Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza dylatometryczna przemian fazowych przy nagrzewaniu stopu Ti24Nb4Zr8Sn ze stanu przesyconego

Dąbrowski Robert, Sułowski Maciej

Inżynieria Materiałowa

|

2023

|

Vol. 44, nr 2

12--16

PL

W artykule wyznaczono temperatury krytyczne stopu Ti24Nb4Zr8Sn przy nagrzewaniu ze stanu wyżarzonego. Wykorzystując technikę dylatometryczną, podjęto próbę analizy przemian fazowych zachodzących w stopie przy nagrzewaniu z różnymi szybkościami ze stanu przesyconego. Dla zilustrowania uzyskanych wyników zamieszczono dylatogramy nagrzewania stopu ze stanu przesyconego wraz z ich interpretacją. Uzyskane rezultaty potwierdzone w przyszłości innymi, dodatkowymi technikami badawczymi posłużą do opracowania oryginalnego wykresu CTPc° dla stopu Ti24Nb4Zr8Sn. W oparciu o wspomniany wykres, zmieniając szybkość nagrzewania stopu Ti24Nb4Zr8Sn ze stanu przesyconego, być może będzie można kształtować jego właściwości mechaniczne, np. twardość i odporność na pękanie.

EN

In the article the critical temperatures of the Ti24Nb4Zr8Sn alloy when heated from the annealed state were determined. Using the dilatometric method, an attempt was made to analyze the phase transformations taking place in the alloy when heated at different rates from the supersaturated state. In order to illustrate the obtained results, the dilatograms of the alloy heating from supersaturation are presented together with their interpretation. The obtained results, confirmed in the future by other, additional research techniques, will be used to develop the original CHT diagram for the Ti24Nb4Zr8Sn alloy. Based on the diagram, by changing the rate of heating of the Ti24Nb4Zr8Sn alloy from the supersaturated state, it may be possible to shape its mechanical properties, e.g., hardness and fracture toughness.

2

Wyspowy diagram fazowy dla nanokryształów

Tomaszewski Paweł E.

Wiadomości Chemiczne

|

2022

|

[Z] 76, 3-4

145--155

EN

The new form of the phase diagram is proposed for nanocrystals. This diagram shows the regions of the calcination temperature required to obtain the nanocrystals of given range of crystallite size. This explains why the temperature induced phase transitions are not possible in some crystals. However, the change of crystallite size can induce the phase transition.

3

Modelowanie przemiany fazowej w potrójnym systemie rurowym wzmocnionym żebrami

Wołoszyn Jerzy, Wyciszkiewicz Gabriela

Przemysł Chemiczny

|

2021

|

T. 100, nr 9

879--882

PL

Przedstawione badania symulacyjne dotyczą zjawiska przejścia fazowego ciała stałego w ciecz z uwzględnieniem konwekcji naturalnej w potrójnym systemie rurowym, wzmocnionym żebrami. Materiały zmiennofazowe (PCM) charakteryzują się niską przewodnością cieplną, zatem poszukuje się rozwiązań mających na celu intensyfikację wymiany ciepła w takich systemach. Wymiennik ciepła z materiałem PCM został poddany analizie numerycznej, w której zbadano wpływ parametrów konstrukcyjnych żeber na czas topnienia medium magazynującego. Badania symulacyjne przeprowadzono zgodnie z techniką planowania eksperymentów, a w analizie uwzględniono zmianę liczby żeber oraz ich wysokość. Wyniki badań ujawniły, że zwiększenie liczby i długości żeber skraca czas przemiany fazowej, jednakże zbyt długie żebra hamują ruchy konwekcyjne.

EN

A heat exchanger with phase change material was numerically analyzed and the effect of the fins design parameters on the melting time of the storage medium was examined. The simulations were conducted in accordance with the design of experiment technique. It took into account the change in the number of fins and their height. Increasing the number and length of fins shortened the time of the phase change, but too long fins inhibited convective currents.

4

Numeryczny model hartowania indukcyjnego osiowosymetrycznych elementów stalowych z uwzględnieniem różnych rodzajów wymuszenia

Iskierka Sławomir, Iskierka Iwona

Przegląd Elektrotechniczny

|

2020

|

R. 96, nr 12

174--177

PL

W pracy przedstawiono model matematyczny i numeryczny procesu indukcyjnego hartowania stali. W modelu uwzględniono wzajemne wpływy pól elektromagnetycznego i cieplnego oraz wpływ pola temperatury na przemiany fazowe w stali. Pole elektromagnetyczne obliczono na podstawie równań Maxwella biorąc pod uwagę zmiany konduktywności i przenikalności magnetycznej materiału w czasie procesu. Pole temperatury określono na podstawie równań Fouriera-Kirchhoffa. Udział poszczególnych struktur w czasie nagrzewania i chłodzenia wyznaczono na podstawie wykresów CTPi. Wzajemne wpływy pola temperatury i przemian fazowych rozważono stosując zasadę addytywności i wzory Avramiego do transformacji dyfuzyjnych, natomiast empiryczny wzór Koistinena i Marburgera został użyty do obliczenia transformacji martenzytycznej.

