1. During the cooling with the same speed, three endothermic reactions were observed at the temperatures between 584 ºC and 471 ºC. The total enthalpy of the transitions is – 348 J g-1. Complimentary to the calorimetric research, the structural tests (SEM and EDX) were conducted on light microscope Reichert and on scanning microscope Hitachi S-4200. As it comes out of that, there are dendrites in the structure of α(Al) solution, as well as the eutectic (β) silicon crystals, and two types of eutectic mixture: double eutectic α(Al)+β(Si) and compound eutectic α+Al2Cu+β.

17

Sensitivity analysis of phase transformation model based on solution of diffusion equation

Bzowski K., Bachniak D., Pernach M., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 2

186--192

EN

Presented work is focused on modelling of the phase transformation during laminar cooling after hot rolling of dual phase steel strips. Conventional FE model describing heat transfer was used in the macroscale. The model based on the solution of the diffusion equation with moving boundary was selected to predict properties of the steel based on phase transformations which occur in microscale. Preliminary observations indicated that results depend on various parameters of the model, such as: diffusion coefficient, boundary velocity factor and cooling rate. Therefore, sensitivity analysis of the model with respect to these parameters was performed in order to enhance the predictive capabilities of the model and to simplify further solution.

18

Wykorzystanie modelu przemian fazowych do oceny wytrzymałości i odkształcalności stali DP

Bzowski K., Rauch Ł., Pietrzyk M., Kuziak R.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 12

762--768

PL

Celem pracy jest stworzenie modelu opisującego zależności pomiędzy mikrostrukturą a własnościami elementów ze stali DP wykonanych z blach po procesie walcowania na gorąco i laminarnym chłodzeniu. W mikrostrukturze tego rodzaju stali obserwowane są wyspy twardego martenzytu osadzone w miękkiej i plastycznej osnowie ferrytu. Zarówno morfologia jak i skład strukturalny kształtowany jest przez przemiany fazowe, których przebieg jest ściśle uzależniony od schematu laminarnego chłodzenia. Model przemiany ferrytycznej wykorzystujący rozwiązanie równania dyfuzji z ruchomą granicą międzyfazową posłużył w niniejszej pracy do przewidzenia morfologii i składu strukturalnego stali po ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Zagadnienie sformułowane na bazie II Prawa Ficka i metodzie poziomic zostało rozwiązane za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES). Wykonano testy numeryczne dla różnych cykli chłodzenia, co pozwoliło na otrzymanie morfologii mikrostruktury z różnymi ułamkami objętości poszczególnych faz. Reprezentatywne elementy objętości zawierające wyznaczone mikrostruktury stali DP poddano odkształceniu poprzez rozciąganie i na tej podstawie oceniono wytrzymałość stali reprezentowaną przez naprężenie uplastyczniające. Kryterium pękania Cockrofta-Lathama włączone do programu MES wykorzystano do oceny tendencji do pękania różnych mikrostruktur. Zebrane wyniki pozwoliły na otrzymanie zależności pomiędzy cyklem chłodzenia i ułamkiem objętości martenzytu a wytrzymałością stali. Artykuł przestawia opis modelu, metodologię badań jak również weryfikację doświadczalną.

EN

The aim of the work is to develop a new numerical model capable to predict the relationship between microstructure and material properties of sheet products made of dual phase (DP) steels after processes of hot rolling and laminar cooling. Observed microstructure contains the islands of hard martensite embedded in a soft and ductile ferritic matrix. Both the morphology and the composition of components of microstructure is developed by phase transformations, which are related to a scheme of laminar cooling used in the production process. Ferritic transformation model that uses the solution of diffusion equation with a moving boundary was used in this study to predict the morphology and phase composition of dual phase steels. The problem was formulated on the basis of the Second Fick’s Law and Level Set Method, and solved by using Finite Element Method (FEM). Numerical tests performed for different cooling cycles, allowed to obtain the microstructure morphology with different volume fractions of individual phases. Representative volume element obtained from simulation of phase transformation was deformed in uniaxial tension test. Cockroft-Latham fracture criterion was incorporated into FEM to assess the tendency to crack a variety of microstructures. The collected results allowed to determine the relationship between the cooling cycle, volume fraction of martensite and the tensile strength. The paper contains description of the model, research methodology and experimental verification.

