ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ЗАГОТОВКЕ

При нагреве заготовок в печи под термическую обработку и обработку металлов давлением необходимо максимально быстро нагреть поверхность заготовки при минимальном перепаде температуры по ее сечению, который зависит от начальной температуры поверхности и центра заготовки, начальной температуры печи и скорости ее подъема. Перепад температуры по сечению заготовки способствует возникновению температурных напряжения в ней. В процессе нагрева заготовок температурные напряжения не должны превышать допустимых значений напряжений в упругой области, зависящих от толщины нагреваемого слоя металла и его химического состава. Таким образом, для получения качественной заготовки при максимальной производительности печи необходимо использовать оптимальный режим нагрева, отработку которого во избежание больших материальных затрат можно осуществлять с помощью физического моделирования. При физическом моделировании объект изучения – реальный образец заменяется моделью, нагрев которой осуществляется в  печи-модели. Для проведения физического моделирования необходимо выбрать материал модели, выбрать или изготовить печь-модель, рассчитать линейный масштаб модели и изготовить ее, рассчитать температурный и временной масштабы моделирования, с учетом которых провести нагрев модели в печи-модели с замером температурного поля модели с дальнейшим пересчетом температуры на реальный образец. В работе предложена методика расчета температурного поля в промышленной заготовке из стали ШХ15, нагреваемой под термическую обработку, а именно – смягчающий отжиг в электрическом колодце с использованием физического моделирования, проводимого в лабораторной камерной электрической печи с использованием модели. Обоснован выбор материала для изготовления модели, а также приведены методики расчета линейного, температурного и временного масштабов моделирования. На основании экспериментальных замеров температуры на поверхности и в центре модели при ее нагреве в электрической камерной печи-модели, приведены пересчеты температурного поля по сечению промышленного блюма в различные временные периоды с использованием полученных масштабов.

1. El Fakir O. etс. Numerical study of the solution heat treatment, forming, and in-die quenching (HFQ) process on AA5754 // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2014. Vol. 87. P. 39 – 48.

2. Su B. etc. Numerical simulation of microstructure evolution of heavy steel casting in casting and heat treatment processes // ISIJ international. 2014. Vol. 54. No. 2. P. 408 – 414.

3. Zhou S. etc. Numerical simulation and experimental investigation on densification, shape deformation, and stress distribution of Ti6Al4V compacts during hot isostatic pressing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 88. No. 1 – 4. P. 19 – 31.

4. Zhao Guo, Jianxin Zhou, Dongqiao Zhang etc. Numerical simulation of the through process of aerospace titanium alloy casting filling, solidification, and hot isostatic pressing // 8th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing (ICPNS), 14–17 October 2016, Seattle, Washington.

5. Новосельцев В.Н. Достоинства и недостатки математического моделирования // Фундаментальные исследования. 2004. № 6. С. 121 – 122.

6. Крючков О.Б., Копасов Е.А., Роненко В.О. Оптимизация нагрева теплотехнически массивных заготовок с использованием физического моделирования // Известия ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». Вып. 7. Межвуз. сб. науч. ст. 2013. № 6 (109). С. 135 – 137.

7. Золотухин Н.М. Нагрев и охлаждение металла. – М.: Машиностроение, 1973. – 192 с.

8. Основин В.Н., Шуляков Л.В., Дубяго Д.С. Справочник по строительным материалам и изделиям. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. – 443 с.

9. Гришук Т.В. Строительные материалы и изделия. – Минск: Дизайн ПРО, 2004. – 312 с.

10. Домокеев А.Г. Строительные материалы. – М: Высшая школа, 1988. – 415 с.

11. Юренев В.Н., Лебедев Л.Д. Теплотехнический справочник. – М.: Энергия, 1976. – 896 с.

12. Теплотехника металлургического производства. Т. 1. Теоретические основы: Учебное пособие для вузов / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. М.: МИСИС, 2002. – 608 с.

13. Теплотехника металлургического производства. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учеб. пособие для вузов / В.А. Кривандин, В.В. Белоусов, Г.С. Сборщиков и др. - М.: МИСИС, 2002. – 736 с.

14. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. – 2-е изд., доп и перераб. – М.: Металлургия, 1977. – 464 с.

15. Крючков О.Б., Иванов А.С., Кострюков А.С. Компьютерное моделирование для анализа температурных полей в нагреваемых металлических заготовках // Известия ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». Вып. 9. Межвуз. сб. науч. ст. 2014. № 9 (136). С. 127 – 129.

16. Крючков О.Б., Волчков В.М., Крохалев А.В. Моделирование и теплотехнические расчеты процессов в нагревательных и термических печах. Часть 2. Использование вычислительной техники для расчета времени нагрева металлических изделий: Учеб. по-собие. – 2-е изд., стер. - Волгоград: ВолгГТУ, 2017. – 183 с.

17. Афонин В.В., Федосин С.А. Моделирование систем: Учебно-практич. пособие. – М.: Интуит, 2016. – 231 с.

18. Белов В.В. Компьютерное моделирование и оптимизирование составов композиционных строительных материалов. – М.: АСВ, 2015. – 264 с.

19. Sawaragi Y., Soeda Т., Omatu S. Modeling, estimation and their applications for distributed parameter system. – Berlin – Heidelberg – – NewYork: Springer – Verlag, 1978.

20. Белов Н.Н., Копаница Д.Г., Югов Н.Т. Математическое моделирование динамической прочности конструкционных материалов: Учеб. пособие. – М.: АСВ, 2013. – 562 c.

21. Li Zongyu, Barr P.V., Brimacombe J.K. Computer simulation of the slab reheating furnace // Canadian Metallurgical Quarterly. 1988. Vol. 27. Р. 187 – 196.

22. Голубева Н.В. Математическое моделирование систем и процессов: Учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2013. – 192 с.

23. Wang H., Li G., Lei Y. etc. Mathematical heat transfer model research for the improvement of continuous casting slab temperature // The Iron and Steel Institute of Japan (ISIJ) International. Vol. 45 (2005). No. 9. Р. 1291 –1296.

24. Albertos P., Sala Piqueras A. Iterative Identification and Control: Advances in Theory and Applications. Springer-Verlag New York, Inc. Secaucus, NJ, USA, 2002.

25. Jang J.H. etс. Investigation of the slab heating characteristics in a reheating furnace with the formation and growth of scale on the slab surface // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. Vol. 53. P. 4326 – 4332.

26. Жирков А.М., Подопригора Г.М., Цуцунава М.Р. Математическое моделирование систем и процессов: Учеб. пособие. – СПб.: ЛаньКПТ, 2016. – 192 с.