EN

The paper presents a mathematical and numerical models of the induction hardening process of steel. The model takes into account the mutual influence of electromagnetic and thermal fields and the influence of the temperature field on phase changes in steel. The electromagnetic field was calculated on the basis of Maxwell's equations taking into account the changes in conductivity and magnetic permeability of the material during the process. The temperature field was determined on the basis of Fourier-Kirchhoff's equations. The fractions of phases created during the phase transformations were calculated by use of TTT-heating and TTT- cooling diagrams. The coupled effects of temperature field and phase transformations were considered by applying the additivity principle and Avrami formulae for diffusion transformations while the Koistinen and Marburger empirical formula was used to calculate the martensite transformation.

5

Technologia obróbki cieplnej prętów o dużym przekroju poprzecznym ze stali konstrukcyjnej z zastosowaniem regulowanego chłodzenia ciągłego z zakresu austenitu

Garbarz Bogdan, Woźniak Dariusz, Adamczyk Mariusz, Zalecki Władysław, Siemieniec Janusz, Krawczyk Aleksandra, Gwóźdź-Kotnis Anna

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 1

2--20

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu przyspieszonego chłodzenia po austenityzowaniu prętów o średnicy 180 mm ze stali konstrukcyjnej S355J2 na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne. Celem badań było opracowanie bazowych parametrów technologii obróbki cieplnej z wykorzystaniem ciepła pozostałego w prętach po walcowaniu na gorąco. Testy nagrzewania i chłodzenia prętów wykonano w urządzeniach wchodzących w skład linii do półprzemysłowej symulacji walcowania na gorąco, regulowanego chłodzenia i obróbki cieplnej (LPS-B) w Łukasiewicz - IMŻ. Wykonano następujące operacje chłodzenia po austenityzowaniu prętów: chłodzenie w spokojnym powietrzu, regulowane chłodzenie nadmuchem powietrza, mieszaniną wodno-powietrzną, natryskiem wody oraz chłodzenie zanurzeniowe w wodzie. Na podstawie wykonanych badań i analiz stwierdzono, że zastosowanie zoptymalizowanych wariantów przyspieszonego chłodzenia prowadzi do modyfikacji mikrostruktury oraz do rozdrobnienia ziarna, bez wytworzenia niepożądanych składników fazowych. W konsekwencji następuje podwyższenie właściwości mechanicznych (granicy plastyczności i udarności) powyżej poziomu uzyskiwanego w wyniku chłodzenia w spokojnym powietrzu, w tym w wyniku standardowego normalizowania. Wykonano wstępne próby przyspieszonego chłodzenia strumieniem powietrza prętów po austenityzowaniu w warunkach przemysłowych. Ostatecznym kryterium wyboru i wdrożenia w warunkach techniczno-technologicznych Huty Bankowa rodzaju technologii obróbki cieplnej prętów z wykorzystaniem ciepła po walcowaniu na gorąco, będzie ocena efektywności ekonomicznej przedsięwzięcia.

EN

The article presents the results of studies on the impact of accelerated cooling after the austenitisation of bars with a diameter of 180 mm made of structural steel S355J2 on the microstructure and mechanical properties. The aim of the research was to develop basic parameters of heat treatment technology using the heat remaining in the bars after hot rolling. Tests of heating and cooling of the bars were carried out in devices included in the line for semi-industrial hot rolling simulation, controlled cooling and heat treatment (LPS-B) at Łukasiewicz - IMŻ. The following cooling operations were performed after bar austenitisation: cooling in still air, controlled cooling with air blow, water-air mixture, water spraying and immersion cooling in water. Based on the research and analyses, it was found that the use of optimised variants of accelerated cooling leads to the modification of the microstructure and to grain refinement, without the formation of undesirable phase components. Consequently, the mechanical properties (yield strength and impact toughness) increase above the level obtained as a result of cooling in still air, including standard normalisation. Preliminary tests of accelerated air stream cooling of bars were carried out after austenitising in industrial conditions. The final criterion for selecting and implementing the type of technology for heat treatment of bars using heat after hot rolling in Huta Bankowa’s technical and technological conditions will be the assessment of the economic efficiency of the project.

6

Study of phase transformations in complex phase steel using a mesoscale cellular automaton model Part 1: Modeling fundamentals

Opara Jarosław, Kuziak Roman

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 3

17--31

EN

A two-dimensional mesoscale model based on the concept of hybrid cellular automata is developed to study phase transformations in a complex phase steel during continuous cooling. The model is capable of simulating microstructure evolution with carbon diffusion in the volume and along grain boundaries, γ/α interfaces migration into austenite, as well as formation of bainite and martensite islands during intensive cooling in lower temperatures. In contrast to the classic statistical approaches which are based on the assumption of modeling one point in the material with homogeneous microstructure, the proposed phase transformations’ model in the mesoscale accounts for material heterogeneity. The simulation results in the form of a digital material representation with microstructures and maps showing the carbon concentration field as well as microhardness distribution are presented. One of the main advantages of the model is that has only seven adjustment coefficients that are used in the fitting process.

