Podsumowanie i wnioski

W niniejszej pracy przedstawiono metodykę analizy procesów kucia swobodnego, której celem było określenie rozkładu stopnia przekucia w objętości odkuwki oraz wyznaczenie obszarów szczególnie narażonych na powstawanie pęknięć. Zaprojektowano narzędzia do określania odkształcalności granicznej materiału oraz kucia swobodnego w warunkach laboratoryjnych. Zaproponowano także wytyczne do testu określającego odkształcalność materiałów pod kątem ich stosowalności na odkuwki ciężkie kute swobodnie.

a) R yzy ko wy stąp ien ia pę kn ięcia wy so k ie b) c) d) n is k ie

Rys. 9.1. Rodzaje pęknięć podczas kucia swobodnego, osiągnięte w trakcie badań laboratoryjnych: a) pękanie powierzchni bocznych, b) pęknięcie inicjowane zakuciem,

c) pęknięcie przy krawędzi bocznej, d) krzyż kucia.

Badania laboratoryjne zakładały swobodne przekucie typowych materiałów na odkuwki wielkogabarytowe kute swobodnie. Uwzględniono główne operacje kucia swobodnego oraz ich wzajemną konfigurację. Celem badań było wykonanie sekwencji kucia zakładającej

określony stopień przekucia i wywołanie kontrolowanych pęknięć w określonych obszarach odkuwek (rys. 9.1). W badaniach skupiono się na pęknięciach występujących na ściankach bocznych odkuwki (rys. 9.1a) oraz tych, inicjowanych przez zakucia (rys. 9.1b).

Odkuwki modelowe oraz zaprojektowana sekwencja ich kształtowania w warunkach laboratoryjnych posłużyły określeniu stopnia przekucia w oparciu o zmianę intensywności odkształcenia. Wstępnym rozważaniom poddano dwa modele obliczania tego parametru. Dokonano wyboru rozwiązania odpowiadającego przyjętym założeniom i zaproponowano jego modyfikację.

Wykonane badania w połączeniu z weryfikacją wyników podczas analizy przemysłowego procesu kucia odkuwki wielkogabarytowej pozwoliły na wyciągnięcie następujących wniosków:

1. Zaproponowana w pracy metodyka określania odkształcalności materiałów wykazuje dużą zgodność wyników przy analizie procesów kucia. Wykazano, że modyfikacja kształtu próbki oraz narzędzi ma duży wpływ na wielkość i rozmieszczenie obszarów koncentracji niekorzystnego stanu naprężeń. Metodyka zakładała analizę odkształcenia w trakcie testu przy pomocy systemu DIC, rejestrację parametrów procesu (m.in. siła nacisku, temperatura) oraz symulację numeryczną. Wynikiem badania jest określenie wartości odkształcenia, przy którym następuje pęknięcie materiału podczas kucia w określonych warunkach.

2. Stopień przekucia obliczany jako liniowa zależność intensywności odkształcenia wykazuje większą zgodność wyników z geometryczną postacią tego parametru, niż jego postać wykładnicza. Jest to zauważalne w szczególności podczas kucia wielooperacyjnego, gdzie sumaryczne odkształcenie względne osiąga znaczne wartości. Stopień przekucia (i jego rozkład w objętości odkuwki) obliczany w oparciu o intensywność odkształcenia może zostać wykorzystany do szczegółowej analizy wielooperacyjnego procesu kucia, na podstawie której możliwy jest dobór optymalnych parametrów technologicznych, takich jak posuw czy gniot oraz wyznaczenie miejsc cięcia końców odkuwki po procesie. Można zatem wywnioskować, że przedstawiona metodyka badań ma charakter aplikacyjny.

3. Współczynnik proporcjonalności stosowany w modelu Sińczaka do obliczania stopnia przekucia w oparciu o intensywność odkształcenia jest zależny od wartości geometrycznego stopnia przekucia. Analizując technologię kucia swobodnego według

opracowanej metodyki, niezbędna jest znajomość wartości oraz sposobu wyznaczania geometrycznego stopnia przekucia. Można zatem wywnioskować, że sposoby obliczania tego parametru (geometryczny i bazujący na intensywności odkształcenia) nie są konkurencyjne, lecz wzajemnie się uzupełniają.

