Исследование влияния усадочной пористости и параметров структуры на изменение механических свойств в отливках ответственного назначения из углеродистой стали
Диссертация
В производственных условиях механические свойства металла отливки определяют по результатам испытаний образцов, вырезанных из прилитых пробных планок, при этом отсутствует возможность получить информацию о распределении механических свойств во всем объеме литой детали. Применение полученных результатов и разработанных методик возможно в машиностроения при производстве отливок ответственного… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи
- 1. 1. Механические свойства углеродистой стали в отливках ответственного назначения
- 1. 2. Физические основы разрушения кристаллических материалов
- 1. 3. Анализ существующих методов оценки направленности затвердевания отливки
- 1. 4. Влияние параметров структуры на изменение механических свойств металла
- 1. 5. Цель и постановка задачи исследования
- Глава 2. Разработка комплекса моделей, определяющих изменение механических свойств металла огливки
- 2. 1. Общая характеристика модели
- 2. 2. Формирование входной геометрической информации об отливке
- 2. 3. Модель теплопередачи между отливкой и формой
- 2. 4. Разработка модели формирования дендритной структуры
- 2. 4. 1. Общая характеристика модели П-уровня дискретизации
- 2. 4. 2. Математическое описание системы жидкость — переходная зона — кристалл
- 2. 5. Основные уравнения модели формирования дендритной структуры
Список литературы
- Примак H.H., Бречко A.A., Гриценко А. Я. и др. Производство огливок для энергомашиностроения. Л.:Изд-во машиностроение,!976.-256с.
- Десницкий В.П. Производство легированных стальных отливок для энергомашиностроения. Л .:Машгиз, 1961.-197с.
- Марочник сталей и сплавов. М.: ЦНИИТмаш, 1971.- 483с.
- Антикайн П.А. Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов. М.:Энергоатомиздат, 1990.
- Лебедев A.A., Ковальчук Б. И. и др. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии: Справочник.-Киев: Наукова Думка, 1983.
- Петров В.А., Башкарев А. Я., Веттегрень В. Т. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов.- СПб.: ПолитехникаД993г.
- Десницкая Л.В. Моделирование формирования крупных стальных отливок в песчаной форме. СПб.: СЗПИ, 2000.-137с.
- Мозберг Р.К. Материаловедение.- Таллин: «Валгус», 1976, — 554с.
- Баландин Г. Ф. Теория формирования отливки. Изд-во МГТУ Н. Э. Баумана, 1998.- 359с.
- Ю.Колбасников Н. Г. Теория обработки металлов давлением Сопротивление деформации и пластичность.- СПб.: СПбГТУ, 2000.- 314с. Н. Петреня Ю. К. Физико-механические основы континуальной механики повреждаемости. Санкт-Петербург: АООТ НПО ЦКТИ, 1997. — 147с.
- Гольденблат И.И., Бажанов В. Л., Копнов В. А. Длительная прочность в машиностроении. М.: Машиностроение, 1977.- 248с.
- Балина B.C., Ланин A.A. Прочность и долговечность конструкций при ползучести. — СПб.:Политехника, 1995.-182с.
- М.Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. СПб.:Политехника, 1993.-391с.
- Костин П.П. Физико-механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. М.?Машиностроение, 1990.-256с.
- Керштейн И.М., Клюшников В. Д., Ломакин Е. В., Шестериков С. А. Основы экспериментальной механики разрушения.- М.:Изд-во МГУ, 1989.-140с.
- Журков С.Н., Нарзуллаев Б. Н. ЖТФ. 1953.-23.- 10.- 1677-Г685.
- З.Петров Ю. В. Высокоскоростное разрушение хрупких сред. Лвтореф. па соискание ученой степени д-ра физ.-мат. Наук.- С-Петербург.- 1995.
- Г1аршин Л.К., Суханов А. И. Прочность энергетических машин. Малоцикловая усталость элементов турбомашин: Учеб. пособие.- СПб.:Изд-во СПбГТУ, 1999.-95с.
- ГОСТ 977–75. Отливки из конструкционной нелегированной и легированной стали. М.: Изд-во стандартов, 1973. — 62 с.
- Грузных И.В., Оболенцев Ф. Д. Надежность и технологичность в производстве стальных отливок.-СПб.: Политехника, 1992 г. 272 с.
- А.А.Рыжиков. Технологические основы литейного производства. — М.:1. Машгиз, 1962,527с.
- П.Ф.Василевский, А. А. Жуков и др. Вопросы теории литейньтх процессов. — М.:Машгиз, 1960, 693с.
