STUDY OF MATHEMATICAL MODELS CHANGES IN THE STRUCTURE OF STEEL OF ENGINEERING STRUCTURES AFTER THERMAL LOADING
Abstract
In mechanical engineering, there are a number of tasks in which it is necessary to predict the structure of steel after thermal treatment. To predict the properties and structure of steel, it is necessary to study the structural transformations in steel under thermal stress. The development of modern computational methods and technology makes it possible to perform highly accurate calculations of complex processes, including metal forming processes. A relevant aspect is the application of approaches that describe the structural transformations occurring in metal with sufficient accuracy. This is the basis for the use of modern numerical modelling methods and computer programs that allow calculating and predicting the structural and phase composition of the processed steels. The article discusses modern mathematical models for predicting the evolution of steel microstructure during thermomechanical loading, analyses mathematical models for engineering structures, and presents the results of numerical modelling of the evolution of micr ostructure of 09G2S steel as the most common steel for freight car load-bearing systems. The JMAK method is based on the calculation of the proportion of recrystallised grains and the average grain size through material characteristics, strain, strain rate, temperature and time. This method provides information on the processes of recrystallisation and grain growth during thermomechanical processing of the workpiece. The paper shows the possibility of using JMatPr o software to model the evolution of microstructure. It is based on the Johnson-Mel-Avrami-Kolmogorov model during hot plastic deformation. The average size of recrystallised grains and their volume fraction in the process of dynamic recrystallisation are calculated. The results of the thermokinetic calculation of the phase composition of steel in the equilibrium state are presented, and thermokinetic and isothermal diagrams are constructed. The obtained results can be used to design technological processes for the production of products for various purposes based on different types of thermal deformation effects.
References
2. Волчук В. М., Штанденко М. P. Математична модель прогнозу якості металу, Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2018 , № 2. 31-35 c.
3. Ахонін P.В. , Березос В.О., Бондар О. І., Глухенький О. І., Гориславець Ю.М. Северин А. Ю. Математичне моделювання гідродинамічних та теплових процесів при кристалізації титанових зливків ЕПП, Сучасна електрометалургія, 2021. № 1. P. 27-34 c.
4. Волчук В. М. Сізова О. Р. До прогнозу механічних властивостей металу, Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2018. № 4. 25-29 c.
5. Лабораторний практикум з технології конструкційних матеріалів і матеріалознавства: Навч. Посібник / А.P. Опальчук, О.О. Котречко, Л.Л. Роговський, за заг. ред. А.P. Опальчука. Київ, Вища освіта, 2016. 287 p.
6. Основи матеріалознавства і конструкційні матеріали : посібник /А. П. Пахолюк, О. А. Пахолюк. Львів : Світ, 2015. 172 p.
7. Фомін О.В., Бурлуцький О.В., Особливості методики визначення втомної довговічності напіввагона з урахуванням експлуатаційних ушкоджень, Східно-Європейський журнал передових технологій, 2013, Вип. 2/7. 12-16 p.
8. Фомін О.В., Логвіненко О.А., Бурлуцький О.В., Шелест Д.А., Фоміна А.М., Математичне моделювання процесу термічної правки балки хребтової вантажних вагонів-платформ , Вісник Східноукраїнського національного, 2019. № 3(251). 186-190 p.
9. Чухліб В. Л., Губський P. О., Окунь А. О., Формалізовані підходи до визначення числа технологічних переходів при виробництві гнутих профілів , Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2020. № 2. 169-173 p.
10. Губський C.О., Чухліб В.Л., Біба М.В. Моделювання формоутворення гнутого профілю зі змінним перерізом : зб. наук. пр. , Харків : НТУ "ХПІ", 2022 №1, 80-84 p.
11. Матеріалознавство : підручник за заг. ред. проф. P. P. Дяченко, Харків : ХНАДУ, 2017. 440 p.
12. Металознавство підручник Черненко В. P., за заг. ред. Бялік О. М., ІВЦ Видавництво “Політехніка”, 2015. 384 p.
13. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: Підручник. за заг. ред. Попович В.В., Львів: Світ, 2016.624 p..
14. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів: навчальний посібник, Хільчевський В. В., Кондратюк P. Є., Либідь, 2015. P. 328 p.
15. Avrami M. Kinetics of phase change. II: transformation–time relations for random distribution of nuclei , Journal of Chemical Physics. 1940. Vol. 8. 212 р.
16. Металознавство і термічна обробка зварних з’єднань. підруч. для студ. вищих навч. /Єфіменко М.Г., Радзіілова Н.О., Харків. 2003. 488 p.
17. Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J-Ph. Using JMatPro to Model Materials Properties and Behavior. JOM, 55. 2003. № 12. 60-65 р.
18. Tongwen H., Chengshang Z. A Surface Diffusion Controlled Johnson-Mehl-Avrami-Kolomogorov Model for Hydrogenation of Mg-based Alloys. July 2023 The Journal of Physical Chemistry 127-28 р.
19. Johnson W.A., Mehl R.T. Reaction kinetics in processes of nucleation and growth , Trans AIME 1939.Vol. 185. 416–442 р.
20. Gorobchenko O., Fomin O., Gritsuk I., Saravas V., Grytsuk Y., Bulgakov M., Volodarets M. and Zinchenko D. Intelligent Locomotive Decision Support System Structure Development and Operation Quality Assessment. IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). Kharkiv, Ukraine. 2018. 239-243 р. doi:10.1109/IEPS.2018.8559487
21. Kolmogorov A.N. On the Statistical Theory of Crystallization of Metals, Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. 1937. Vol. 3. 355–359 р.
22. Целиков А.І., Полухін П.І., Гребеник В.М., Ф.К. Іванченко, М.А. Тилкін, В.І. Зюзін. Машини та агрегати для виробництва та оздоблення прокату, М.: Металургія, 1987. 480 p.
