Symulacja mes obróbki cieplnej wyrobów stalowych z uwzględnieniem zjawisk  termo-metalurgicznych. Część 1. Nieustalony przepływ ciepła i przejścia fazowe

Jemioło, Stanisław; Gajewski, Marcin

Symulacja mes obróbki cieplnej wyrobów stalowych z uwzględnieniem zjawisk termo-metalurgicznych. Część 1. Nieustalony przepływ ciepła i przejścia fazowe

Abstract

Praca składa się z dwóch części. Część 1 dotyczy zagadnień związanych z opisem nieustalonego przepływu ciepła występującego w trakcie procesów obróbki cieplnej oraz łączenia metali technicznych i stopów metali. W podstawowych równaniach nieustalonego przepływu ciepła, sformułowanych w ramach termodynamiki ośrodków ciągłych, uwzględniono przejścia fazowe stosując teorię mieszanin. Przedyskutowano dwa podejścia, które wynikają z odpowiednich równań bilansu dla energii wewnętrznej albo entalpii. Mieszanina składa się z kilku izotropowych faz materiału o różnych udziałach objętościowych, a właściwości termiczne każdej fazy opisane są nieliniowym związkiem Fouriera. Wyróżniono przejścia fazowe związane ze zmianą stanu skupienia metalu oraz zmianą jego mikrostruktury. Przejścia typu pierwszego uwzględnia się przez odpowiednie zdefiniowanie ciepła właściwego wraz z utajonym ciepłem przemiany (albo funkcji entalpii) w równaniach bilansu, zaś przejścia typu drugiego o charakterze dyfuzyjnym i bezdyfuzyjnym opisują relacje kinetyczne. W pracy dyskutowane są relacje kinetyczne wynikające z różnych stosowanych w literaturze metalurgicznych modeli przemian fazowych. Relacje te definiują między innymi kierunki przemian fazowych oraz ich kinematykę. Równania kinetyczne tworzą układ równań różniczkowych, których współczynniki zależne są między innymi od temperatury i jej prędkości oraz czasu przemiany. Wobec tego procesy rozpatrywane w pracy nie są w ogólności ani izotermiczne ani nie odbywają się przy stałej prędkości zmian temperatury. Pominięto sprzężenie termiczno-dyfuzyjne, co oznacza, że nie uwzględniono potencjałów chemicznych, czyli skład chemiczny metali jest dany i nie ulega zmianie. Występuje jednak pełne sprzężenie efektów cieplnych i przemian fazowych, co prowadzi do złożonej procedury przygotowywania danych termiczno-metalurgicznych. Przedstawione podejście fenomenologiczne może być stosowane między innymi w zagadnieniach obróbki cieplnej metali technicznych i stopów metali o strukturze polikrystalicznej. Omawiane zagadnienia szeroko ilustruje cytowana literatura w zastosowaniu do różnych metali i stopów metali, niemniej jednak w tej pracy rozpatrzono tylko stal, a dla pewnych wybranych jej gatunków zaprezentowano sposób przygotowania odpowiednich danych termiczno-metalurgicznych. Dane te są stosowane w Części 2 pracy, gdzie zamieszczone są przykłady rozwiązań numerycznych zadań brzegowo-początkowych. W Części 2 zastosowano metodę elementów skończonych i program SYSWELD. Druga, aplikacyjna część pracy jest punktem wyjścia do analizy sprzężonych efektów termiczno-metalurgicznych z polami mechanicznymi w wyrobach stalowych.

Keywords

fem mes welding obróbka cieplna SYSWELD spawanie

Citation

Jemioło S., Gajewski M., Symulacja MES obróbki cieplnej wyrobów stalowych z uwzględnieniem zjawisk termo-metalurgicznych, Część 1. Nieustalony przepływ ciepła z uwzględnieniem przejść fazowych, Zeszyty Naukowe, Budownictwo, z.143, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2005.