Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Ahmad KermanPour
محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Eshraghi Kakhki
محسن اشراقی کاخکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Numerical Modeling of Continuous Cooling of Steel to Predict Microstructure and Mechanical Properties
In this work, a numerical model was developed to simulate the continuous cooling of steel. The model was employed for simulation of the cooling process of the plain carbon steel AISI 1045 and the low alloy steel AISI 4140. In the case of AISI 1045, modeling was performed on the cylinders with diameters of 25, 50 and 75mm and gears. In addition, the cooling process of Jominy bars as well as steel gears of AISI 4140 was simulated. Still water and still oil were considered as quenching mediums. A cylindrical probe of AISI 304 stainless steel was used to evaluate the quench severity of the mediums and various methods were employed to calculate the convective heat transfer coefficients during quenching process. Furthermore, the effects of latent heat releases during phase transformations, temperature and phase fractions on the variation of thermo-physical properties were considered. In order to simulate the kinetics of diffusional phase transformations, JMA equation and additivity rule were employed and a novel approach was applied for computing the actual phase fractions in the off-eutectoid steel. In the case of martensitic transformation, the model of Koinstinen and Marburger was used for AISI 1045 plain carbon steel, while a new model was applied for AISI 4140 low alloy steel. Moreover, the empirical model of Maynier et al. was used for hardness predictions. The present model was validated against cooling curve measurements, metallographic analysis, and hardness tests, and good agreement was found between the experimental and simulation results. This model is able to simulate the continuous cooling and kinetics of phase transformation and to predict the final distribution of microstructures and mechanical properties in steels. Key Words Steel, Phase transformation, Continuous cooling, Quenching, Numerical simulation
در این تحقیق، یک مدل عددی جهت شبیه سازی فرایند سرد کردن پیوسته فولادها توسعه داده شده است. مدل توسعه داده شده، برای شبیه سازی فرایند سرد شدن فولاد ساده کربنی AISI 1045 و فولاد کم آلیاژAISI 4140 بکار گرفته شد. برای فولاد AISI 1045، مدل سازی بر روی استوانه هایی به قطر 25، 50 و 75 میلیمتر و با نسبت طول به قطر 2 و نیز بر روی قطعات مکانیکی به شکل چرخ دنده انجام شد. فرایند سرد شدن فولاد AISI 4140 حین آزمایش جامینی و نیز حین کوئنچ قطعاتی به شکل چرخ دنده شبیه سازی شد. در فرایند کوئنچ هر دو نوع فولاد ذکر شده، دو نوع محیط سرد کننده شامل آب و روغن مد نظر قرار گرفت. جهت محاسبه ضرایب انتقال حرارت حین کوئنچ در این دو محیط، پرابهایی از جنس فولاد زنگ نزن 304 ساخته شد و شرایط انتقال حرارت بصورت تابعی از دمای سطح توسط روش های مختلف محاسبه شد. جهت افزایش دقت محاسبات، خواص ترموفیزیکی فولاد به صورت متغیر با دما و نوع فازها درنظر گرفته شد. همچنین اثر گرمای نهان آزاد شده در اثر دگرگونی های فازی در مدل توسعه یافته لحاظ شد. جهت مدل سازی دگرگونی های فازی نفوذی از معادله JMA به همراه قانون جمع پذیری استفاده شد. همچنین روش نوینی برای محاسبه کسر حجمی حقیقی فازها در فولادهای غیریوتکتوئیدی ارائه شد. به منظور مدل سازی سینتیک استحاله مارتنزیتی در فولاد کربنی AISI 1045 از مدل کوینستینن و ماربرگر و برای فولاد کم آلیاژ AISI 4140 از یک مدل جدید که برای فولادهای کم آلیاژ توسعه پیدا کرده، استفاده شد. همچنین جهت پیش بینی سختی در نقاط مختلف نمونه ها از مدل تجربی مینیر استفاده شد. اعتبارسنجی و بررسی کارایی مدل با انجام آزمایش های تجربی بر روی نمونه های ذکر شده اجرا گردید. تاریخچه دمایی نمونه ها حین کوئنچ ثبت شد و آزمونهای متالوگرافی و سختی سنجی بر روی مقاطع برش خورده نمونه ها انجام شد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایش های تجربی، کارایی و دقت مدل را تأیید کرد. با استفاده از مدل حرارتی- ساختاری توسعه یافته می توان ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات فولادی را پس از سیکل های مختلف سرد کردن پیوسته پیش بینی نمود و با تغییر متغیرهای فرایند، با صرف کمترین هزینه، خواص بهینه را بدست آورد. کلمات کلیدی: فولاد، دگرگونی فازی، سرد کردن پیوسته، کوئنچ، شبیه سازی عددی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی