ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ GLEEBLE 3800

PHYSICAL MODELING OF METALLURGICAL PROCESSES WITH THE GLEEBLE 3800 SYSTEM

Alexey Shestopalov

2-year student of the master's degree, department of physical metallurgy Lipetsk State Technical University,

Russia, Lipetsk

Leonid Medvedko

2-year student of the master's degree, department of physical metallurgy Lipetsk State Technical University,

 Russia, Lipetsk

АННОТАЦИЯ

В работе представлено описание физического моделирования металлургических процессов с помощью системы GLEEBLE 3800.

ABSTRACT

In the work describes the physical modeling of metallurgical processes using the GLEEBLE 3800 system.

Ключевые слова: физическое моделирование; металлургические процессы.

Keywords: physical modeling; metallurgical processes.

Динамичное развитие вычислительной техники, позволяет проводить анализ различных процессов деформации, а также с помощью компьютерных программ для моделирования процессов пластической обработки, описывать свойства пластического деформирования материала.

Совместимость расчетов с результатами экспериментов, а также время расчета зависят в основном от правильного описания механических свойств деформированного материала [1]. Исследования по определению пластичности материала направлены как на разработку правильных экспериментальных методик, так и на развитие математических функций, связывающих пластичность материала, выражаемого пределом текучести и критической деформацией с параметрами деформации, а также параметрами структуры.

Важным инструментом для анализа результатов моделирования процесса пластической обработки, являются также базы данных, непосредственно связанные с программами подсчета или системами, запрашивающими информацию о деформируемых материалах [2]. В рамках отдельных групп свойств и материальных констант, набор данных, обеспечивает возможность проведения комплексных расчетов процессов пластической обработки.

Получение правильного описания пластичности материала, особенно функций пластического напряжения, связано с математической формой функции, а также с методом экспериментального определения пластического напряжения. Наиболее часто используемые методы оценки пластичности представляют собой испытания на растяжение, сжатие, скручивание, штамповку и моделирование осадки и прокатки. Применяемые методы пластометрических испытаний должны воспроизводить или в достаточной степени приближать условия испытаний к условиям реальных процессов пластической деформации.

Физическое моделирование используется в фундаментальных и прикладных исследованиях, позволяющих корректировать результаты лабораторных испытаний в соответствии с требованиями промышленных объектов путем сопоставления оптимальных результатов в реальных условиях. Также необходимо проверять результаты, полученные на основе математического моделирования. Из-за сложной структуры и хода физических явлений на реальном объекте, моделирование позволяет приближенно воспроизводить наиболее важные параметры процесса и явления, происходящего в нем. Основная цель моделирования - упростить фактическое состояние, позволяющее анализировать процесс.

Основные допущения моделирования:

• применение масштабирования (уменьшения или увеличения) тестового объекта до любого размера;

• анализ процессов, которые трудно отследить из-за динамики их хода;

• определение влияния выбранного фактора на общий процесс, при отмене других.

Правильность физического моделирования, и способность связывать результаты с реальным процессом пластического формирования тесно зависят от сохранения условий между физической моделью и реальным процессом. Это сходство должно включать в себя: описание свойств материала, геометрии, граничных условий (трения) и также: теплового, кинематического и динамического условий. Одновременное выполнение всех условий практически невозможно. Одним из наиболее важных, является условие материального сходства в пластической области, которое отражает поведение реального металлического материала. В зависимости от цели физического модельного эксперимента, в котором чаще всего изучаются свойства и поведение самого материала, формы и размеры образцов могут быть разными. Используемые типовые материалы можно разделить на две группы: металлические и неметаллические.

Функции напряжения, вызывающие пластическую деформацию, согласно Гроссману можно разделить на несколько групп с различными типами параметров, описывающих условия и ход деформации, а также начальное состояние материала. Первая группа включает функции, описывающие зависимость напряжения от деформации и в некоторых вариациях напряжение и деформацию начального состояния. Вторая группа - это функции, описывающие зависимость напряжения от деформации, скорости деформации и температуры.

Третья группа - это функция, которая учитывает внутреннее состояние материала. В четвертой группе параметры, влияющие на предел текучести, помимо деформации, скорости деформации и температуры, представляют собой время, связанное с процессом деформации, а также промежутки между деформациями. Пятая группа состоит из функций, которые учитывают изменение деформационного состояния и стадий пластических деформаций.

Функции второй группы наиболее широко используются в программах компьютерного моделирования. Проблема математического описания пластического напряжения зависит от разнообразного характера его изменения в зависимости от материала и условий деформации.

Моделирование процессов с помощью GLEEBLE 3800 может быть успешно использовано для различных материалов и процессов с документированным успехом и значительной экономией.

Рисунок 1. Система Gleeble 3800

Хотя физическое моделирование требует физического тестирования, ключевым отличием является то, что физическое моделирование с использованием GLEEBLE 3800 для сопоставления реальных процессов в лабораторном масштабе проводится таким образом, что генерируются данные, которые могут быть использованы для решения реальных проблем, например, прокатного стана. Часто физическое моделирование должно выполняться в несколько этапов, затем эти данные могут быть объединены для точного прогнозирования модели, которая может использоваться для задания рабочих параметров при выполнении тестов. Все системы, представленные DSI, которые сочетают термическое и динамическое механическое тестирование, оснащены самыми передовыми компьютерными системами управления, которые позволяют собирать и контролировать данные.

Сегодня продукция DSI используется в широком спектре технологических испытаний: физическое моделирование плавления и затвердевания стали и сплавов, испытания на свариваемость, физическое моделирование горячекатаного проката, испытание высокотемпературных сплавов. Повышение уровня качества и производительности металлических свойств в любой стране не теряет своей значимости и иногда становится приоритетом, например, в случае запуска новой технологии производства в отрасли.

Создание лаборатории поможет реализовать все возможные способы обработки материалов и их термомеханической обработки, в том числе позволяет моделировать физические процессы, такие как непрерывное литье, прокатка, волочение, ковка и сварка. Система также позволяет проводить пластические испытания материалов, структурные испытания механизмов пластической деформации и определять характеристики материала.

Список литературы:

1. Kusiak J.: Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do interpretacji krzywych umocnienia metali. Mat. Konf. Plastyczność Materiałów. Plast’96, Ustroń. 1996, s. 153-167.
2. Hadasik E., Boruta J., Płoch A., Schindler I.: Plastometric tests as an element of a data base for materials. Mat. Konf. Formability’94, Ostrawa, Czech Republik. 1994, s. 205-212.