4. Wykazano, że stopień przekucia obliczany w oparciu o intensywność odkształcenia może posłużyć wyznaczaniu obszarów o podwyższonym ryzyku pęknięć. Wynika to z możliwości analizy niejednorodności pól odkształceń oraz wyznaczania obszarów koncentracji intensywności odkształcenia przy powierzchni kutego wyrobu. Konsekwencją tej analizy jest identyfikacja miejsc powstawania zakuć, co daje szansę korekty parametrów procesowych (m.in. posuwu i gniotu) przed powstaniem pęknięcia. Tym samym udowodniono tezę postawioną w niniejszej pracy.

5. Wyniki badań ukazują tendencję zmiany stopnia przekucia w zależności od wzajemnej konfiguracji głównych operacji kucia swobodnego. Pomijanie operacji dziurowania przy obliczaniu całkowitego stopnia przekucia nie jest słuszne, gdyż zabieg ten znacznie wpływa na przerób struktury, głównie w okolicach wykonywanego otworu. Zauważono także znacznie większy wpływ operacji wydłużania na zagęszczanie materiału w porównanie do operacji spęczania. Analiza wykonana w ramach badań wstępnych wykazała, że mimo większego stopnia przekucia przy spęczaniu (2,50 przy spęczaniu; 1,65 przy wydłużaniu), to w przypadku operacji wydłużania obserwuje się korzystniejsze i bardziej równomierne zagęszczenie materiału w objętości odkuwki.

6. Metoda skanowania 3D dostarcza wystarczająco precyzyjne informacje do porównywania geometrii odkuwek z ich numerycznymi odpowiednikami uzyskanymi z symulacji numerycznej wielooperacyjnego procesu kucia swobodnego. Odchyłki wymiarowe do 5% wymiaru poprzecznego odkuwki uznano jako marginalne, ponieważ nie wpływały one na zaburzenia dalszych wyników badań.

7. Celem uniknięcia pęknięć podczas kucia odkuwek wielkogabarytowych ze stali 34CrNiMo6 i C21 zaleca się stosowanie gniotów z zakresu 0,15-0,30 oraz przestrzeganie przedziału temperatury kucia na gorąco wynoszącej 880°C-1250°C.

Spis literatury

[1] P. Skubisz, J. Sińczak, A. Łukaszek-Sołek, S. Bednarek: Kucie swobodne i półswobodne, ARBOR FP, Kraków, 2011

[2] J. Majta: Odkształcanie i własności, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 2008

[3] Z. Pater, G. Samołyk: Podstawy teorii i analizy obróbki plastycznej metali, Politechnika Lubelska, Lublin, 2011

[4] M. Morawiecki, L. Sadok, E. Wosiek: Przeróbka plastyczna. Podstawy teoretyczne, Wydawnictwo: "Śląsk", 1986

[5] T. Altan, G. Ngaile, G. Shen: Cold and hot forging fundamentals and applications, ASM International, Ohio, USA, 2005

[6] E. Nisbet: Steel forgings: design, production, selection, testing and application, ASM International, 2005

[7] P. Wasiunyk, J. Jarocki: Kuźnictwo i prasownictwo, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 1977

[8] P. Skubisz, Ł. Lisiecki, J. Sińczak: Studies of the quality and cost effectiveness of a novel concept of open-die forged powerplant main shaft, Metalurgija, 54, 2015, s. 339-342

[9] M. TUNÇ: Computerized cost estimation for forging industry, The Mieddle East Technical University, Ankara, Turcja, 2003

[10] J. Yudego: Forging industry in Europe, International Forging Congress, Berlin, Niemcy, 2014

[11] J. Tanaka, I. Sato: Development of high purity large forgings for nuclear power plants, Journal of Nuclear Materials, 417, 2011, s. 854-859

[12] www.celsaho.com (03.2017) [13] www.comforsa.com (04.2017) [14] www.vestas.com (04.2017) [15] www.liftra.com (04.2017)

