7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli

7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli

7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
Opracowane w ramach wykonanych bada modele sieci neuronowych pozwalaj na
przeprowadzanie symulacji komputerowych, w tym dotycz cych m.in.:
̇ zmian twardo ci stali szybkotn cych w zale no ci od zmieniaj cej si
temperatury
odpuszczania (krzywych odpuszczania) dla dowolnie ustalonego składu chemicznego oraz
przyj tej temperatury austenityzowania,
̇ wpływu wybranego pierwiastka na własno ci stali, lub przyrost warto ci tej własno ci, dla
ustalonych st e
pozostałych pierwiastków stopowych oraz stałej temperatury
austenityzowania i odpuszczania,
̇ analizy równoczesnego wpływu dwóch wybranych pierwiastków na własno ci stali, dla
ustalonych st e
pozostałych pierwiastków stopowych oraz stałej temperatury
austenityzowania i temperatury odpuszczania.
Badania symulacyjne prowadzono w zakresie st e
pierwiastków stopowych
wyst puj cych w badanych stalach, podanych w tabeli 21.
Tabela 21
Zakresy stCceM masowych pierwiastków stopowych wystCpuj>cych w analizowanych stalach
szybkotn>cych
St enie pierwiastka
C
Cr
W
Mo
V
Co
minimalne
0,72
3,7
0
0
1
0
maksymalne
1,41
4,7
18
9,5
4,5
11
7.1. Symulacja krzywych odpuszczania stali szybkotn>cych
Dla wykonania oblicze
symulacyjnych, maj cych na celu obliczenie krzywych
odpuszczania, przyj to składy chemiczne uzyskane jako wynik optymalizacji przedstawionej w
punkcie 6. Z ka dego z zaprezentowanych tam przykładów wybrano spo ród 5 składów
chemicznych jeden osi gaj cy najwi ksz
warto ć funkcji przystosowania. W efekcie
otrzymano 6 ró nych składów chemicznych stali szybkotn cych zamieszczonych w tabeli 22,
przyjmuj c składy b d ce optymalnymi dla ogranicze
przyj tych w ka dym cyklu
optymalizacji. Dla w ten sposób wybranych składów chemicznych wykonano, przy
75
7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
zastosowaniu opracowanego modelu sieci neuronowej, obliczenia symulacyjne krzywych
odpuszczania, które przedstawiono graficznie na rysunkach 58-63
Przedstawione wyniki oblicze krzywych odpuszczania stanowi przykład mo liwo ci
wykorzystania opracowanych modeli sieci neuronowych, jako narz dzia do symulacji
komputerowej. Mo liwe jest prowadzenie swobodnych bada numerycznych w przestrzeni
składów chemicznych w granicach okre lonych przez st enia pierwiastków chemicznych
wyst puj ce w gatunkach stali obj tymi badaniami. Jednak e wskazać nale y, e nie mo na
pomin ć przy okre laniu składów chemicznych stali dla których maj
obliczenia symulacyjne, istotnych ogranicze
być prowadzone
wynikaj cych na przykład z równowa nika
w gla (równanie 1) dla stali szybkotn cych, lub innych np. przyj tych jako dodatkowe w
procedurze optymalizacyjnej (tabela 20). Tak e jednoznaczne wnioski dotycz ce przebiegu
krzywych odpuszczania mo na sformułować dopiero po przeprowadzeniu odpowiednich bada
do wiadczalnych. Z drugiej jednak strony wyniki oblicze twardo ci stali szybkotn cych po
obróbce cieplnej, uzyskane przy zastosowaniu opracowanej sieci neuronowej, wykazuj bardzo
dobr
zgodno ć z danymi do wiadczalnymi, gdy
wyniki oblicze
weryfikacyjnych
pojedynczej warto ci twardo ci dla ustalonej temperatury austenityzowania i temperatury
odpuszczania wynosi ok 1 HRC. Mo e to zatem uzasadniać twierdzenie, e przykładowo
zaprezentowane a uzyskane w wyniku symulacji komputerowej krzywe odpuszczania z bardzo
dobrym przybli eniem opisuj wyniki rzeczywiste.
Tabela 22
Zestawienie przyj tych składów chemicznych stali szybkotn cych do wyznaczania krzywych
odpuszczania.