PL

Dwuwymiarowy mezoskalowy model oparty na koncepcji hybrydowych automatów komórkowych został opracowany w celu badania przemian fazowych w stali wielofazowej podczas ciągłego chłodzenia. Model umożliwia symulację rozwoju mikrostruktury wraz z dyfuzją węgla w objętości, jak i wzdłuż granic ziaren oraz migracją powierzchni międzyfazowych γ/α do austenitu, a także powstawaniem wysp bainitu i martenzytu podczas intensywnego chłodzenia w niższych temperaturach. W odróżnieniu od klasycznych podejść statystycznych, które bazują na założeniu modelowania jednego punktu w materiale o jednorodnej mikrostrukturze, zaproponowany model przemian fazowych w mezoskali umożliwia uwzględnienie warunków niejednorodności materiału. Zaprezentowano wyniki symulacji w postaci cyfrowej reprezentacji materiału z mikrostrukturami oraz mapami przedstawiającymi pola stężenia węgla oraz rozkłady mikrotwardości. Jedną z głównych zalet modelu jest to, że regulowany jest tylko za pomocą siedmiu współczynników w procesie dopasowania.

7

Study of phase transformations in complex phase steel using a mesoscale cellular automaton model part 2: Experiments and validation

Opara Jarosław, Kuziak Roman

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 3

32--44

EN

A two-dimensional mesoscale model based on the concept of hybrid cellular automata was used to study phase transformations in a complex phase steel during continuous cooling. This model enables simulation of the decomposition of austenite into ferrite, bainite, and martensite, accompanied by calculations of volume and grain boundary diffusion of carbon. In effect, as a result, one can observe the morphology of simulated microstructures, corresponding carbon segregation as well as microhardness distribution. These results with the kinetics of austenite to ferrite phase transformation and predicted values of the complex phase steel hardness are the subject of model validation. A series of dilatometric experiments were carried out with constant cooling rates in order to construct a CCT diagram and validate the presented model. The convergence of simulated results with empirical outcomes was confirmed quantitatively using a dedicated goal function and data summaries in the table and graphs. However, some qualitative and quantitative discrepancies in terms of microstructure morphology are indicated which was possible thanks to applying a wide range of different validation parameters of the model. It is emphasized how crucial is the use of appropriate validation methodology.

PL

Dwuwymiarowy mezoskalowy model oparty na koncepcji hybrydowych automatów komórkowych zastosowano do badania przemian fazowych w stali wielofazowej podczas ciągłego chłodzenia. Model ten umożliwia symulację rozpadu austenitu w ferryt, bainit i martenzyt wraz z obliczeniami objętościowej i granicznej dyfuzji węgla. W efekcie można zaobserwować morfologię symulowanych mikrostruktur, odpowiadającą im segregację węgla, a także rozkład mikrotwardości. Wyniki te wraz z kinetyką ferrytycznej przemiany fazowej i przewidywanymi wartościami twardości stali wielofazowej są przedmiotem walidacji modelu. Przeprowadzono szereg eksperymentów dylatometrycznych przy stałych szybkościach chłodzenia w celu opracowania wykresu CTPc i walidacji przedstawionego modelu. Zbieżność wyników symulacji z danymi empirycznymi została potwierdzona ilościowo za pomocą dedykowanej funkcji celu oraz zestawienia danych w tabeli i na wykresach. Jednakże, wskazano na pewne rozbieżności jakościowe i ilościowe pod względem morfologii mikrostruktury, co było możliwe dzięki zastosowaniu szerokiego wachlarza różnych parametrów do walidacji modelu. Podkreślono, jak istotne jest zastosowanie odpowiedniej metodologii walidacji.

8

Przemysłowa technologia wytwarzania blach arkuszowych z ultrawytrzymałej stali nanobainitycznej

Garbarz Bogdan, Marcisz Jarosław, Żółkiewski Krzysztof, Lubowiecki Paweł, Nowak Bogusław, Smoleń Marek, Skurczyński Marcin

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 2

2--22

PL

Gatunki stali nanobainitycznych są nowym materiałem konstrukcyjnym o wytrzymałości w zakresie 1,9-2,2 GPa i jednocześnie charakteryzującym się dobrą plastycznością. Obecnie prace nad rozwojem stali nanobainitycznych w Łukasiewicz - IMŻ weszły w fazę komercjalizacji. Jednym z głównych zastosowań ultrawytrzymałych blach ze stali nanobainitycznych są systemy opancerzenia. W celu zoptymalizowania parametrów procesu produkcji blach ze stali nanobainitycznej wykonano badania mikrostruktury i pomiary właściwości mechanicznych na pośrednich etapach wytwarzania i po finalnej obróbce cieplnej. Dokonano oceny rezultatów przemysłowych operacji wytwarzania stali i blach obejmujących: wytapianie i odlewanie do wlewnic, przygotowanie wsadu do walcowania, walcowanie na gorąco, wykonanie arkuszy oraz pośrednią i finalną obróbkę cieplną. Zidentyfikowano krytyczne operacje technologiczne mogące wpływać negatywnie na jakość i właściwości użytkowe arkuszy blach. Sformułowano kierunki modyfikacji technologii, które zmniejszają lub eliminują zagrożenia pogorszenia właściwości blach.