[16] Z. Krzekotowski, Technologia kucia swobodnego i półswobodnego, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1973

[17] J. Sińczak, Procesy przeróbki plastycznej, AKAPIT, Kraków, 2001

[18] A. Kermanpur, M. Eskandari, H. Purmohamad, M. . Soltani, R. Shateri: Influence of mould design on the solidification of heavy forging ingots of low alloy steels by numerical simulation, Materials and Design, 31, 2010, s. 1096-1104

[19] W. Callister: Fundamentals of materials science and engineering, John Wiley & Sons, Inc., USA, 2001

[20] www.massivumformung.de (05.2017)

[21] S. Kalpakjian, S. R. Schmid: Manufacturing engineering and technology (7th edition), Person Singapore, 2013

[22] Z. Pater, G. Samołyk: Podstawy technologii obróbki plastycznej metali, Politechnika Lubelska, Lublin, 2013

[23] www.forging.org (05.2017)

[24] G. Honeyman: Current development in the UK forging industry, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 68–78

[25] M. Kamnikar: Recent changes that have occured in the North American open die forging industry, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 79-88

[26] www.bharatforge.com (05.2017) [27] www.euskalforging.com (05.2017)

[28] M. Hawryluk, J. Ziemba: Możliwości wykorzystania technik skanowania w aplikacjach kuźniczych, Obróbka Plastyczna Metali, XXVII, 1, s. 39–58, 2017

[29] D. Y. Song: Development and manufacturing of monoblock low pressure rotor shaft forged from 650 ton ingot, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 496-502

[30] www.iea.org (08.2018)

[31] M. Okręt: Analiza procesu kucia odkuwki tulei na wał siłowni wiatrowej, praca podyplomowa, niepublikowana, AGH, 2017

[32] J. M. Pinar Pérez, F. P. García Márquez, A. Tobias, M. Papaelias: Wind turbine reliability analysis, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 23, 2013 s. 463-472 [33] J. Sińczak, P. Skubisz, Ł. Lisiecki: Technologia kucia wału z otworem dla siłowni

wiatrowej z wsadu dziurowanego, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 4, 2013, s. 254-261 [34] Ł. Lisiecki, P. Skubisz, J. Sińczak: Strain distribution analysis in upset-forged flanged

turbine shaft, Computer Methods in Material Science, 13, 2013, s. 92-98

[35] J. Sińczak, A. Łukaszek-Sołek, S. Bednarek: Spęczanie segmentowe kołnierzy dużych wałów, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 10, 2005, s. 500-504

[36] B. Joo, H. Chang, J. Lee, N. Kim, C. Lee, S. Heo, S. Yoon: Design and manufacturing technology of large class main shaft for wind turbine, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 1166-1175

[37] S. L. Semiatin: ASM Handbook. Vol. 14: Forming and Forging, ASM International, 1996

[38] Ł. Lisiecki: Analiza procesu kucia odkuwki wału siłowni wiatrowej dużej mocy z otworem centralnym, praca dyplomowa magisterska, AGH, Kraków, 2012

[39] N. Blaes, A. Diwo, B. Donth, H. S. Atmadja, M. Baues: Ni-based forging from large remelted ingots, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 335-344

[40] R. Tanaka, K. Takasawa, T. Kure, T. Takahashi, A. Matsuo, H. Endo, S. Nishimoto, R. Yamamoto: Production and evalution of 10-ton class A-USC turbine rotor of Ni-base superalloy LTES700R, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 183-191

[41] R. Schwant, S. Thamboo, L. Yang, M. Morra: Extending the size of alloy 718 rotating components, Superalloys 718, 625, 706 and Derivatives, 2005, s. 15-24

[42] N. Blaes, B. Donth, A. Diwo, D. Bokelmann: Rotor forgings for supercritical and ultra- supercritical fossil power plants, 18th International Forgemasters Meeting, Pittsburgh, PA, USA, 2011, s. 238-24

[43] A. Divo, M. Shigekazu, Y. Yomei, D. Bernhard, J. Terhaar: Manufacture of a large steam turbine rotor forging in an Ni-base alloy for use in advanced USC power plants, 19th International Forgemasters Meeting, Tokio, Japonia, 2014, s. 360-364

