مدل سازی عددی فرایند سرد کردن پیوسته فولادها به منظور پیش بینی ریز ساختار و خواص مکانیکی

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.