EN

Nanobainitic steel grades are a new construction material with a strength in the range of 1.9-2.2 GPa, at the same time characterised by good plasticity. Currently, the works on the development of nanobainitic steels at Łukasiewicz - IMŻ have entered the commercialisation phase. One of the main applications of ultra-strength nanobainitic steel plates is armour systems. In order to optimise the parameters of the production process of nanobainitic steel plates, microstructure examination and measurement of mechanical properties were carried out at intermediate stages of production and after final heat treatment. The results of industrial steel and plate production operations were assessed, including smelting and casting into ingot moulds, preparation of the rolling mill charge, hot rolling, plate production as well as intermediate and final heat treatment. Critical technological operations that may adversely affect the quality and performance of plates were identified. The directions for technology modification that reduce or eliminate threats of plate deterioration were formulated.

9

The kinetics of phase transformations during continuous cooling of Ti13Nb13Zr alloy

Dąbrowski Robert

Inżynieria Materiałowa

|

2020

|

Vol. 41, nr 1

3--9

EN

The phase transformations during continuous cooling from the single phase β range in the Ti13Nb13Zr alloy have been analysed. Investigations were carried out by the dilatometric method using L78 R.I.T.A. dilatometer of the LINSEIS Company. The received results have been illustrated by selected dilatometric curves ΔL = f(T), (where: ΔL is the length change of the sample, T – temperature). On the basis of the curves, the temperature at which diffusion and non-diffusion transformations start and finish has been determined. The cooling curves was differentiated ΔL/T = f(T). Additionally, changes in the alloy microstructure during cooling down from the single phase β range have been analysed. After cooling from 780°C the diffusion martensitic transformation β → α” and probably massive transformation β → αM occur in the alloy cooling rate range from 160–10°C/s. It has been found that in the range of 5–0.05°C/s of the applied cooling rate, a diffusion β → α + β transformation is observed. Besides microstructure changes, dilatometric effects were also observed which corroborates the occurrence of phase transformation in the alloy. The obtained results may serve for the interpretation of phase transformations occurring in the Ti13Nb13Zr alloy during aging.

PL

Celem pracy była ocena kinetyki przemian fazowych zachodzących podczas ciągłego chłodzenia z różną szybkością stopu Ti13Nb13Zr z jednofazowego zakresu β. Na podstawie krzywych dylatometrycznych określono temperaturę, w której rozpoczynają się i kończą transformacje dyfuzyjne i niedyfuzyjne. Stwierdzono, że w zakresie zastosowanej szybkości chłodzenia (5–0,05°C/s) obserwuje się transformację dyfuzyjną β → α + β. Oprócz zmian mikrostruktury zaobserwowano również efekty dylatometryczne, które potwierdzają występowanie przemiany fazowej w stopie. Uzyskane wyniki mogą służyć do interpretacji przemian fazowych zachodzących w stopie Ti13Nb13Zr podczas s.

10

Regulowanie mikrostruktury i właściwości mechanicznych prętów o dużym przekroju ze stali konstrukcyjnej C45 metodą przyspieszonego chłodzenia z zakresu austenitu

Garbarz Bogdan, Woźniak Dariusz, Adamczyk Mariusz, Zalecki Władysław, Krawczyk Aleksandra, Grzesiak Marek

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2020

|

Vol. 87, nr 6

151--159

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu przyspieszonego chłodzenia po austenityzowaniu prętów o średnicy 180 mm ze stali konstrukcyjnej C45 na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne. Testy nagrzewania i chłodzenia prętów wykonano w urządzeniach wchodzących w skład linii do półprzemysłowej symulacji walcowania na gorąco, regulowanego chłodzenia i obróbki cieplnej (LPS-B) w Łukasiewicz-IMŻ. Na podstawie wykonanych badań i analiz stwierdzono, że zastosowanie zoptymalizowanych wariantów przyspieszonego chłodzenia prowadzi do istotnej modyfikacji mikrostruktury oraz do rozdrobnienia ziarna, bez wytworzenia niepożądanych składników fazowych. W konsekwencji następuje znaczne podwyższenie właściwości mechanicznych (wytrzymałości, granicy plastyczności i udarności) powyżej poziomu uzyskiwanego w wyniku chłodzenia w spokojnym powietrzu, w tym w wyniku standardowego normalizowania.

EN

In the paper the results of investigations of the effect of accelerated cooling after the austenitisation of bars with a diameter of 180 mm made of structural steel C45 on the microstructure and mechanical properties are presented. Tests of heating and cooling of the bars were carried out in devices included in the line for semi-industrial hot rolling simulation, controlled cooling and heat treatment (LPS-B) at Łukasiewicz – IMŻ. Based on the accomplished research and analyses it was found that the use of optimised variants of accelerated cooling leads to the significant modification of the microstructure and to grain refinement, without the formation of undesirable phase components. Consequently, the mechanical properties (strength, yield strength and impact toughness) increased considerably above the level obtained as a result of cooling in still air, including standard normalisation.