19

Fizyczne i matematyczne modelowanie termomechanicznych procesów i przemian fazowych w blachach podczas chłodzenia w kręgach

Milenin A., Witek S.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 12

688--693

PL

Termomechaniczne procesy i przemiany fazowe w blachach podczas chłodzenia laminarnego i w kręgach wpływają na poziom naprężeń rezydualnych. Wartość tych naprężeń w blachach walcowanych na gorąco jest istotna w przypadku stosowania cięcia laserowego. Wysokie wartości naprężeń rezydualnych prowadzą do deformacji (zginanie, skręcanie) blachy podczas cięcia laserowego. Matematyczne modelowanie termomechanicznych procesów i przemian fazowych pozwoli na optymalizacje procesów chłodzenia celem zmniejszenia poziomu naprężeń rezydualnych w blachach. Głównymi czynnikami wpływającymi na wielkość naprężeń rezydualnych są nierównomierne odkształcenie sprężysto-plastyczne, przemiana fazowa występująca podczas chłodzenia oraz relaksacja zachodząca w trakcie walcowania i chłodzenia. W procesie produkcji blach gorąco walcowanych, przemiana fazowa odbywa się podczas chłodzenia laminarnego i po zwijaniu blachy w kręg. Zbyt wysoki ułamek przemiany fazowej w kręgu może powodować jego nagrzewanie po zwijaniu. Znajomość zmiany pola temperatury podczas procesu produkcyjnego blach jest głównym elementem do budowy modelu służącego do analizy naprężeń w blachach. Celem niniejszej pracy jest opracowanie matematycznego modelu wymiany ciepła w blachach walcowanych na gorąco i w kręgu z uwzględnieniem termomechanicznych procesów i przemiany fazowej. Opracowany model chłodzenia kręgu jest oparty o MES. Pierwszy etap chłodzenia odpowiada zwijaniu blachy. Na tym etapie zastosowana jest zmienna w czasie siatka MES, na którą nakładane są kolejne zwoje blachy. Drugi etap chłodzenia jest związany z transportowaniem i chłodzeniem kręgu w ciągu kilku godzin. Po zmniejszeniu gradientów temperatury po zwijaniu, na tym etapie odbywa się modyfikacja siatki MES celem przyspieszenia obliczeń. Przedstawiono wyniki symulacji pola temperatury oraz składu strukturalnego. Przeprowadzono eksperyment przemysłowy, w którym wykonano pomiary temperatury kręgu za pomocą kamery termowizyjnej oraz skanera, zamontowanego w linii chłodzenia laminarnego.

EN

Thermo-mechanical processes and phase transformation in hot-rolled strips have an influence on the level of residual stresses. The level of residual stresses becomes of practical importance when the laser cutting of sheets is applied. High values of residual stresses lead to deformation (bending and twisting) of sheets during laser cutting. Mathematical modeling of thermo-mechanical processes and phase transformations allows to optimize the cooling process to reduce the level of residual stresses in the sheets. The main factors which have an influence on the residual stresses are the non-uniform distribution of elastic-plastic deformations, phase transformation occurring during cooling and stress relaxation during rolling and cooling. Phase transformation takes place during laminar cooling of hot-rolled strips and after coiling process. Too high fraction of phase transformation in the coil might cause increasing of temperature in the coil after coiling process. Knowledge of the change of the temperature field in the production process of hot-rolled strips i s t he m ain e lement for construction of a model for analyzing stresses in the sheets. The goal of this paper is the development of a mathematical model of heat transfer in hot-rolled strips and coil taking into account thermo-mechanical processes and phase transformation. The mechanical properties of material model for steels S235 and S355 were obtained in experiments for the range of temperatures 35÷1100 °C. Model parameters of ferritic, pearlitic, bainitic and martensitic transformation were determined on the basis of dilatometric tests and application of the inverse analysis. The development model of the coil cooling is based on FEM. The first cooling step corresponds to the coiling of the strip. In this stage FEM grids is changed with time. On the basic FEM grid additional layers of FEM elements are applied (additional layers of sheet). The second step of the cooling process is related to transportation and coil cooling within a few hours. The paper presents results of a simulation of the temperature field, the structural composition and residual stresses. Industrial experiment was carried out for measurement of the temperature in the strip using portable camera and thermal scanners which was installed in the laminar cooling line.

20

Opracowanie modeli rozwoju mikrostruktury i kinetyki przemian fazowych w wyrobach płaskich i długich ze stali bainitycznych

Zalecki W., Opara J., Pidvysots'kyy V., Wrożyna A., Radwański K.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 1

22--29

PL

Celem pracy było opracowanie narzędzi wspomagających budowę modelu reologicznego, zmian mikrostruktury oraz przemian fazowych. Przeprowadzono badania dylatometryczne, plastometryczne oraz metalograficzne wybranych stali bainitycznych przeznaczonych na wyroby długie i płaskie. Zbudowano oprogramowanie wspomagające opracowywanie matematycznych modeli reologicznego, rozwoju mikrostruktury i przemian fazowych. Na podstawie zebranych danych doświadczalnych opracowano model reologiczny i rozwoju mikrostruktury, a także zweryfikowano działanie programu służącego do opracowania modelu przemian fazowych dla wybranych stali bainitycznych.

EN

The aim of the work was to build computer aided tools for development of rheological, microstructure evolution and phase transformation mathematical models. Experimental studies of some bainitic steels for fl at and long products comprised: dilatometry, plastometric tests, as well as metallography. Software was built for development of mathematical models: rheological, microstructure evolution, and phase transformation. Experimental verification of the software was carried out. For selected bainitic steels rheological and microstructure evolution models were developed.