- Б.Б.Гуляев. Литейные процессы. —М.: Машгиз, 1960, 416с.
- Ю.А.Нехендзи. Стальное литьё. М.:Металлургиздат, 1948, 766с.
- Г. Ф.Баландин. Формирование кристаллического строения отливок. -М.:Машиностроение, 1973, 288с.
- А.И.Вейник. Теория затвердевания отливки. М.:Машгиз, 1960, 436с.
- Е.Т.Долбенко, П. И. Побежимов, А. П. Смирнов Условия получения плотных крупных отливок. Литейное производство, 1979, N12, с.18−19
- И.Б.Куманин. Вопросы теории литейных процессов-М.'.Машиностроение, 1976,216с.
- А.А.Рыжиков. Улучшение качества отливок. М.:Машгиз, 1952, 262с.
- Г. А.Косников. Основы литейного производства.-С.:СП6ГТУ, 2001,211с.
- Мейерманов A.M. Задача Стефана. Новосибирск: Наука, 1986, 240с.
- Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1989, 616 с.
- А.И.Вейник. Теплофизика в литейном производстве. М., 1963, 536с.
- Г. Ф.Баландин. Основы теории формирования отливки, ч.2. М., Машиностроение, 1987, 335с.
- Г. Ф.Баландин. Основы теории формирования отливки, ч.1. М., Машиностроение, 1979, 328с.
- В.М.Пасконов, В. И. Полежаев. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.:Наука, 1984, 288с.
- Ольховик Е.О., Хорошилов К. В. Разработка способа проектирования оптимальной технологии изготовления отливок. Материалы семинаров Политехнического Симпозиума (СПбГПУ) Май 2004 г, С.-Петербург, стр. 20.
- Краснов М.В. OpenGL. Графика в проектах Delphi. СПб.:БХВ-Петербург, 2002.-352с.
- Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства. М: Изд-во.МГТУ, 1994.-320с.
- Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков.
- Анастасиади Г. П. Формирование химической микронеоднородности в литейных сплавах. СПб.: Политехника, 1992.-148с.
- Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. -М., 1953.-186с.
- Васильев Д.М. Физическая кристаллография.- СПб.:Изд-воСПбГТУ, 1996.-473с.
- Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. -М:Мир, 1967.-211с.
- Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир, 2000.-260с.
- Эльдарханов А.С., Ефимов В. А., Нурадинов А. С. Процессы формирования отливок и их моделирование. — М.: Машиностроение, 208с.
- Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. М.-Л.: Машиностроение, 1976.-214с.
- Колмогоров А.Н. Изв.АН СССР. Сер.мат. 1937. N3 С.255−358.
- Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. -М.Машиностроение, 1968.-432с.
- Mikheev L.M., Chernove A.A. Mobility of a diffuse simple crystal-melt interface-J. Cryst. Grow. 1991, v. 112, pp.591−596.
- A. A. Wheeler, W. J. Boettinger, and G. B. McFadden, Phase-field model for isothermal phase transitions in binary alloys, Phys. Rev. A 45, 7424 (1992).
- A. Karma, W.-J. Rappel, Phase-field method for computationally efficient modeling of solidification with arbitrary interface kinetics, Phys. Rev. E 53, 3017 (1996).
- Karma A., Rappel W. -J . Quantitative phase-field modeling of dendritic growth in two and three dimensions. Phys. ReV. E, 1998, v. 57, pp. 4323−4349.
- J.W. Cahn and J. E. Hilliard, Free energy of nonuniform systems. I. Interface free energy, J. Chcm. Phys. 28,258 (1958).
- McCarthy J.F. One-dimensional phase field models with adaptive grids. J. Heat Trans., 1998, v. 120, pp. 956−964.
- Braun R.J., McFadden G.B., Coriell S.R. Morphological instability in phase-field models of solidification. -Phys. Rev., 1994, v. 49, pp. 4336−4352.
- Fabbri M., Voller V.R. The phase-field method in the sharp-interface limit: a comparison between model potentials. J. Comput. Phys., 1997, v. 130, pp. 256 265.
- Борисов B.T. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.:Металлургия, 1987.-224с.
- Борисов В.Т. О механизме нормального роста кристаллов. ДАН СССР, 1963, т. 151, с. 1311−1314.
- Уманцев А.Р. Движение плоского фронта при кристаллизации. -Кристаллография, 1985, т. 30, с. 153−160.
- Сверхмелкое зерно в металлах. Пер. с англ.- М.:Металлургия, 1973.-383с.
- Голиков И.Н., Масленков С.Б.' Дендритная ликвация в сталях и сплавах. М.:Металлургия, 1977.- 224с.