[44] S. J. Rosenberg: Nickel and its alloys, National Bureau of Standards Monograph, 106, Washington, D.C., USA, 1968

[45] J. Sińczak: Zaawansowane technologie kucia materiałów wysokotopliwych, ARBOR FP, Kraków, 2013

[46] M. J. Donachie, S. J. Donachie: Superalloys, a technical guide, ASM International, 2002

[47] www.e-obrobkametalu.pl (11.2017) [48] www.lme.com (11.2018)

[49] Open die forge. Materiały informacyjne firmy Bohler, 2013.

[50] M. Royer: Determining capabilities to manufacture Inconel 718 die forgings, Heat Treating Progress, 05/06, 2009, s. 29-31

[51] T. Ceccon: The most common failures of hot forging process of stainless steel and Ni-alloys, 18th International Forgemasters Meeting, Pittsburgh, PA, USA, 2011, s. 426-434

[52] A. Łukaszek-Sołek, P. Chyła, J. Krawczyk, T. Tokarski, Ł. Lisiecki: Zachowanie się wewnętrznych nieciągłości podczas kucia matrycowego odkuwki ze stopu Ni−Fe−Mo, Rudy i Metale Nieżelazne, 11, 2013, s. 775-779

[53] J. De Jaeger, D. Solas, T. Baudin, O. Fandeur, J. H. Schmitt, C. Rey: Inconel 718 single and multipass modelling of hot forging, In Superalloys, 12th international symposium on superalloys, 2012, s. 663-672

[54] W. Zheng, Z. Song, T. Lei, Q. Yong, Q. Xie: Static recrystallization behavior of Inconel 718 alloy during thermal deformation, J. Wuhan University of Technology - Mater. Sci. Ed., 29,. 2, 2014, s. 379-383

[55] T. Yamauchi, H. Kudo, Y. Kishi, S. Ueda, H. Yoshida, K. Kimura, K. Kajikawa, S. Suzuki: Development and production of monoblock low-pressure turbine rotor shaft made from a 670 ton ingot, 19th International Forgemasters Meeting, Tokio, Japonia, 2014, s. 311-316

[56] J. Kowalski, J. Pstruś, S. Pawlak, M. Kostrzewa, R. Marynowski, W. Wołoczyński: Influence of the reforging degree on the annihilation of the segregation defects in the massive forging ingots, Archives of Metallurgy and Materials, 56, 4, 2011, s. 1029-1043

[57] B. Zdonek, I. Szypuła, J. Gazdowicz, P. Skupień, S. Binek, P. Dudkiewicz, M. Karbowniczek, A. Pytel: Innowacyjne rozwiązania w technologii podukcji odkuwek o dużej masie ze stali ultra czystych dla przemysłu energetycznego i naftowego do ekspoloatacji w ekstremalnych warunkach, Prace IMŻ, 2, 2015, s. 29-37

[58] A. Paderni, P. Bettoni, H. Scholz, U. Biebricher, H. Franz: Comparison between traditional and electro slag remelted steel ingots used in power generation, 19th International Forgemasters Meeting, Tokio, Japonia, 2014, s. 95-100

[59] E. Pickering, S. Al-Bermani, J. Talamantes-Silva: Understanding macrosegregation in ingots, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 22-35

[60] M. Głowacka: Metaloznawstwo, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 1996

[61] I. Jimbo, A. W. Cramb: The density of liquid iron-carbon alloys, Metallurgical Transactions B, 24, 1, 1993, s. 5-10

[62] L. Jingguo, D. Tianzeng, S. Lei: Quality control in manufacturing process of large forgings, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 590-596 [63] P. Skubisz, J. Sińczak, S. Bednarek, A. Łukaszek-Sołek: Effect of deformation degree

on properties of forgings after thermomechanical treatment, Metallurgy and Foundry Engineering, 32, 2, 2006, s. 107-115

[64] W. Kula: Wykonywanie części maszyn w procesach odlewania i obróbki plastycznej, Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom, 2005