11

Mechanizmy umocnienia prętów o dużych przekrojach ze stali konstrukcyjnych o strukturze ferrytyczno-perlitycznej chłodzonych w sposób przyspieszony z zakresu austenitu

Garbarz Bogdan, Woźniak Dariusz, Adamczyk Mariusz, Zalecki Władysław, Krawczyk Aleksandra, Grzesiak Marek

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2020

|

Vol. 87, nr 7-8

177--187

PL

Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analiz teoretycznych dotyczących mechanizmów mikrostrukturalnych powodujących umocnienie prętów ze stali S355J2 i C45R o średnicy 180 mm w wyniku zastosowania przyspieszonego chłodzenia z zakresu austenitu. Ustalono zależności pomiędzy parametrami przyspieszonego chłodzenia a uzyskanymi zmianami mikrostruktury i właściwości mechanicznych. W stosunku do obróbki standardowego normalizowania z chłodzeniem w spokojnym powietrzu, przyspieszone chłodzenie w zakresie dyfuzyjnych przemian fazowych spowodowało istotne rozdrobnienie ziarna składników mikrostrukturalnych i zmiany składu fazowego, prowadzące do podwyższenia granicy plastyczności prętów ze stali S355J2 o 35-55 MPa, a prętów ze stali C45R o 80-100 MPa. W przypadku stali S355J2 głównym zidentyfikowanym czynnikiem umacniającym było rozdrobnienie ziarna ferrytu, natomiast w przypadku stali C45R umocnienie było spowodowane głównie zwiększeniem udziału w mikrostrukturze perlitu i - w drugiej kolejności - zmniejszeniem odległości międzypłytkowej w perlicie.

EN

Results of experimental investigations and theoretical analyses concerning the microstructural mechanisms causing strengthening of 180 mm diameter bars made of steels S355J2 and C45R, as a result of application of accelerated cooling from the austenite range, are presented. Relationships between parameters of accelerated cooling and obtained changes in microstructure and mechanical properties have been determined. As compared to standard normalising treatment comprising cooling in still air, the accelerated cooling through diffusive phase transformation range caused substantial grain refinement of microstructural constituents and changes in phase composition leading to increases in yield strength of bars made of S355J2 steel by 35-55 MPa and bars made of steel C45R by 80-100 MPa. In the case of steel S355J2 the main identified strengthening factor was refinement of ferrite grains and in the case of steel C45R the trengthening was mainly the result of an increase of pearlite content in microstructure and - in second place - by decreasing of the interlamellar spacing in pearlite.

12

Peculiarities of Alloying Effect on the Eutectic Cementite Behavior Under Hot Rolling

Mironova Tatiana, Proidak Svetlana

New Trends in Production Engineering

|

2019

|

Vol. 2, Iss. 2

289-300

EN

Currently, cast iron remains one of the major modern casting materials in metallurgy and machine-building industry and is sure to take the lead in the future. Chilled cast iron has high hardness and wear resistance due to a large number of carbide phases in its structure. However, low ductility and impact hardness essentially limit its applicability in terms of processing. Hot plastic working, under which the eutectic net crushing is observed, appears to be one of the most effective means of the eutectic alloy products shape and microstructure transformation. Chilled cast iron properties fundamentally improve after hot plastic working: ductility, strength and impact hardness increase by 2-3 times on retention of the high hardness factor. Chilled cast iron ductility increase can be attained when using phase transformations in eutectic cementite under lean alloying with carbide forming elements. The purpose of the paper is to study alloying effect on the chilled cast iron ductility as well as eutectic cementite behavior under hot rolling. In the paper hardening and softening of the structural components in chilled cast iron under hot working have been studied. The deformation texture forming in eutectic cementite under hot rolling has been revealed, which is connected with the dynamic softening and depends on the degree and the nature of its alloying. The mechanism and regularities of the phase transformation effect in cementite on its behavior under plastic deformation and on the alloys ductility in general have been studied. In cementite chromium alloying initiates processes, that can be characterized as the pre-precipitation stage of the new phases, and this way it contributes to the cast iron ductility reduction and embrittles cementite. Carbide transformation, that occurs in eutectic cementite under alloying with vanadium, stimulates softening of the alloy and increases its ductility level. Moreover, the multiple glide planes {130},{011},{112} in cementite have been determined. It has been found out, that in supersaturated cementite vanadium carbides precipitation stimulates the extra glide plane {111} occurrence under hot rolling. The essence of the carbide transformation phenomenon is that under hot working there occurs the lubricating effect at the transition of the metastable iron carbide condition, which is strengthened with vanadium supersaturation and mechanical hardening, to a more stable condition due to precipitation of the proeutectoid constituents on the one hand, and because of the dynamic softening processes on the other hand. At that, the autocatalyticity effect is observed: there is precipitation of carbides with hardening and softening, similar to the processes that arise as a result of the superplastic effect induced by phase transformations.