- Ершов Г. С., Поздняк JI.A. Микронеоднородпость металлов и сплавов. М.:Металлургия, 1985.-214с.
- М.Флемингс. Процессы затвердевания. М.:Мир, 1977.бб.Ольховик Е. О., Десницкая JI.B. Моделирование формирования структуры в отливках. Труды VI съезда литейщиков России, Екатеринбург 19−23 мая 2003 г. II том, стр.292−299.
- Десницкая Л.В., Ольховик Е. О., Кратович Л. Ф., Десницкий В. В. Структурообразование и свойства стали в отливках. Монография. Изд-во С.-Петербургского института машиностроения, 184с., 2004 г.
- Ландау Л. К теории фазовых переходов. ЖЭТФ, 1937, т. 7, с. 19−32.
- Ландау Л.Д. К теории фазовых переходов. II ЖЭТФ, 1937, т. 7, с. 627 632.
- Гинзбург В.Л., Ландау Л. Д. К теории сверхпроводимости. ЖЭТФ, 1950, т. 20, с. 1064−1082.
- Sullivan J.M., Lynch D.R. Non-linear simulation of dendritic solidification of y an undercooled melt. Int. J. Num. Meth. Engin. 1988, v. 25, pp.415−444.
- Strain J. A boundary integral approach to unstable solidification. J. Comput. Phys. 1989, v. 85, pp.342−389.
- Sethian J.A., Strain J. Crystal growth and dendritic solidification. J. Comput. Phys. 1992, v.92, pp. 231−253.
- Collins J.B., Levine H.I. Diffuse interface model of diffusion-limited crystal growth. Phys. Rev. B, 1985, v. 31, pp. 6119−6122.
- Caginalp G. An analysis of phase field model of a free boundary. Arch. Ration. Mech. Anal., 1986, v. 92, pp. 205−245.
- Penrose O., Fife P.C. Thermodynamically consistent models of phase-Held type for the kinetic of phase transitions Physica D, 1990, v. 43, pp. 44 — 62.
- Schofield S.A., Oxtoby D., Diffusion disallowed crystal growth. I. Landau-Ginzburg model. J. Chem. Phys., 1991, v. 94, pp. 2176−2186.
- Wang S. -L., Sekerka R.F., Wheeler-A.A., Murray. B.T., Coriell S.R., Braun
- R.J., McFadden G.B. Thermodynamically consistent phase-field models for solidification. -Physica D, 1993, v.69, pp. 189−200.
- Penrose O., Fife P. On the relation between the standard phase-field model and a «thermodynamically consistent» phase-field model. -Physica D, 1993, v.69, pp.107−113.
- Cahn J.W., Hilliard J.E. Free energy of nonuniform system. I. Interfacial free energy. J. Chem. Phys., 1958, v. 28, pp. 258−267.
- Cahn J.W., Hilliard J.E. Free energy of nonuniform system. III. Nucleation in a two-component incompressible fluid. J. Chem. Phys., 1959, v. 31, pp. 688−699.
- Cahn J.W. Theory of crystal growth and interface motion in crystalline materials. Acta Metall., 1960, v. 8, pp. 554−562.
- Cahn J.W. On spinodal decomposition. -Acta Metall., 1961, v. 9, pp. 795−801.
- Umantsev A. Thermodynamic stability of phases and transition kinetics under adiabatic conditions. J. Chem. Phys., 1992, v. 96, pp. 605−617.
- Bates P.W., Fife P.C., Gardner R.A., Jones C.K.R.T. Phase field model for ^ hypercooled solidification. Physica D, 1997, v. 104, pp. 1−31.
- Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения металлических конструкций.-Киев:Наукова Думка, 1981.-238с.
- Мешков Ю.Я., Г1ахаренко Г. А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. -Киев:Наукова Думка, 1985.-266с.
- Мешков Ю.Я., Сердитова Т. Н. Разрушение деформированной стали.-Киев: Наукова Думка, 1989.-157с.
- Гудков A.A. Трещиностойкость стали.- М: Металлургия, 1989.- 376с.
- Десницкий В.В., Кратович Л. Ф., Креймерман Г. М. Влияние дефектов литого металла и микроструктуры на трещиностойкость сб. Пути повышения надежности и долговечности отливок.- Киев: КДНТП, 1990.
- Ольховик Е.О., Десницкая Л. В. Оценка механических свойств в литых деталях машиностроения. Материалы семинаров Политехнического Симпозиума (СПбГПУ) Октябрь-Ноябрь 2003 г, С.-Петербург, стр. 22.