[65] P. Christiansen, P. A. F. Martins, N. Bay, J. H. Hattel: Multi-objective optimization of die geometry in ingot forging, Procedia Engineering, 81, 2014, s. 2457-2462

[66] J. Sińczak, J. Majta, M. Głowacki, M. Pietrzyk: Prediction of mechanical properties of heavy forgings, Journal of Materials Processing Technology, 8081, 1998, s. 166–173 [67] A. Sato, T. Arikawa, A. Kishimoto, M. Nomura: Application of optimum forging pass

schedule for the void consolidation, 20th International Forgemasters Meeting, Graz, Austria, 2017, s. 437-446

[68] R. Hohage, R. Rollet: Ueber den Einflus des Streckungs und Stauchungsgrades auf die Leistungsfahigkeit von Schnellstahlfrasern, Stahl und Eisen, 36, 1928, s. 1243-1247 [69] I. A. Oding: Osnowy procznosti mietałłow parowych kotlow, turbin

i turbogienieratorow, Moskwa-Leningrad, 1949

[70] J. M. Ochrimienko: Koefficient ukowki pri pooczojednoj dieformacji w razlicznych naprawleniach, Kuzn. sztamp.-proizw., 2, 1959, s. 5-8

[71] E. Maurer, H. Gummert: Beitrag zur kenntnis der mechanischen eigenschaften grosster schmiedestucke, Stahl und Eisen, 50, 51, 1935

[72] E. A. Loria: On the heterogeneities of steel forgings and the resultant mechanical properties, Blast Furnace and Steel Plant, 1956, s. 315-321

[73] J. Novak: Rotor forgings for turgo-generators, Bulletin des Schweizer Elektrotechnischen Vereinen, 40, 1949, s. 943

[74] E. Maurer, H. Korschan: Einfluss des verschmiedungsgrades und des vergutungsquerschnittes auf die festigkeitseigenschaften von baustahlen, Stahl und Eisen, 31, 1935

[75] E. Maurer, H. Korschan: Gefuge und festigeigenschaften grosster schmiedestucke, Stahl und Eisen, 9, 10, 11, 1933

[76] J. Łuksza: Mechanika ośrodków ciągłych, Wydawnictwo AGH, Kraków, 2015

[77] J. Sińczak, J. Majta, M. Głowacki, W. Łapkowski: Modelowanie rozkładu własności mechanicznych w odkuwkach kutych swobodnie, Rudy i Metale Nieżelazne, 12, 1997, s. 484-489

[78] J. Sińczak, L. Cybula, J. Florys, W. Żurek: Wpływ stopnia przekucia na własności mechaniczne i plastyczne odkuwek, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 6, 1998, s. 200-208 [79] G. Tittel: Betrachtungen uber bestimmung und wahl des verschmiedungsgrades,

Fertigungstecnik u. Betrieb, 2, s. 83-86, 1961

[80] M. Abdel – Rahman: Determination of workability curves using two mechanical tests, Journal of Materials Processing Technology, 51, 1995, s. 50–63

[81] B. P. P. A. Gouveia, J. M. C. Rodrigues, P. A. F. Martins: Ductile fracture in metalworking: experimental and theoretical research, Journal of Materials Processing Technology, 101, 2000, s. 52-63

[82] L. A. Dobrzański: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, Gliwice, 2002

[83] S. Kut: Modelowanie fazy pękania ciągliwego w procesie wykrawania w ujęciu MES, Acta Mechanica et Automatica, 2, 4, 2008, s. 62-66

[84] J. German: Podstawy mechaniki pękania, Politechnika Krakowska, Kraków, 2011 [85] J. W. Wyrzykowski, E. Pleszakow, J. Sieniawski: Odkształcanie i pękanie metali,

Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2001

[86] H. Wiśniewska-Weinert, V. Leshchynsky, M. Ignatev, J. Borowski, T. Wiśniewski: Innovative technology for fabrication of antiwear layers for forging tools, Tribologia, 5, 2011, s. 239-248

[87] P. Christiansen, J. H. Hattel, N. O. Bay, P. A. F. Martins: Modelling of damage during hot forging of ingots, STEELSIM 2013, Ostrawa, Czechy, 2013