St enie masowe pierwiastka, %
Skład
chemiczny
C
Cr
W
Mo
V
Co
I
0,99
4,59
3,51
2,24
1,0
7,72
II
1,06
4,63
2,82
4,00
1,93
0,0
III
1,01
4,62
5,01
4,00
1,36
0,17
IV
1,09
4,68
3,95
2,00
2,25
0,04
V
0,82
4,67
11,54
2,35
1,12
0,69
VI
0,82
4,45
3,51
3,00
1,49
0,0
76
W. Sitek
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
630
o
Temperatura odpuszczania, C
Rys.58. Krzywe odpuszczania dla składu nr I (symulacja)
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
630
o
Temperatura odpuszczania, C
Rys. 59. Krzywe odpuszczania dla składu nr II (symulacja)
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
o
Temperatura odpuszczania, C
630
Rys. 60. Krzywe odpuszczania dla składu nr III (symulacja)
77
7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
630
o
Temperatura odpuszczania, C
Rys.61. Krzywe odpuszczania dla składu nr IV (symulacja)
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
630
o
Temperatura odpuszczania, C
Rys. 62. Krzywe odpuszczania dla składu nr V (symulacja)
75
Twardo ć, HRC
70
65
60
Ta=1150
Ta=1190
Ta=1220
Ta=1250
55
50
480
510
540
570
600
630
o
Temperatura odpuszczania, C
Rys. 63. Krzywe odpuszczania dla składu nr VI (symulacja)
78
W. Sitek
7.2. Symulacja wpływu jednego pierwiastka na twardo ć stali szybkotn cych
W przykładzie tym zastosowano opracowany model sieci neuronowej do symulacji
wpływu jednego wybranego pierwiastka stopowego na przyrost twardo ci, przy ustalonych
stałych st eniach pozostałych pierwiastków. Wykonano przykładowo analiz
wpływu
wybranych pierwiastków (wolframu i molibdenu) przy udziale oraz bez udziału dodatku
stopowego kobaltu w stali.
Obok prezentowanych przykładów mo liwe jest szersze prowadzenie analiz
symulacyjnych wpływu składu chemicznego na efekt twardo ci wtórnej, w zakresie st e
pierwiastków stopowych wyst puj cych w analizowanej grupie stali.
Przykłady wykonanych analiz wpływu wybranych pierwiastków stopowych, tj,
wolframu, molibdenu i kobaltu przedstawiono na rysunkach 64-68. Dla celów analizy ustalono
stałe st enia pierwiastków stopowych podane w tabeli 23. Stałe warto ci st enia wolframu,
molibdenu i kobaltu dotycz tych przypadków, w których nie analizowano wpływu tych
pierwiastków na przyrost twardo ci.
Tabela 23
Przyj te w obliczeniach stałe st enia pierwiastków stopowych.
St enie masowe pierwiastka stopowego, %
C
Cr
W
Mo
V
Co
1,0
4,2
6,5
4
2
0
o
o
Temperatura austenityzowania Ta=1150 C
Temperatura austenityzowania Ta=1240 C
Tt=480
Tt=540
Tt=600
1,5
2
Tt=510
Tt=570
Twardo ć, ∆ HRC
Twardo ć, ∆ HRC
2
1
0,5
0
Tt=480
Tt=540
Tt=600
1,5
Tt=510
Tt=570
1
0,5
0
2
4
6
8
St enie masowe W, %
10
12
2
4
6
8
10
12
St enie masowe W, %
Rys. 64. Wpływ wolframu na przyrost twardo ci stali
79
7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
o
o
Temperatura austenityzowania Ta=1150 C
Temperatura austenityzowania Ta=1240 C
2
Tt=480
Tt=540
Tt=600
1,5
Tt=510
Tt=570
Twardo ć, ∆ HRC
Twardo ć, ∆ HRC
2
1
0,5
0
Tt=480
Tt=540
Tt=600
1,5
Tt=510
Tt=570
1
0,5
0
2
4
6
8
10
12
2
St enie masowe W, %
4
6
8
10
12
St enie masowe W, %