- Ольховик Е.О., Десницкий В. В. Прогнозирование механических свойств в стальных отливках. Материалы международной научно-технической конференции «Надежность-2003″ Самара 25−27 ноября 2003 г. том II. с. 137 143
- Скобло С.Я., Казачков Е. А. Слитки для крупных поковок. М.,"Металлургия», 1973, 248с.
- Металлография железа том III. Кристаллизация и деформация сталей. Атлас микрофотографий. М.,"Металлургия", 1972, 236с.
- Григорович В.К. Жаропрочность и диаграммы состояния. Изд-во «Металлургия», 1969, 324с.
- Кайбышев O.A., Валиев Р. З. Границы зерен и свойства металлов. М.: Металлургия, 1987.214с.
- ЮЗ.Бокштейн Б. С., Копецкий Ч. В., Швиндлерман Л. С. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. М.:Металлургия, 1986, 224с.
- Шульце Г. Металлофизика. М.:Мир 503с.
- Десницкий В.В. Автоматизированное проектирование технологии изготовления отливок. Л.:изд.Университета, 1987 г. 164с.
- Юб.Шевцов В. Л., Жадкевич М. Л., Майданник В. Я ЭШ-технологии в производстве фонтанной нефтегазовой арматуры высокого давления. Металлургия машиностроения, 2003 г. N1, стр. 15−19.
- Повышение прочности отливок в машиностроении. Сборник статей. М.:Изд.:Наука, 1981 г. 214с.
- Анастасиади Г. П., Сильников М. В. Неоднородность и работоспособность стали. -СПб.:Полигон, 2002 г., 624с.
- Новые методы оценки сопротивления материала хрупкому разрушению. Под ред. Работнова Ю. Н. М.: Мир, 1972. 439 с.
- Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских реакторов и установок. М.: Металлургия. 1973. 408 с.
- Литейные дефекты и способы их устранения. Лакедемонский A.B., КвашаФ.С., Медведев Я. И. и др. М., «Машиностроение», 1972, 152 с.
- Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. С. 280.
- Капна К. Уточненный метод расчета критического раскрытия трещины. Проблемы почности. 1975. № 11. С. 19−24.
- Атомный механизм разрушения. М.: Металлургиздат, 1963, 693 с.
- Кратович Л.Ф. Метод оценки трещиностойкости при циклическом нагружении. Заводская лаборатория. 1988.№ 4. С.102−105.
- Кратович Л.Ф., Почуев A.M. Машина для циклических испытаний. Заводская лаборатория. 1986. № 2. С.88−89.
- Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.?Металлургия, 1976. 552 с.
- Ефимов В.А. Стальной слиток. М.:Металлургиздат, 1961. 356 с.
- Гуляев Б.Б. Затвердевание и однородность стали. М., Металлургиздат, 1950.227с.
- Гудремон Э. Специальные стали, т.1. М.:Изд. По черной и цветной металлургии. 1959 г. 952с.
- Десницкая Л.В., Десницкий В. В., Бречко A.A. Свойства металла в крупных стальных отливках. Литейное производство. 2000 г. N2 16−17с.
- Формирование стального слитка. Сборник научных трудов. М.гМеталлургия. 1986 г. 88с.
- Десницкий В.В., Назаров В. И., Гриценко А. Я. Проектирование технологии изготовления крупных стальных отливок. Литейное производство N6, 1992, с.28−29.
- Пржибыл И Теория литейных процессов. М.:"Мир", 1967. 328 с.
- Раддл Р.У. Затвердевание отливок.М.:Машгиз, 1960.392 с.
- Манакин A.M., Денисов В. А. Крупные стальные отливки. М.: Машиностроение, 1989, 640 с.
- Балина B.C., Мядякшас Г. Г. «Прочность, долговечность и трещиностойкость конструкций при длительном циклическом нагружении», СПб, «Политехника», 1994г.
- Иванцов Г. П. Приближённый способ расчёта кристаллизации слитка. Сб. «Теплотехника слитка и печей». Труды ЦНИИЧМ, вып.2/5, Металлургиздат, 1953.
- Ursula R. Kattner Thermodynamic Modeling of Multicomponent Phase Equilibrium, in JOM 41(12) 1997 14-I9pp.
- M. Hillert, CALPHAD, 4 (1980) 1−12
- L. Kaufman and H. Nesor, CALPHAD, 2 (1978) 325−348 132. «The SGTE Casebook, Thermodynamics at work», Ed. K. Hack, The Institute of Metals, London, UK, 1 996 176
- П.Н.Бидуля. Технология стальных отливок. М.:Металлургиздат, 1961, 352с