{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 43

M a r t i n L i e p e l Ch r i s t i a n K r u t zg e r

Předpověď mikrostruktury a růstu dendritů V rámci neustále výkonnější výpočetní a měřicí techniky existuje možnost vykonávat simulace v  propojené oblasti mikro- a makrostruktury. Podporou jsou

přitom stále přibývající poznatky o procesech tuhnutí a vznikající stavbě struktury litých slitin. Na příkladě lopatky turbíny zkoumala skupina výzkumníků univerzity Tsinghua v Pekingu experimentálně a simulací vývoj struktury monokrystalických superslitin. Jak líčí autoři X. Qingyan, Z. Hang a L. Baicheng v  odkazu [18], monokrystal se přitom vytvořil během tuhnutí řízeným proudem tepla, a tím řízeným pohybem fronty tuhnutí, což bylo opět zaručeno vertikálním pohybem licí formy v chladicí oblasti. K  vyhledání správných parametrů se použily simulace metodou „Modified Cellular Automaton“. Zárodky byly inicializovány v  náhodném rozdělení v tavenině a rostly nejdříve trojrozměrně, než se proudem tepla vyvinul stabilní růst ve svislém směru s  přednostním tvořením primárních a sekundárních dendritů. Počáteční srovnání simulované a reálné struktury, která byla vizualizována pomocí metody zpětně odražených elektronů (BSE), ukázalo velmi vysokou shodu, takže po přizpůsobení pohybu formy v  simulaci bylo možné zobrazit i reálnou strukturu monokrystalického materiálu. Simulací tak bylo možné zobrazit velmi specifický proces tuhnutí včetně tvoření krystalitů a orientace zrna a zlepšit vlastnosti odlitku. V rámci výzkumného projektu firmy RWP GmbH, Roetgen, posuzovali K. Weiss aj. [19] kvantitativně účinky mikrostruktury na mechanické vlastnosti slitiny. Přitom se mělo dosáhnout korelace mezi stavbou mikrostruktur slitiny Al-Si ovlivněnou rychlostí chladnutí a zátěží a deformacemi, ke kterým dochází ve struktuře při externím namáhání. Pro tento účel se nejprve určila lokální prodloužení jednotlivých součástí struktury namáháním a výsledky se pak použily pro validaci následných simulací. Se zřetelem k morfologii jednotlivých fází tak již bylo možné vytvořit první simulační modely na předpověď očekávané pevnosti materiálu odpovídající realitě. Mechanické vlastnosti litých konstrukčních dílů by tak příště měla simulace lití předpovídat, díky zobrazení mikrostruktury, tedy fází a součástí struktury významných pro pevnost, mechanické vlastnosti litých konstrukčních dílů s dostatečnou přesností. Závěrem zbývá na základě uvedených příspěvků pouze konstatovat, že pro příště jsou nezbytné další rozsáhlé znalosti o tepelných a fyzikálních vlastnostech a také o jednotlivých součástech struktury. Ty lze generovat zlepšenými metodami měření.