[88] H. A. Kuhn, C. L. Downey: Deformation characteristics and plasticity theory of sintered powder materials, Iternationa Journal of Powder Metallurgy, 7, 1, 1971, s. 15-25

[89] R. Green: A plasticity theory for porous solids, Iternationa Journal of Powder Metallurgy, 14, 4, 1972, s. 215-224

[90] V. Tvergaard, A. Needleman: Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar, Acta Metallurgica, 32, 1984, s. 157-169

[91] L. Kachanov: Time of the rupture process under creep conditions, Izvestiia Akademii Nauk SSSR, Otdelenie Teckhnicheskikh Nauk, 8, 1958, s. 26-31

[92] J. Lemaitre: A continuous damage mechanics model for ductile fracture, Journal of Engineering Materials and Technology, ASME, 107, 1, 1985, s. 83-89

[93] L. Xue, T. Wierzbicki: Ductile fracture initiation and propagation modeling using damage plasticity theory, Engineering Fracture Mechanics, 75, 11, 2006, s. 3276-3293 [94] S. V. S. Narayana Murty, B. Nageswara Raob, B.P. Kashyap: Improved ductile fracture

criterion for cold forming of spheroidised steel, Journal of Materials Processing Technology, 147, 2004, s. 94-101

[95] A.G. Atkins: Fracture in forming, Journal of Materials Processing Technology, 56, 1996, s. 609-618

[96] R. Hambli, M. Reszka: Fracture criteria identi cation using an inverse technique method and blanking experiment, Journal of Materials Processing Technology, 44, 2002, s. 1349-1361

[97] A. M. Freudenthal: The inelastic behavior of engineering materials and structures. John Wiley & Sons, Inc., 1950

[98] P. W. Bridgman: Effects of high hydrostatic pressure on the plastic properties of metals, Reviews of Modern Physics, 17, 1945, s. 3-14

[99] M. C. Cockcroft, D. J. Latham: Ductility and workability of metals, Journal of the Institute of Metals, 96, 1968, s. 33-39

[100] M. Oyane: Criteria of ductile fracture strain, Bulletin of JSME, 15, 90, 1972, s. 1507-1513

[101] J. R. Rice, D. M. Tracey: On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 17, 1969, s. 201-217

[102] O. Osakada, K. Mori: Prediction of ductile fracture in cold forging, Ann. CIRP, 27, 1978, s. 135-139

[103] E. Stamper: Incorporating the stress triaxiality factor into FEA simulations, Engineering Advantage, CEA Associates, 2017

[104] V. Vujovic, A. H. Shabaik: A new workability criterion for ductile metals, Journal of Engineering Materials and Technology, ASME, 108, 3, 1986, s. 245-249

[105] G. S. Bjorkman, D. Ammerman, S. Snow, D. K. Morton: Strain-based acceptance criteria for spent fuel storage and transportation containments, U.S. NRC, 2010, s. 1-8

[106] Y. Bao, T. Wierzbicki: On the cut-off value of negative triaxiality for fracture, Engineering Fracture Mechanics, 72, 2005, s. 1049-1069

[107] Ł. Lisiecki, P. Skubisz: Elaboration of ductile fracture criteria based on punching forgeability test, Computer Methods in Material Science, 16, 2, 2016, s. 70-75

[108] Y. Lou, H. Huh: Prediction of ductile fracture for advanced high strength steel with a new criterion: experiments and simulation, Journal of Material Processing Technology, 213, 2013, s. 1284-1302

[109] R. Kiran, K. Khandelwal: A micromechanical model for ductile fracture prediction in ASTM A992 steels, Engineering Fracture Mechanics, 102, 2013, s. 101-117

[110] A. P. Mohan Raj, N. Selvakumar, R. Narayanasamy, C. Kailasanathan: Experimental investigation on workability and strain hardening behaviour of Fe–C–Mn sintered composites with different percentage of carbon and manganese content, Materials and Design, 49, 2013, s. 791-801