13

Optimization of the heat treatment process to obtain the required distribution of mechanical properties in the rail head of pearlitic rails

Kuziak Roman, Pidvysotsk’yy Valeriy, Radwański Krzysztof, Mazur Artur, Zygmunt Tomasz, Pietrzyk Maciej, Rauch Łukasz, Bachniak Daniel

Journal of Metallic Materials

|

2019

|

Vol. 71, no. 1

3--9

EN

The paper presents metallurgically based approach allowing the design of the parameters of the pearlitic rail head heat treatment to obtain the targeted mechanical properties. The described solutions enable predicting the progress of phase transformations, final microstructure and mechanical properties distribution in the pearlitic rail subject to heat treatment. It also allows the optimization of the cooling conditions to obtain a strictly defined distribution of mechanical properties in the rail head. The program is developed as a result of research activities performed in the HyPremRail R&D project. The core of the program consists of the phase transformations model which is implemented in the numerical code based on the FEM for heat transfer calculations. The model predicts the pearlite nodule and colony size as well as cementite interlamellar spacing. Using these parameters, strength properties distribution in the rail can be predicted, since the phase transformations model is combined with the Fourier heat transfer equation. To perform the numerical simulations, the boundary conditions for heat treatment should be defined. On the contrary, using inverse analysis, the program can provide the cooling conditions allowing obtaining defined mechanical properties distribution in rail head.

PL

Artykuł przedstawia matematyczny model oparty na wiedzy metaloznawczej, umożliwiający zaprojektowanie parametrów obróbki cieplnej główki szyny ze stali perlitycznej w celu uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych. Dzięki implementacji modelu w programie komputerowym opartym na metodzie elementów skończonych możliwe jest śledzenie postępu przemian fazowych w trakcie obróbki cieplnej główki szyny o strukturze perlitycznej, a w efekcie końcowym również przewidywanie parametrów mikrostruktury finalnej oraz właściwości mechanicznych szyny. Drugą funkcją programu jest określenie warunków obróbki cieplnej powodujących uzyskanie założonego rozkładu właściwości mechanicznych w główce szyny obrabianej cieplnie. Prezentowane podejście oraz program komputerowy opracowano w ramach prac związanych z realizacją projektu badawczo-rozwojowego „HyPremRail”. Po zadaniu warunków chłodzenia program realizuje lokalnie obliczenia odległości między płytkami cementytu, wielkości ziarna i kolonii perlitu w oparciu o opracowany model przemian fazowych, posługując się rozwiązaniem MES równania Fouriera, a następnie przelicza wartości uzyskanej odległości międzypłytkowej na twardość, granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie. Przeprowadzenie obliczeń wymaga zdefiniowania warunków początkowych i brzegowych procesu obróbki cieplnej. Z kolei zagadnienie optymalizacji parametrów procesu w celu uzyskania korzystnego rozkładu właściwości mechanicznych w obszarze główki rozwiązywane jest za pomocą metody obliczeń odwrotnych.

14

Analysis of phase transformations in the austenite range for continuous cooling of 38CrSiMo4–2–3 steel

Różniata Edyta

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 6

128--132

EN

This article describes the kinetics of phase transformations of undercooled austenite of 38CrSiMo4–2–3 alloy steel. The tested steel is called a model alloy, whose chemical composition represents a group of steels for heat improvement. In the research part, microstructural analysis was used, dilatometric method was used and hardness was measured. For the analysis of phase transformations under continuous cooling, steel samples were austenitized at 880°C, annealed for 20 min, and then cooled at various speeds in the range of 20°C/s÷0.1°C/s. On the developed CCT diagram of 38CrSiMo4–2–3 steel, the onset of ferrite and perlite evolution was observed in the cooling range of 1°C/s and 0.1°C/s. In turn, the “nose” of bainitic transformation occurs for a cooling curve of 10°C/s. The temperature at the beginning of the martensitic transformation Ms was 350°C. The steel was characterized by rather "low" hardenability, because to obtain the martensite itself in its microstructure, the use of cooling at a rate greater than 20°C/s was required.

PL

W artykule opisano kinetykę przemian fazowych przechłodzonego austenitu konstrukcyjnej stali stopowej 38CrSiMo4–2–3. Badana stal jest tzw. stopem modelowym, który składem chemicznym reprezentuje grupę stali do ulepszania cieplnego. Finalnie opracowano wykres CTPc dla stali 38CrSiMo4–2–3.

15

Określenie spawalności stali i stopów tytanu na podstawie wykresów przemian fazowych

Jastrzębski Ryszard, Jastrzębski Adam, Denisewicz Grzegorz, Adamski Paweł

Dozór Techniczny

|

2019

|

z. 3

14--21

PL

W artykule w oparciu o schematy praktyczne, wykresy i tabele omówiono problemy z pękaniem stali i stopów tytanu. Na wykresie żelazo-węgiel naniesiono wykresy stopów tytanu, a w tabelach podano współrzędne punktów wykresu przemian fazowych dla stopów tytanu odpowiadajacym stalom konstrukcyjnym, ferrytycznym, austenitycznym i martenzytycznym. Porównano też wykresy chłodzenia stali konstrukcyjnych i stopów tytanu, a także ich wpływ na pękanie na zimno. Dla nowoczesnych stali niskowęglowych (<0,02%C) zaproponowano zastąpienie równoważnika węgla równoważnikiem niklu uzupełnionym o wodór.

