Численное моделирование процесса формирования структуры отливки: Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Моделирование процессов и объектов в металлургии», страница 3

Численный расчет формирования структуры отливки на ЭВМ

Алгоритм численного решения задачи (1) – (8) приведен в виде блок-схемы на рисунке 3. Как видно, основой алгоритма является численное решение тепловой задачи (8) - (9) методом сеток, то есть путем пространственного разбиения отливки на малые элементы  и последовательного решения задачи с малыми шагами по времени Dt .

Рисунок 3 - Блок-схема численного решения задачи (1) – (8).

После ввода исходных данных и занесения начальных условий циклически осуществляется расчет температурного поля в сечении отливки с шалом по времени Dt. После нахождения распределения температур t_i^k  в узлах сетки на к-м шаге по времени вычисления значения достигнутого переохлаждения DТ_i^k по формуле (6), скорость образования центров кристаллизации  и скорость роста кристаллитов    - по формуле (1), количество выделившейся твердой фазы  - по формуле (3) и состав остаточной жидкой фазы  – по формуле (7).

Результаты вычислений с заданной периодичностью выводятся на печать для контроля за ходом решения задачи и накопление информации о кинетике процесса кристаллизации. Кроме первичных результатов (таблицы значений температуры, переохлаждения, количества твердой фазы и        т. д.) в процессе расчета для каждого элемента отливки выявляются величина и время достижения максимального  и минимального  переохлаждения, длительность периода образования самопроизвольных центров кристаллизации , время начала  и конца  затвердевания, выводимые на печать после окончания расчета.

Целью данной работы является исследование влияния различных факторов на структуру отливок.  

Оборудование и порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимы следующие материалы и оборудование:

1)  Печь ИСТ-0,06.

2) Шихтовые материалы для выплавки силумина или чугуна заданного химического состава.

3) Термопары и потенциометры для замера температуры.

4) ЭВМ Pentium.

Для выполнения работы отводится 6 часов, работа выполняется звеньями по 3 человека. Задание выдается преподавателем на звено таким образом, чтобы в каждой группе изучалось влияние различных факторов на структуру отливок. Варианты заданий могут быть следующие: химический состав сплава, температура заливки, количество модификатора, температура перегрева и т. д.

Порядок выполнения работы

1) Производится плавка чугуна или силумина заданного состава в печи ИСТ-0,06.

2) Параллельно процессу плавки ведется формовка цилиндрических проб в песчано-глинистых формах.

3) Перед заливкой измерить температуру металла в печи с помощью погружаемой термопары.

4) Малым ручным ковшом произвести заливку цилиндрических ступенчатых проб металлом заданного состава.

5) После охлаждения пробы надрезать в каждой части ступени и разрушить по надрезу ударом молотка.

6) Изломы зарисовать, измерить с помощью линейки с точностью до 0,5 мм размер зерна и протяженность зоны столбчатых кристаллов. Рассчитать характеристики d₃ и . Замеры необходимо выполнить независимо разным участкам работы в различных точках сечения не менее 5-8 раз ввиду неоднородности структуры и случайного характера отдельного измерения. В отчете привести зарисовки структур, а также графики, выявляющие влияние исследуемых факторов.