Численное моделирование температурно-структурного состояния биметаллического прокатного валка в процессе его наплавки

Изготовление высокопрочных рабочих валков холодной прокатки — чрезвычайно важная проблема, поэтому разработка методов численного анализа температурно-структурного состояния биметаллических прокатных валков в процессе наплавки является актуальной, так как позволяет рационализировать технологические режимы изготовления таких валков. В настоящей работе создана математическая модель, описывающая температурные поля и распределение структуры в валке в течение всего процесса наплавки. В основу решения нелинейной нестационарной задачи теплопроводности положен метод конечных элементов. Для описания теплообмена использованы граничные условия 3-го рода. Моделирование превращения аустенита в перлит в изотермических условиях проведено на основе уравнения Авраами. Переход от изотермической кинетики распада аустенита к неизотермическим условиям осуществлен согласно теории изокинетических реакций с привлечением правила аддитивности. Представлены результаты расчета температур и структур в биметаллическом рабочем валке холодной прокатки для различных моментов наплавки. Показано, что ось валка, выполненная из стали 60ХН, после наплавки сохраняет перлитное состояние. Наплавленный слой из стали с карбидно-интерметаллидным упрочнением 25Н12М6К10 после охлаждения валка имеет мартенситную структуру. Разработанные программные средства могут быть полезны для прогнозирования напряженно-деформированного состояния и прочности валка после проведения наплавки.

Литература

[1] Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. Москва, Издат. дом МЭИ, 2006. 550 с.

[2] Вафин Р.К., Покровский А.М., Лешковцев В.Г. Прочность термообрабатываемых прокатных валков. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 264 с.

[3] Покровский А.М., Полушин А.А. Расчет термонапряжений в стальных прокатных валках при индукционной закалке ТПЧ. Производство проката, 2009, № 5, с. 32–40.

[4] Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. Parts I. Oxford, Pergamon, 2002. 1200 p.

[5] Покровский А.М. Расчет термонапряжений при электронормализации композитных прокатных валков. Производство проката, 2007, № 9, с. 39–45.

[6] Деммель Д. Вычислительная линейная алгебра: теория и приложения. Москва, Мир, 2001. 429 с.

[7] Арзамасов Б.Н., Мухин Г.Г., ред. Материаловедение. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с.

[8] Покровский А.М. Расчет остаточных напряжений в биметаллических опорных прокатных валках после термической обработки. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. Спец. вып. № 6 «Современные проблемы прикладной механики, динамики и прочности машин», 2012, с. 186–196.