Použití simulace tuhnutí při výrobě těžkých odlitků

Use of Solidification Simulation at Manufacture of Heavy Castings

journal article - other

Czech

U dynamicky namáhaných odlitků mohou způsobit drobné slévárenské vady a anomální struktury porušení souvislosti nízkocyklovou únavou. Porušení odlitků nízkocyklovou únavou se vyskytlo u odlitků beranů o čisté hmotnosti 25 až 40t (surová hmotnost 50 až 80t). Trhlina byla iniciována drobnými slévárenskými vadami typu dutin a vad struktury. K odstranění vad a zvýšení vnitřní jakosti odlitků beranů bylo použito modelování tuhnutí odlitků pomocí simulačních programů. V prvním kroku byla analyzována původní slévárenská technologie pomocí simulačních programů poslední generace. Na základě této analýzy byla navržena nová technologie spočívající v použití hmotných vnějších chladítek. Použití hmotných kontaktních chladítek umožnilo významně zkrátit dobu tuhnutí odlitku a zmenšit délku dvoufázového pásma v kritické oblasti výskytu vad u povrchu odlitku. Navržená technologie byla dále prověřena výpočtem pnutí v odlitku s ohledem na nebezpečí vzniku trhlin. Na základě výpočtu stavu napjatosti v odlitku musela být některá ve výpočtu použitá kontaktní chladítka změněna pro formování odlitku na nekontaktní. Navržená technologie byla ověřena na 3 odlitcích beranu. Při odlévání beranů byla ve vybraných místech odlitků měřena teplota formovací směsi, teplota na rozhraní chladítko-formovací směs a teplota na povrchu odlitku. Výsledky měření jsou použity k upřesnění fyzikálních dat používaných v simulačních programech. Měření teplotního pole odhalilo také nedostatečnou tepelnou izolaci nálitku. Rychlejší tuhnutí odlitku umožnilo snížit hmotnost nálitku o 25% a surovou hmotnost odlitku o cca 12%. Nová slévárenská technologie spočívající v použití kontaktních a nekontaktních chladítek o velké hmotnosti má být po ověření rozšířena na další výrobu masivních odlitků.

In dynamically stressed castings the small foundry defects and anomalous structures can cause the coherence failure by low cycle fatigue. Failures of castings by low cycle fatigue occurred at casting of rams weighing from 25 up to 40 t (gross weight from 50 up to 80 t). The crack was initiated by small casting defects of the type of cavities and structure defects. For removing the defects and improving the internal quality of ram castings the simulation of casting solidification with the aid of simulation programmes was used. In the first step the original foundry technology was analyzed with the aid of simulation programmes of the latest generation. Based on this analysis a new technology consisting in the use of heavy external chills has been proposed. Use of heavy contact chills has enabled to shorten considerably the time of casting solidification and to decrease the length of the biphasic zone in the critical area of the defect occurrence on the casting surface. The proposed technology has been further checked by calculating the stress in the casting with regard to a danger of the crack formation. Based on the calculation of stress state in the casting some contact chills used in the calculation had to be changed for casting moulding to non-contact ones. The proposed technology has been checked on 3 ram castings. When casting the rams the temperature of moulding mixture, temperature on the chill-moulding mixture interface, and temperature on the casting surface were measured at the chosen casting points. Measurement results are used for specification of physical data used in simulation programmes. Measurement of temperature field has also revealed an insufficient thermal insulation of the riser. Faster casting solidification has enabled to reduce the riser weight by 25 % and the casting gross weight by approx. 12 %. After checking it the new foundry technology consisting in the use of contact and non-contact chills of heavy weight should be extended for further manufacture of heavy castings.

těžké odlitky, ocel, tuhnutí

heavy castings, steel, solidification

ŠENBERGER, J.; ZÁDĚRA, A.; CARBOL, Z.; PLUHÁČEK, J.; BREYER, J.; KRUTIŠ, V.; KOVÁČ, M.

2009

12. 11. 2009

0018-8069

Hutnické listy

LXII

5

Czech Republic

81

86

6