L i t e ra t u ra [1] Giesserei, 2014, 101, č. 5, s. 54–63. [2] Giesserei, 2014, 101, č. 11, s. 26–35. [3] Minimizing Air Entrainment in High Pressure Die Casting Shot Sleeves. Předn. na GIFA Fórum, Düsseldorf, 2015. [4] Giesserei, 2014, 101, č. 6, s. 32–41. [5] Giesserei, 2014, 101, č. 8, s. 38–45. [6] A Die Spray Cooling Model for Thermal Die Cycling Simulations. Předn. na kongresu a výstavě tlakového lití, Indianapolis, IN/USA, 2015. [7] Giesserei, 2014, 101, č. 6, s. 42–51. [8] Giesserei, 2014, 101, č. 10, s. 54–61. [9] Optimierung von Formstoffmischsystemen unter Nutzung von CFDund DEM Simulationssoftware. In: 12. Magdeburger Maschinenbautage 2015: Smart, Effizient, Mobil. Otto-von Guericke-Universität, Magdeburg, s. C3-2. [10] Simulation-Aided Optimization of Gating and Feeding Systems for Aluminium Sand Casting. Předn. na GIFA Fórum, Düsseldorf, 2015. [11] Giesserei, 2015, 102, č. 3, s. 28–29. [12] Methode zur Konstruktion und Optimierung von Strukturgussbauteilen unter Berücksichtingung von fertigungstechnologischen Randbedingungen in der frühen Phase der Entwicklung. Předn. na uživatelském setkání FLOW-3D, Rottenburg, 2014. [13] Foundry Trade Journal International, 2014, č. 3711, s. 26–29. [14] Foundry Trade Journal International, 2014, č. 3714, s. 128–129. [15] Giesserei, 2015, 102, č. 3, s. 40–47. [16] Entwicklung einer prozesssicheren Technologie zur Fertigung von Verbundguss-Walzringen im Schleudergiessverfahren mithilfe der numerischen Simulation. In: 12. Magdeburger Maschinenbautage 2015: Smart, Effizient, Mobil. Otto-von Guericke-Universität, Magdeburg, s. C3-3. [17] Simulation in support of the development of innovative processes in the casting industry. Předn. na GIFA Fórum, Düsseldorf, 2015. [18] China Foundry, 2014, 11, č. 4, s. 268–276. [19] Calculation of Micro Matrix for Aluminium Silicon Alloys. Předn. na 55. mezinárodní slévárenské konferenci, Portorož, 2015. (Zkrácený překlad z časopisu Giesserei, 2016, č. 6, s. 62–70.) Recenzent: doc. Ing. Jaromír Roučka, CSc.

S l é vá re ns t v í . L X V . b ř eze n – d u b e n 2017 . 3 – 4

113

PN RA R ZO Č Í X P ŘE E H L E D Y

Inovační příspěvek od S. Heugenhausera aj. [15] z Rakouského slévárenského institutu popisuje výrobu pásových sdružených odlitků gravitačním litím jako náhrady nákladných procesů plátování válců. Pro tento účel bylo nejdříve zkonstruováno zkušební zařízení, kde se hliníková tavenina nalévá na podkladovou desku s řízeným pohybem. Aby bylo možné do tohoto procesu virtuálně proniknout, použily se simulace v  programu FLOW-3D a ty se kalibrovaly na základě hodnot získaných reálnými zkouškami. Výsledky ukázaly velmi dobrou shodu s  reálnými zkouškami licího zařízení; simulacemi se ještě nepodařilo zobrazit pouze natavení vrstvy podkladu. Podobný přístup k simulaci sdruženého lití probíhá na Univerzitě Otto von Guericke, Magdeburg, přitom jde o optimalizaci procesu odstředivého sdruženého lití, jak důkladně popisují M. Liepe, M. Schrumpf a R. Bähr [16]. Tímto velmi dynamickým procesem odlévání se mají vyrobit litinové válce z různých materiálů. Vnější strana válce obrácená k obrobku bude napříště z otěruvzdorné oceli, zatímco vnitřní část bude tvořit litina s kuličkovým grafitem kvůli silám a momentům, které se musí přenášet. Velké nebezpečí vzniku vad skrývá oblast mezivrstvy obou materiálů, a to by mělo být předpověděno metodami simulace  závislostí relevantních parametrů. Software FLOW-3D se hodí rovněž pro konzistentní simulaci výroby solných jader vstřelováním a také pro následné použití při tlakovém lití. Zatímco se v  předcházejících příspěvcích už pojednávalo o simulaci vstřelování jader, popisují M. Todte, A. Fent a H. Lang v odkazu [17] možnost zalévání solných jader. Numerický model „Fluid-Structur-Interaction“ (interakce kapalina–struktura) umožňuje získat simulací informace o pravděpodobné životnosti jader v závislosti na jejich pevnosti a také kinetiku nárazové fronty taveniny. Při reálném tlakovém lití se jádro může vysokým namáháním taveninou zlomit, takže z odlitku je zmetek. Předpověď odolnosti solného jádra simulací tak umožňuje vysokou bezpečnost procesu a připouští cíleně přizpůsobit parametry procesu tlakového lití, resp. předcházejícímu vstřelování jádra.

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 3-4 2017  

Slevarenstvi 3-4 2017  

Profile for inasport