16

Fast model for phase transformations during cooling of pre-annealed multiphase steels

Szeliga Danuta, Kuziak Roman, Zalecki Władysław, Pidvysotskyy Valeriy, Chang Yuling, Bleck Wolfgang, Bachniak Daniel, Pietrzyk Maciej

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 4

150--161

EN

A thorough experimental and numerical analysis of phase transformations in a selected CP800 steel was the general objective of the paper. Dilatometric tests were performed for a wide range of cooling rates. Two models based on a mean field approach were considered. The first was an upgrade of the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov equation. The second model was based on the Leblond equation. Both models were identified using inverse analysis of the experimental data. Simulations of various cooling schedules were performed to validate the models. Phase compositions for these cooling schedules were determined. Following this the effect of elements' segregation during solidification of steel on the occurrence of marteniste/bainite bands was accounted for using the developed models.

PL

W artykule opisano doświadczalną i numeryczną analizę przemian fazowych w wybranej stali o podwyższonej wytrzymałości. Próby dylatometryczne wykonano w szerokim zakresie prędkości chłodzenia. Rozważono dwa modele wykorzystujące metodę średniego pola. Pierwszym modelem była zmodernizowana wersja modelu JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov). Drugim modelem było rozwinięcie równania Leblonda. Przeprowadzono identyfikację modeli wykorzystując rozwiązanie odwrotne dla prób dylatometrycznych. W celu walidacji modeli wykonano symulacje różnych schematów chłodzenia. Wyznaczono skład fazowy dla tych schematów. Następnie oszacowano wahania składu chemicznego w badanej stali i wykorzystano opracowane modele do określenie wpływu segregacji pierwiastków podczas krzepnięcia stali na powstawanie pasm martenzytu/bainitu.

17

Peculiarities of phase processes in the volume of liquid

Pavlenko A., Koshlak H. V.

Structure and Environment

|

2018

|

Vol. 10, no. 1

66--74

EN

The work is devoted to the study of the transient processes of heat and mass transfer in the volume of a liquid. The method of calculating the temperature field in a liquid takes into account phase transitions, motion of the bubble wall and heat exchange processes near its surface. The method takes into account the change in the thermophysical characteristics of a liquid when its temperature changes. The results of the research can be used to optimize the various technological processes associated with cavitation, boiling and the formation of gas hydrates.

PL

Artykuł dotyczy analizy nieustalonych zjawisk wymiany ciepła i masy w dużej objętości cieczy. Metoda określenia pola temperatur w cieczy uwzględnia przemiany fazowe, ruch pęcherzy i procesy wymiany ciepła przy ścianie. Metoda ta bierze pod uwagę zmianę właściwości termofizycznych cieczy, gdy zmienia się jej temperatura. Wyniki badań mogą być wykorzystane do optymalizacji różnych procesów technologicznych związanych z kawitacją, wrzeniem i tworzeniem hydratów gazowych.

18

Identification of phase transformation model for the simulation of controlled cooling of bainitic steel tubes

Kuziak R., Radwański K., Molenda R., Mazur A., Broll J., Pietrzyk M.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2018

|

T. 70, nr 4

24--33

EN

JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) equation was adapted to simulation of phase transformations during cooling of bainitic steel tubes. The model was identified on the basis of the results obtained from the JMatPro software. Numerical tests for various cooling schedules showed model’s capability to predict a volume fraction of microstructure constituents of the tubes. The model was implemented into FE code for the simulation of tubes cooling. For the sake of the model capabilities, three cooling methods were considered: (i) free cooling in the air, (ii) cooling with the pressurised air, (iii) cooling with the water mist. Both symmetrical and asymmetrical cooling conditions were considered. The volume fractions of the tube’s microstructure constituents were calculated for each cooling conditions.

PL

W artykule adaptowano model JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) do symulacji numerycznej przemian fazowych w procesie chłodzenia rur ze stali bainitycznych. Identyfikację modelu przemian fazowych przeprowadzono na podstawie wyników obliczeń wykonanych za pomocą programu komputerowego JMatPro. Badania numeryczne, przeprowadzone dla różnych metod chłodzenia rur, pokazały możliwości obliczeniowe opracowanego modelu, które obejmują przewidywania udziałów objętościowych składników mikrostruktury stali podczas chłodzenia po austenityzacji. Opracowany model numeryczny przemian fazowych implementowano w kodzie opartym na metodzie elementów skończonych (MES), symulującym proces chłodzenia rur. Obliczenia przeprowadzono dla następujących warunków chłodzenia: (i) chłodzenie w spokojnym powietrzu, (ii) chłodzenie sprężonym powietrzem, (iii) chłodzenie mgłą wodno-powietrzną. Dla każdego sposobu chłodzenia, obliczono udziały objętościowe składników mikrostruktury rur.

19

Analizy PVT jako skuteczne narzędzie w rękach inżyniera naftowego. Część II: przemiany fazowe płynów węglowodorowych

Wojnicki M., Warnecki M., Szuflita S., Kuśnierczyk J.

