Дослідження та моделювання термічної обробки сталевих елементів металоформ для напівсухого вібропресування
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
Анотація
В роботі досліджується процес повного циклу термічної обробки (цементація, загартування) елементів металоформ, що використовуються у виробництві бетонних виробів методом напівсухого об'ємного вібропресування. Високий абразивний знос робочих поверхонь металоформ вимагає оптимізації хіміко-термічної обробки. Традиційні методи не дозволяють точно спрогнозувати кінцевий фазовий склад та профіль твердості, особливо з урахуванням складного впливу концентрації вуглецю на кінетику загартування. Необхідна розробка чисельної моделі для прогнозування та контролю якості. Розроблено та реалізовано пов'язану мультифізичну 2D-модель (дифузія, теплообмін, фазові перетворення) для сталевого зразка 100 х 100 х 20 мм. Проведено моделювання цементації для двох початкових концентрацій вуглецю (0.08 та 0.2) з фінальним профілем насичення до 0.9 на поверхні. Після загартування у воді (типовий h ≈ 5000 Вт/(м2 К)), моделювання показало, що в цементованому шарі утворюється до 80-85 % мартенситу. Проте, у приповерхневій зоні зафіксовано підвищений вміст залишкового аустеніту (до 15-20 % масової частки). Наявність залишкового аустеніту в цементованому шарі пояснюється значним зниженням температури початку мартенситного перетворення (MS) через високу локальну концентрацію вуглецю. Це підтверджує, що навіть при високій швидкості охолодження (h ≈ 5000 Вт/(м2 К)), повне перетворення аустеніту в мартенсит не відбувається, що вимагає проведення додаткових термічних операцій. Використання моделі Koistinen-Marburger з інтегрованою концентраційною залежністю MS(c) та застосуванням нерівномірної сітки дозволило точно визначити межі цементованого та загартованого шарів. Це забезпечило кількісну оцінку профілю кінцевого фазового складу, необхідну для прогнозування твердості. Результати моделювання можуть бути використані інженерами-технологами для оптимізації режимів цементації (температура, час) та загартування (швидкість охолодження) з метою підвищення ресурсу сталевих металоформ, а також для обґрунтування необхідності проведення низького відпуску.
Опис
Ключові слова
забруднення навколишнього середовища, матриця, пуансон, металоформи, термообробка, цементація, гартування, верстати ЧПК, математичне моделювання, environmental pollution, matrix, punch, metal molds, heat treatment, carburizing, quenching, CNC machining, mathematical modeling
Бібліографічний опис
Дослідження та моделювання термічної обробки сталевих елементів металоформ для напівсухого вібропресування / Гордієнко, В. І., Васильченко, В. Ю., Коваленко, О. О., Хижняк, Є. В. // Mechanics and Advanced Technologies. – 2025. – Vol. 9, No. 4(107). – P. 515–522. – Bibliogr.: 12 ref.