Az acélok hőtani, fizikai jellemzőinek modellezése

A matematikai modellezés korrekt számításához szükséges az öntésre kerülő acélok hőtani, fizikai tulajdonságainak lehetőleg pontos ismerete. Ezek a tulajdonságok erősen függnek a hőmérséklettől is. A folyamatos öntés általában 1550 °C körüli hőmérsékletű olvadék öntésével indul, a kilépő szál hőmérséklete átlagosan 800-900 °C közötti, így a tulajdonságok hőmérsékletfüggésének ismerete kiemelkedően fontos.

Az acélok magas hőmérsékletű jellemzői adatbázisokban hozzáférhetők, de – ezekre az adatbázisokra és elméleti megfontolásokra épülve – több, megbízhatóan működő szoftver is forgalomban van. Ezek közül az IDS (Interdendritic Solidification) szoftverrel számítható jellemzőket tekintjük át röviden, de megjegyezzük, hogy hasonló adatokat szolgáltat a JMatPro elnevezésű szoftver is.

Az összetétel, hűlési sebesség és egy becsült szekunder dendritág távolság alapján az alábbi hőmérsékleti értékek, fázisarányok és termofizikai jellemzők határozhatók meg az IDS szoftverrel:

  • LIQ     likvidusz
  • fer+     delta ferrit képződés kezdete
  • aus+     ausztenit képződés kezdete (peritektikus átalakulás kezdete, ha olvadék is van)
  • fer-    delta ferrit eltűnése, a peritektikus átalakulás vége, ha olvadék is van
  • MnS    MnS zárványok képződési hőmérséklete
  • zst    t0 szilárdsághoz tartozó hőmérséklet (80 % szilárd)
  • SOL    szolidusz, a kristályosodás vége
  • Ae3     egynesúlyi proeutektoidos ferrit képződése
  • Acm     egyensúlyi proeutektoidos cementit képződése
  • prf+     proeutektoidos ferrite képződése
  • prc+     proeutektoidos cementit képződése
  • cur    Curie hőmérséklet
  • pea+     perlit képződés kezdete
  • pea-    perlit képződés vége
  • bai+     bénit képződés kezdete
  • mar+     martenzit képződés kezdete

  • olvadék
  • delta ferrit)
  • ausztenit
  • proeutektoidos ferrit
  • proeutektoidod cementit
  • perlit
  • bénit
  • martenzit

  • entalpia
  • fajhő
  • hővezető-képesség
  • sűrűség
  • termikus zsugorodás (a likvidusz hőmérsékleten mért értékhez viszonyítva)
  • hőtágulási együttható
  • dinamikus viszkozitás
  • látens hő

Példaként egy St 52-3 minőségű acélra vonatkozóan mutatjuk be néhány tulajdonság hőmérsékletfüggését a 4.1.1. ábrán. A diagramok jól illusztrálják, hogy a termofizikai tulajdonságok erősen és nem egyenletesen függnek a hőmérséklettől.
 
Alapadatok, összetétel:

# Low-alloyed steel : Cr = 0.0370 wt%
#                     Ni = 0.0280 wt%
#                     Mn = 1.4500 wt%
#                     Mo = 0.0030 wt%
#                     Si = 0.2170 wt%
#                     Nb = 0.0040 wt%
#                     Cu = 0.0600 wt%
#                     V  = 0.0050 wt%
#                     Al = 0.0420 wt%
#                     P  = 0.0190 wt%
#                     C  = 0.1690 wt%
#                     S  = 0.0160 wt%
#
# Cooling rate :  1.0 C/s below 1600 C
#                 0.1 C/s below 1000 C (ADC calculations)
#
# Dendrite arm spacing : 150 um
# Aust. grain diameter :3348 um (ADC calculations)
1
 
Példaként egy St 52-3 minőségű acélra vonatkozóan mutatjuk be néhány tulajdonság hőmérsékletfüggését a 4.1.1. ábrán. A diagramok jól illusztrálják, hogy a termofizikai tulajdonságok erősen és nem egyenletesen függnek a hőmérséklettől.
 
 
 
 
 
 

 
4.1.1. ábra  A IDS szoftverrel meghatározott paraméterek és azok hőmérsékletfüggése