[111] Ł. Lisiecki, P. Skubisz, J. Karwan: Prediction and investigation of fracture initiation in warm forging of martensitic stainless steel with aid of FEM simulation, Computer Methods in Material Science, 15, 2015, s. 246-352

[112] K. Suresh, K. P. Rao, Y. V. R. K. Prasad, N. Hort, K. U. Kainer: Study of hot forging behavior of as-cast Mg–3Al–1Zn–2Ca alloy towards optimization of its hot workability, Materials and Design, 57, 2014, s. 697-704

[113] I. Hervas, M. B. Bettaieb, A. Thuault, E. Hug: Graphite nodule morphology as an indicator of the local complex strain state in ductile cast iron, Materials and Design, 52, 2013, s. 524-532

[114] Instrukcja obsługi programu QForm VX, Quantor Form Ltd., 2017 [115] www.gom.com (06.2018)

Spis tabel

nr tytuł str.

1.1 Cena niklu w porównanie z innymi pierwiastkami i złomem stalowym 22

1.2 Charakterystyka głównych wad wlewka kuźniczego 35

2.1 Wartości stopnia przekucia stosowane w praktyce przemysłowej 52

3.1 Zależność stopnia przekucia, odkształcenia inżynierskiego i rzeczywistego 59

3.2 Wybrane formy współczynnika trójosiowości naprężeń 64

5.1 Główne ograniczenia tradycyjnego testu ściskania 78

5.2 Zestawienie wad i zalet rozważanych kształtów próbek 81

5.3 Podsumowanie analizy porównawczej dwóch wariantów testów ściskania 101 6.1 Analiza zmiany parametrów w różnych wariantach operacji spęczania 104 6.2 Porównanie wartości stopnia przekucia w różnych wariantach operacji spęczania 105 6.3 Analiza zmiany parametrów w różnych wariantach operacji spęczania i dziurowania 107 6.4 Porównanie wartości stopnia przekucia w różnych wariantach operacji spęczania i dziurowania 108 6.5 Analiza zmiany parametrów w różnych wariantach operacji wydłużania 110 6.6 Porównanie wartości stopnia przekucia w różnych wariantach operacji wydłużania 111 6.7 ^{Analiza zmiany parametrów w różnych wariantach uwzględniających połączenie operacji} spęczania i wydłużania ¹¹³ 6.8 Porównanie wartości stopnia przekucia w różnych wariantach uwzględniających operacje

spęczania i wydłużania ¹¹⁴

6.9 ^{Zestawienie najważniejszych parametrów w rozpatrywanych wariantach operacji kucia}

swobodnego ¹¹⁶

7.1 Wyniki pomiarów składu chemicznego analizowanych stali 119

7.2 Skład chemiczny stopu Inconel 600 120

7.3 Warunki brzegowe przyjęte symulacji w programie QForm 124

7.4 Porównanie modeli po skanowaniu 3D i symulacji numerycznej 133

7.5 Dopasowanie rzutów prostokątnych modeli geometrycznych na płaszczyznę poziomą 134

7.6 Wybrane parametry wyznaczone w próbie jednoosiowego rozciągania 136

7.7 Porównanie mikrostruktur w wyznaczonych strefach próbki – powiększenie 10x i 50x 141 7.8 Mikrostruktura w wybranych strefach odkuwki ze stali 34CrNiMo6 w powiększeniu 10x 143 7.9 Mikrostruktura w wybranych strefach odkuwki ze stali 34CrNiMo6 w powiększeniu 50x 144 7.10 Porównanie mikrostruktury stali 34CrNiMo6 przed i po obróbce cieplnej 145

8.1 Określenie obszarów szczególnie podatnych na pękanie podczas ściskania z uwzględnieniem

dwóch rozważanych kryteriów ¹⁵⁵

8.2 Lokalne zmiany wartości przekrojów poprzecznych i lokalnych, geometrycznych stopni przekucia

Spis rysunków

nr tytuł str.

