Анализ термоупругих напряжений в поковках с учетом эффекта релаксации

Abstract

Поскольку напряжения являются одним из основных факторов образования флокенов, важно понимать характер напряженного состояния непрерывно охлаждающейся цилиндрической поковки. Для этого был выполнен компьютерный расчет распределения внутренних напряжений, а также учтена возможность релаксации упругой деформации при охлаждении поковки. Расчет был произведен по нескольким вариантам при различных скоростях охлаждения для трех компонент напряжений – осевой, радиальной и тангенциальной. Расчет эффекта релаксации произведен на основании обработки и аппроксимации экспериментальных данных по ползучести стали марки 40ХГМ в температурном интервале охлаждения после противофлокенной термической обработки. Результаты расчета показали, что если при аналитическом расчете без учета релаксации абсолютная величина напряжений уменьшается и стремится к нулю при подходе к комнатной температуре, то расчет с учетом релаксации внутренних напряжений показывает, что после окончания охлаждения в поковке сохраняются остаточные напряжения, причем на поверхности они сжимающие, а в центре поковки растягивающие. Также было показано влияние данных напряжений на раскрытие зародыша флокена. На втором этапе было проанализировано влияние внутренних напряжений на диффузию водорода и образование флокенов. Влияние внешних напряжений на диффузию обычно сводят к уменьшению энергии активации диффузии на дополнительную величину. Расчет показал, что влияние данной величины на коэффициент диффузии пренебрежимо мало. Результаты данной статьи могут быть полезны специалистам, занимающимся проблемами образования флокенов в стали, а также специалистам по компьютерному моделированию технологических процессов в металлургии. Since stress is one of main factors in flake formation, it is important to understand the nature of the stress state of continuously cooling cylindrical forgings. For this purpose computer calculations of internal stress distribution were made as well as the possibility of elastic deformation relaxation during cooling of forging was taken into account. Calculations were carried out for several options at different cooling rates for three stress components – axial, radial and tangential. Calculations of the relaxation effect were made by processing and approximating the experimental data of 40KhGM steel creep in a temperature range of cooling after anti-flake heat treatment. Calculations showed that at analytical calculations without account of relaxation the absolute stress value decreases and tends to zero when approaching room temperature, whereas calculations with account of relaxation of internal stresses showed residual stresses at the end of forging cooling. Moreover, they are compressive on the surface and tensile in the center of the forging. The impact of these stresses on the flake disclosure was shown. The second step was to analyze the influence of internal stresses on hydrogen diffusion and flake formation. The impact of external stresses on diffusion is usually limited to the decrease of the activation energy of diffusion to an additional value. Calculations have shown that this value has no effect on the activation energy. The results of this article can be useful to specialists dealing with problems of flake formation in steel as well as to experts in computer modeling of technological processes in metallurgy.