Nafta-Gaz

|

2018

|

R. 74, nr 12

919--926

PL

Określenie relacji między ciśnieniem, objętością i temperaturą (PVT) płynów węglowodorowych jest niezbędne do szacowania zasobów, prowadzenia symulacji złożowych, prognozowania wydobycia, poznania hydrauliki przepływu, ustalania warunków separacji cieczy i gazu, projektowania instalacji wydobywczych oraz przesyłowych. Znajomość przemian fazowych i umiejętność korzystania z przedstawiających je diagramów fazowych wpisuje się w podstawowe kompetencje specjalistów odpowiedzialnych za prawidłowe zagospodarowanie i eksploatację złóż węglowodorów. Umiejętność predyktywnej analizy zachowania fazowego płynów węglowodorowych jest niezwykle istotna w inżynierii naftowej i gazowniczej z dwóch głównych powodów. Po pierwsze, zachowanie fazowe płynów węglowodorowych rozpatrywane jest w skrajnie zróżnicowanym zakresie ciśnień – od ciśnienia atmosferycznego do ciśnienia przekraczającego 1000 bar, i temperatur – od ultraniskich (–170°C w przypadku LNG) do nawet 200°C. W tym zakresie płyn węglowodorowy może występować w jednej z trzech głównych faz, to jest stałej, ciekłej i gazowej, lub – co gorsza – w dowolnej ich kombinacji. Dlatego tak istotne jest zrozumienie interakcji między przepływającym płynem a poszczególnymi elementami systemu wydobywczego, obejmującego złoże, rury wydobywcze, separatory, pompy, kompresory, rurociągi transmisyjne itp. Po drugie, podczas wydobycia często zajmujemy się płynami węglowodorowymi o skomplikowanych składach chemicznych, w przypadku których zależność między składem a właściwościami termodynamicznymi jest bardzo silna. W publikacji, będącej drugą częścią serii pt.: Analizy PVT jako skuteczne narzędzie w rękach inżyniera naftowego, omówiono teoretyczne podstawy przemian fazowych węglowodorowych płynów złożowych. Przedstawiono diagramy fazowe dla poszczególnych typów płynów węglowodorowych wraz z nakreśleniem przebiegu przemian fazowych zachodzących podczas ich eksploatacji. Omówiono parametry charakteryzujące dany typ płynu złożowego oraz ich zmienność związaną między innymi z przemianami fazowymi zachodzącymi w trakcie wydobycia. Przedstawiono również zasadność wykorzystania diagramów fazowych w konkretnych przypadkach złożowych.

EN

Determination of the relationship between pressure, volume and temperature (PVT) of hydrocarbon fluids is necessary for conducting reservoir simulations, resource estimations, production forecasting and production and transmission installation design. The knowledge of phase transformations and the ability to use the phase diagrams depicting them is part of the basic competences of specialists responsible for the proper development and exploitation of hydrocarbon deposits. The ability of predictive analysis phase behavior of hydrocarbon fluids is extremely important in oil and gas engineering for two main reasons. Firstly, the phase behavior of hydrocarbon fluids is considered in a extremely wide range of pressures – from atmospheric pressure to exceeding 1000 bar and temperatures – from ultra-low (–170°C in the case of LNG) to even 200°C. Within these ranges, the fluid can transcend the three principal phases, namely gas, liquid, and solid, and worse yet, any combination of these. That is why it is so important to understand the interaction between the flowing fluid and individual elements of the production system including the reservoir, tubing, separators, pumps, compressors, transmission pipelines, etc. Secondly, during production we are often dealing with hydrocarbon fluids with a complex chemical composition, where the relationship between their composition and thermodynamic properties is very strong. This paper, which is the second part of the series titled: PVT analyses as an effective tool in the hand of the petroleum engineer, discusses the theoretical basis of the hydrocarbon reservoir fluids phase behaviour. Phase diagrams for individual types of hydrocarbon fluids along with a sketch of the phase changes taking place during their production are presented. The parameters characterizing a given type of reservoir fluid and their variability related to, among others, phase changes occurring during production are discussed. The importance of using phase diagrams in specific reservoir cases are also presented.

20

Analysis of thermal cycles and phase transformations during multi-pass ARC weld surfacing of steel casts taking into account heat of the weld

Winczek J., Gucwa M., Makles K.

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2018

|

Vol. 17, nr 1

89--100

EN

In this work, a model of phase transformations during multipass weld surfaced steel casts is presented. In the temperature field calculation algorithm, the influence of the heat of overlaying beads and a self-cooling of previously overlayed beads have been taken into account. The fusion area, full and part transformation zones, by solidus, A1 and A3 and A A1 temperatures has been determined, respectively. The temperatures of the beginning and the end of the phase changes during cooling were determined on the basis of the time-temperature-transformation welding diagram. In the phase change kinetic description, the JMAK law and KM formula were used. Theoretical considerations are illustrated by example of volume share calculations of particular structural components during the weld surfaced 230-450 W steel cast. The results of computation in the graphical forms are presented: welding thermal cycle diagrams and structural share change histories at selected points, as well as temperature and the phase share distributions in cross section.