Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Ahmad KermanPour
محمدعلي گلعذار (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Eshraghi Kakhki
محسن اشراقي کاخکي

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
چکيده در اين تحقيق، يک مدل عددي جهت شبيه سازي فرايند سرد کردن پيوسته فولادها توسعه داده شده است. مدل توسعه داده شده، براي شبيه سازي فرايند سرد شدن فولاد ساده کربني AISI 1045 و فولاد کم آلياژAISI 4140 بکار گرفته شد. براي فولاد AISI 1045، مدل سازي بر روي استوانه هايي به قطر 25، 50 و 75 ميليمتر و با نسبت طول به قطر 2 و نيز بر روي قطعات مکانيکي به شکل چرخ دنده انجام شد. فرايند سرد شدن فولاد AISI 4140 حين آزمايش جاميني و نيز حين کوئنچ قطعاتي به شکل چرخ دنده شبيه سازي شد. در فرايند کوئنچ هر دو نوع فولاد ذکر شده، دو نوع محيط سرد کننده شامل آب و روغن مد نظر قرار گرفت. جهت محاسبه ضرايب انتقال حرارت حين کوئنچ در اين دو محيط، پرابهايي از جنس فولاد زنگ نزن 304 ساخته شد و شرايط انتقال حرارت بصورت تابعي از دماي سطح توسط روش هاي مختلف محاسبه شد. جهت افزايش دقت محاسبات، خواص ترموفيزيکي فولاد به صورت متغير با دما و نوع فازها درنظر گرفته شد. همچنين اثر گرماي نهان آزاد شده در اثر دگرگوني هاي فازي در مدل توسعه يافته لحاظ شد. جهت مدل سازي دگرگوني هاي فازي نفوذي از معادله JMA به همراه قانون جمع پذيري استفاده شد. همچنين روش نويني براي محاسبه کسر حجمي حقيقي فازها در فولادهاي غيريوتکتوئيدي ارائه شد. به منظور مدل سازي سينتيک استحاله مارتنزيتي در فولاد کربني AISI 1045 از مدل کوينستينن و ماربرگر و براي فولاد کم آلياژ AISI 4140 از يک مدل جديد که براي فولادهاي کم آلياژ توسعه پيدا کرده، استفاده شد. همچنين جهت پيش بيني سختي در نقاط مختلف نمونه ها از مدل تجربي مينير استفاده شد. اعتبارسنجي و بررسي کارايي مدل با انجام آزمايش هاي تجربي بر روي نمونه هاي ذکر شده اجرا گرديد. تاريخچه دمايي نمونه ها حين کوئنچ ثبت شد و آزمونهاي متالوگرافي و سختي سنجي بر روي مقاطع برش خورده نمونه ها انجام شد. مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي با نتايج آزمايش هاي تجربي، کارايي و دقت مدل را تأييد کرد. با استفاده از مدل حرارتي- ساختاري توسعه يافته مي توان ريزساختار و خواص مکانيکي قطعات فولادي را پس از سيکل هاي مختلف سرد کردن پيوسته پيش بيني نمود و با تغيير متغيرهاي فرايند، با صرف کمترين هزينه، خواص بهينه را بدست آورد. کلمات کليدي: فولاد، دگرگوني فازي، سرد کردن پيوسته، کوئنچ، شبيه سازي عددي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی