Собственные деформации и остаточные напряжения после градиентной термомеханической обработки толстолистовой стали: численное моделирование и эксперимент

Н. К. Салихова^a, Д. С. Дудин^a, И. Э. Келлер^a, Д. С. Петухов^a, Е. А. Гачегова^a, А. Б. Максимов<sup>b

a</sup> Институт механики сплошных сред УрО РАН, г. Пермь
^b Керченский государственный морской технологический университет, пгт. Приморский, г. Феодосия

Аннотация: Выполнено численное моделирование трех вариаций процесса градиентной термомеханической обработки стальной плиты для понимания закономерностей формирования распределения по толщине собственных деформаций и остаточных напряжений в зависимости от параметров технологического процесса. Один из таких процессов заключался в нагреве и выдержке заготовки при температуре аустенизации с последующим односторонним ускоренным охлаждением; в двух других заготовку предварительно подвергали пластическому изгибу фиксированной величины положительного либо отрицательного знака, а после одностороннего ускоренного и полного охлаждения – изгибу противоположного знака для правки заготовки. Численное решение задачи выполнено в пакете COMSOL Multiphysics. На первом этапе решалась задача теплопроводности (ускоренного одностороннего, и затем медленного полного охлаждения заготовки), далее решалась задача термоупругопластичности для моделирования эволюции упругих и пластических деформаций и остаточных напряжений при изменении температуры заготовки. В этой задаче учитывалась зависимости упругих и пластических констант от температуры. Изгиб плиты моделировался заданием подходящего распределения по толщине собственных деформаций. Для подтверждения результатов расчета были выполнены натурные эксперименты для листа судовой стали А32 толщиной 14 мм, для чего использована установка ускоренного одностороннего охлаждения горячей заготовки, созданная на базе Керченского судостроительного завода. Предложен способ определения распределения по толщине листа собственных деформаций и остаточных напряжений, развивающий метод разрезания, с помощью которого были определены данные распределения в трех заготовках, подвергнутых градиентной термомеханической обработке, и одного контрольного образца. Результаты эксперимента подтверждают полученное в расчете наблюдение, что все использованные методы градиентной термомеханической обработки обеспечивают сжимающие остаточные напряжения на обеих сторонах листа, величина которых превосходит фоновые значения, полученные на контрольном образце.

Ключевые слова: градиентная термомеханической обработка, ускоренное одностороннее охлаждение, судовая сталь, собственные деформации, остаточные напряжения, метод разрезания, численное моделирование.

УДК: 539.319

Поступила в редакцию: 10.09.2024
Исправленный вариант: 24.12.2024
Принята в печать: 29.11.2024

DOI: 10.37972/chgpu.2024.61.3.007