к.т.н., доцент кафедры «Техника и технологии производства материалов»
456209, Челябинская обл., Златоуст, ул. Тургенева, 16
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Technique and Technology of Materials Production”
Zlatoust, Chelyabinsk Region
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техника и технологии производства материалов»
456209, Челябинская обл., Златоуст, ул. Тургенева, 16
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Technique and Technology of Materials Production"
Zlatoust, Chelyabinsk Region
магистрант кафедры «Техника и технологии производства материалов»
456209, Челябинская обл., Златоуст, ул. Тургенева, 16
MA Student "Technique and Technology of Materials Production"
Zlatoust, Chelyabinsk Region
аспирант, инженер кафедры «Техника и технологии производства материалов»
456209, Челябинская обл., Златоуст, ул. Тургенева, 16
Postgraduate, Engineer of the Chair “Technique and Technology of Materials Production”
Zlatoust, Chelyabinsk Region
В статье представлен процесс создания компьютерной модели для прогнозирования распределения частиц в процессе ц бежного литья с помощью программного модуля ANSYS FLUENT 16.0. Для прогнозирования распределения частиц по объему в мире на сегодняшний момент существует несколько математических моделей. Большинство из них основаны на допущении об установившемся состоянии: модели, описывающие критерии отбрасывания частиц растущим фронтом кристаллизации и модели, рассчитывающие критические скорости поглощения частиц растущими дендритными кристаллами. Некоторые модели делают попытку описать динамическое состояние системы или определить критерий улавливания неметаллических включений фронтом затвердевания при центробежной разливке металла. Для разрабатываемой модели описан процесс ее создания, схема и геометрия. Препроцессором модели учтены такие явления, как двухфазное течение, уравнение энергии, ламинарное течение, введение дискретных фаз (упрочняющих частиц), плавление/ кристаллизация. Модель учитывает взаимодействие двух жидких фаз: воздуха и стального расплава, межфазное взаимодействие описывается уравнением поверхностного натяжения. В качестве основного металла авторами использована сталь 12Х18Н10Т, в качестве вводимых частиц – карбиды вольфрама, бора и оксид иттрия. При проведении моделирования учтены физико-химические параметры данных веществ. Представлен процесс моделирования распределения частиц при центробежном литье с помощью вычислительного кластера «Скиф-Урал», входящего в ТОП-500 самых мощных компьютеров мира. В результате проведенного моделирования, помимо графического отображения, получены массивы данных, описывающих координаты каждой частицы в каждый момент времени с шагом 0,00001 с, что позволяет прогнозировать точное местонахождение каждой частицы в каждый момент разливки. Результаты работ свидетельствуют о том, что технология центробежного литья с введением дисперсных частиц в процессе разливки позволяет получить дисперсно-упрочненные металлические материалы с прогнозированием распределения тугоплавких частиц.
The article presents the process of creating a computer model for predicting the distribution of particles during centrifugal casting using the ANSYS FLUENT 16.0 software module. To predict the distribution of particles by volume in the world at the moment there are several mathematical models. Most of them are based on the steady state assumption: models describing the criteria for dropping particles by a growing crystallization front and models calculating critical particle absorption rates by growing dendritic crystals. Some models attempt to describe the dynamic state of the system or to determine the criterion for capturing non-metallic inclusions by the solidification front during centrifugal casting of metal. The process of creating the new model, its scheme and geometry are described. Its preprocessor takes into account such phenomena as two-phase flow, energy equation, lamellar flow, introduction of discrete phases (strengthening particles), melting/crystallization. The model considers account of interaction of two liquid phases: air and steel melt; interfacial interaction is described by the equation of surface tension. As the materials used, the authors used steel grade 12Kh18N10T as the base metal, carbides of tungsten, boron and yttrium oxide as input particles. During simulation, the physicochemical parameters of these substances were taken into account. The process of modeling the distribution of particles during centrifugal casting using the Skif-Ural computing cluster, included in the TOP-500 of the world’s most powerful computers, is presented. As a result of the simulation, in addition to graphical display, data arrays were obtained that describe the coordinates of each particle at each moment in time in increments of 0.00001 seconds, which allows us to predict the exact location of each particle at each moment of casting. The results of the work indicate that centrifugal casting technology with the introduction of dispersed particles during the casting process allows obtaining dispersion-strengthened metal materials with predicting the distribution of refractory particles.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.