1 Przykłady odkuwek wielkogabarytowych w różnych etapach produkcji i eksploatacji 6 2 Przykłady pęknięć powstających w różnych etapach cyklu technologicznego 7

1.1 Schematyczna struktura ogniwa łańcuch 9

1.2 Schematyczne oszacowanie kosztów w zależności od liczby wykonanych elementów 10

1.3 Przykład zróżnicowania kształtów odkuwek wielkogabarytowych 12

1.4 Zużycie energii na świecie w latach 1990-2015 i prognozowane wartości do roku 2040 13 1.5 Podział zużycia energii w zależności od źródła w latach 1990-2015 i prognoza do roku 2040 13

1.6 Zużycie energii elektrycznej na świecie 14

1.7 Schematyczne przedstawienie zmiany temperatury w czasie przemysłowego procesu kucia

odkuwek wielkogabarytowych ¹⁵

1.8 Porównanie dwóch technologii kształtowania wału głównego siłowni wiatrowej 16 1.9 Rozkład intensywności odkształcenia na przekroju w wzdłużnym wału 18 1.10 Porównanie uzysków na różnych etapach produkcji wału dziurowanego i pełnego 19 1.11 Wielkogabarytowe odkuwki do zastosowań wysokotemperaturowych: 20

1.12 Podział stopów stosowanych w przemyśle energetycznym 21

1.13 Produkcja wału turbiny dla elektrowni węglowej ze stopu inconel 617 mod. 23

1.14 Wady elementów ze stopów niklu 24

1.15 Temperaturowy zakres kucia stopów Inconel 26

1.16 Rozdrobnienie ziarna stopu Inconel 718 26

1.17 Zmiana ułamka zrekrystalizowania struktury dla stopu Inconel po odkształceniu względnym

równym 20% ²⁷

1.18 Przykłady aktualnych światowych trendów w produkcji kuźniczych wlewków stalowych 28

1.19 Schemat struktury zakrzepłego wlewka kuźniczego 29

1.20 Rozmieszczenie różnych typów segregacji we wlewku kuźniczym 30

1.21 Schematyczne przedstawienie przekroju wlewka ze stali 31

1.22 Schemat powstawania mikrosegregacji w strukturze wlewka 32

1.23 Mechanizm powstawania segregacji ujemnej 32

1.24 Mechanizm powstawania segregacji typu A: a) kierunki ruchu cieczy 33

1.25 Schemat ruchu cieczy we wlewku podczas krzepnięcia 33

1.26 Schemat przebiegu włókien w odkuwce monolitycznego wału korbowego 34 2.1 Wielostopniowe spęczanie kołnierza wału głównego siłowni wiatrowej 40 2.2 Schemat spęczania (operacja nr 1) i wydłużania (operacja nr 2) elementu prostopadłościennego 43 2.3 Schemat spęczania (operacja nr1) i wydłużania (operacja nr 2) w tym samym kierunku 43 2.4 Schemat wydłużania (operacja nr 1) i spęczania (operacja nr 2) elementu cylindrycznego 43 2.5 Wpływ stopnia przekucia na przewężenie próbek wzdłużnych i poprzecznych 45 2.6 Porównanie zależności intensywności odkształcenia i stopnia przekucia 50

3.1 Mechanizmy pękania materiałów konstrukcyjnych 54

3.2 Pękanie materiałów przerabianych plastycznie 54

3.3 Schemat powstawania pęknięcia ciągliwego podczas rozciągania 55

3.4 Schemat powstawania pustki (szczeliny) w układzie ziarn 56

3.5 Schemat powstawania międzykrystalicznych szczelin przy pełzaniu 56

3.6 Wzajemne powiązanie parametrów procesu kucia z uwzględnieniem odkształcalności 57

3.7 Wpływ współczynnika trójosiowości naprężeń na odkształcalność 64

4.1 Wpływ temperatury na odkształcalność podczas kucia 67

4.2 Szczegółowy schemat pękania w próbie jednoosiowego rozciągania 69

4.3 Przełom ciągliwy powstały w skutek rozciągania próbki cylindrycznej 69 4.4 Wynik analizy numerycznej testów jednoosiowego rozciągania oraz ściskania 70 4.5 Zmiana wartości naprężeń średnich w punkcie inicjacji pękania podczas testu rozciągania

W dokumencie Index of /rozprawy2/11416 (Stron 167-178)