Rys. 65. Wpływ wolframu na przyrost twardo ci stali (Co=5,5%)
o
o
Temperatura austenityzowania Ta=1150 C
Temperatura austenityzowania Ta=1240 C
2,5
Tt=480
Tt=540
Tt=600
2
Tt=510
Tt=570
Twardo ć, ∆ HRC
Twardo ć, ∆ HRC
2,5
1,5
1
0,5
0
2
1,5
1
Tt=480
Tt=540
Tt=600
0,5
Tt=510
Tt=570
0
1
3
5
7
9
1
St enie masowe Mo, %
3
5
7
9
St enie masowe Mo, %
Rys. 66. Wpływ molibdenu na przyrost twardo ć stali
o
o
Temperatura austenityzowania Ta=1150 C
Temperatura austenityzowania Ta=1240 C
2,5
Tt=480
Tt=540
Tt=600
2
Tt=510
Tt=570
Twardo ć, ∆ HRC
Twardo ć, ∆ HRC
2,5
1,5
1
0,5
0
2
1,5
1
Tt=480
Tt=540
Tt=600
0,5
Tt=510
Tt=570
0
1
3
5
St enie masowe Mo, %
7
9
1
3
5
7
9
St enie masowe Mo, %
Rys. 67. Wpływ molibdenu na przyrost twardo ć stali (Co=5,5%)
80
W. Sitek
o
o
Temperatura austenityzowania Ta=1150 C
Temperatura austenityzowania Ta=1240 C
3
Tt=480
Tt=540
Tt=600
2,5
Tt=510
Tt=570
Twardo ć, ∆ HRC
Twardo ć, ∆ HRC
3
2
1,5
1
0,5
Tt=480
Tt=540
Tt=600
2,5
Tt=510
Tt=570
2
1,5
1
0,5
0
0
0
2
4
6
8
10
0
2
St enie masowe Co, %
4
6
8
10
St enie masowe Co, %
Rys.68. Wpływ kobaltu na przyrost twardo ć stali szybkotn cej
7.3. Symulacja wpływu dwóch pierwiastków na własno ci stali szybkotn cych
Drugi przykład symulacji przestawia wpływ dwóch wybranych pierwiastków
stopowych na twardo ć stali przy ustalonych stałych st eniach pozostałych pierwiastków oraz
parametrach obróbki cieplnej oraz odporno ć na p kanie. W przypadku odporno ci na p kanie
przedstawiono wyniki wpływu dwóch pierwiastków a tak e temperatury obróbki cieplnej.
Przyj to przy tym ustalone st enie oraz parametry obróbki cieplnej zestawione w tabeli 24.
Wyniki
przeprowadzonej
symulacji
dla
ró nych
kombinacji
pierwiastków
przedstawiono na rysunkach 69-80.
Tabela 24
Przyj te do symulacji wpływu dwóch pierwiastków stałe st enia pierwiastków stopowych oraz
temperatury austenityzowania i odpuszczania
St enie masowe pierwiastka stopowego, %
Temperatura, °C
C
Cr
W
Mo
V
Co
0,95
4,1
6,5
4,5
1,8
0
austenityzowania odpuszczania
1220
550
81
7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
Rys. 69. Wpływ molibdenu i chromu na twardo ć stali szybkotn cych
Rys. 70. Wpływ molibdenu i chromu na twardo ć stali szybkotn cych (Co=5,5%)
Rys. 71. Wpływ wolframu i molibdenu na twardo ć stali szybkotn cych
82
W. Sitek
Rys. 72. Wpływ wolframu i molibdenu na twardo ć stali szybkotn cych (Co=5,5%)
Rys. 73. Wpływ wanadu i molibdenu na twardo ć stali szybkotn cych
Rys. 74. Wpływ wanadu i molibdenu na twardo ć stali szybkotn cych (Co=5,5%)
83
7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli
Rys. 75. Wpływ wanadu i molibdenu na współczynnik KIc stali szybkotn cych
Rys. 76. Wpływ wolframu i molibdenu na współczynnik KIc stali szybkotn cych
Rys. 77. Wpływ molibdenu i temperatury odpuszczania na współczynnik KIc stali
84
W. Sitek
Rys. 78. Wpływ wanadu i temperatury austenityzowania na współczynnik KIc stali
Rys. 79. Wpływ wanadu i temperatury odpuszczania na współczynnik KIc stali
Rys. 80. Wpływ temperatury austenityzowania i odpuszczania na współczynnik KIc stali
85