(ZTT_mgr.inż. Joanna Tuleja)

ZAKŁAD TECHNIKI TRANSPORTU
dorobek naukowy lata 2010-2006
mgr inż. Joanna Tuleja
1.
2.
Rok 2010
Tuleja J.: Analysis of effort of carbides and austenite in austenitic cast steel cooled. Analiza wytężenia węglików i
austenitu w gwałtownie chłodzonym staliwie austenitycznym. Archives of Foundry Engineering, vol. 10 nr 1,
Katowice–Gliwice, 2010.
streszczenie:
W pracy przedstawiono analizę wytężenia faz występujących w staliwie austenitycznym typu Fe-Ni-Cr-C
stosowanym na elementy oprzyrządowania technologicznego pieców do nawęglania. Naprężenia zredukowane
σred w węglikach i austenitycznej osnowie według przyjętych hipotez wytężenia, wyznaczono na podstawie
naprężeń strukturalnych σx, σy, σz oraz σ1, σ2, σ3 obliczonych metodą elementów skończonych dla dwóch
modelowych przypadków usytuowania węglików względem powierzchni stopu. Do oceny wytężenia sprężystych
węglików zastosowano hipotezy dotyczące warunku pęknięcia, natomiast dla sprężysto-plastycznej
austenitycznej osnowy – hipotezy dotyczące warunku plastyczności. Porównano naprężenia zredukowane σred
wyznaczone według różnych hipotez i oceniono poprawność ich zastosowania. Na podstawie przeprowadzonej
analizy wytężenia wykazano, że węgliki ulegają zniszczeniu tylko wówczas, gdy nie są całkowicie otoczone
austenityczną osnową.
summary:
This work presents the analysis the effort of phases which are present in the austenitic cast steel Fe-Ni-Cr-C,
applied for elements of technological instrumentation for carburising furnaces. The reduced stresses σred in the
carbides and the austenitic matrix were determined in accordance with the assumed hypotheses of effort, on the
basis of the structural stresses σx, σy, σz and σ1, σ2, σ3 calculated by the finite element method for two model
location cases of the carbides towards the cast steel surface. The hypotheses referred to the crack condition were
applied to evaluate the elastic carbide efforts, while for the elastic-plastic austenitic matrix - the hypotheses
referred to the plasticity condition were used. There were compared the reduced stresses σred determined in
accordance with various hypotheses and the correctness of their applying. It was demonstrated on the basis of the
executed analysis of the effort that the carbides are destroyed only when they are not entirely surrounded by the
austenitic matrix.
słowa kluczowe: obróbka cieplna; mikronaprężenia; staliwo austenityczne; węgliki; austenityczna osnowa;
wytężenie.
key words: heat treatment; microstresses; austenitic cast steel; carbides; austenitic matrix; effort.
Tuleja J.: Ocena wpływu makro- i makronaprężeń na powstawanie i rozwój pęknięć w staliwie austenitycznym
podczas zmęczenia cieplnego. Cz. I Makronaprężenia. Evaluation of the effect of macro- and microstresses on the
formation and development of fractures in austenitic cast steel during thermal fatigue. I Macrostresses.Archives
of Foundry Engineering, vol. 10 nr 2, Katowice–Gliwice, 2010.
streszczenie:
W pracy oceniono wpływ makronaprężeń na pękanie elementów oprzyrządowania technologicznego
eksploatowanych w piecach do nawęglania. Wyznaczono rozkłady temperatury analitycznie, stosując model ciała
półnieskończonego oraz numerycznie, metodą elementów skończonych dla modelu węglika częściowo
osłoniętego austenityczną osnową. Porównano rozkłady naprężeń σx, σy, σz wyznaczone metodą elementów
skończonych przy uwzględnieniu wymiany ciepła oraz jednoczesnej zmiany temperatury w całej objętości
przyjętego modelu obliczeniowego węglika i otaczającej go osnowy. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń
wykazano, że w obszarze przypowierzchniowym badanych elementów, w którym dochodzi do inicjacji pęknięć,
temperatura podczas gwałtownego chłodzenia jest stała, stąd można wykluczyć bezpośredni wpływ
makronaprężeń na ich powstawanie.
summary:
In the study, the effect of macrostresses on the cracking of technological instrumentation elements used in
carburising furnaces was evaluated. Temperature distributions were determined analytically using a model of
semi-infinite body and numerically with the finite element method for the carbide model partially surrounded by
the austenitic matrix. The distributions of stresses – σx, σy and σz – determined with the finite element method,
allowing for heat exchange and simultaneous temperature change in the whole volume of carbide and its
surrounding matrix adopted as a computational model, were compared. It was shown based on the carried out
calculations that temperature during rapid cooling in the near-surface area of the tested elements where it comes
to the initiation of cracks is constant, and therefore a direct effect of macrostresses on their development can be
excluded.
słowa kluczowe: obróbka cieplna; makronaprężenia; staliwo austenityczne; pękanie.
key words:heat treatment, macrostresses, austenitic cast steel, fracture.
3.
1.
2.
Tuleja J.: Ocena wpływu makro- i makronaprężeń na powstawanie i rozwój pęknięć w staliwie austenitycznym
podczas zmęczenia cieplnego. Cz. II Mikronaprężenia. Evaluation of the effect of macro- and microstresses on
the formation and development of fractures in austenitic cast steel during thermal fatigue. II Microstresses
Archives of Foundry Engineering, vol. 10 nr 2, Katowice–Gliwice, 2010.
streszczenie:
W pracy oceniono wpływ mikronaprężeń na pękanie elementów oprzyrządowania technologicznego
eksploatowanych w piecach do nawęglania. Doświadczalnie oceniono możliwość wystąpienia przemiany fazowej
w warunkach oddziaływania podwyższonej i zmiennej temperatury w staliwie austenitycznym typu Fe-Ni-Cr-C.
Numerycznie, metodą elementów skończonych, wyznaczono naprężenia strukturalne σx, σy, σz, powstające
wskutek różnic, głównie w wartościach współczynników rozszerzalności cieplnej węglików i austenitu, w
modelu węglika częściowo osłoniętego austenityczną osnową, podczas jego gwałtownego chłodzenia. Dla
przyjętego modelu węglika, stosując hipotezę niezmienników Burzyńskiego określono obszar, w którym węglik
ulegnie uszkodzeniu. Wykazano, że naprężenia strukturalne wynikające z różnic we właściwościach fizycznych
faz są bezpośrednią przyczyną pękania badanych elementów.
summary:
In the study, the effect of microstresses on the cracking of techno-logical instrumentation elements used in
carburising furnaces was evaluated. A possibility of the appearance of phase transition in austenitic cast steel of
the Fe-Ni-Cr-C type under raised and variable temperature effect conditions was evaluated experimentally.
Structural stresses – σx, σy and σz, - developing due to differences, for the most part, in carbide and austenite
thermal expansion coefficient values were determined numerically with the finite element method in the carbide
model partially surrounded by the austenitic matrix during its rapid cooling. For the adopted carbide model, the
area where the carbide will be damaged was determined using the Burzyński’s hypothesis of invariants. It was
shown that microstresses resulting from differences in the physiccal properties of phases are a direct cause of
cracking of the examined elements.
słowa kluczowe: obróbka cieplna; mikronaprężenia; staliwo austenityczne; pękanie.
key words: heat treatment, microstresses, austenitic cast steel, fracture.
Rok 2009
Tuleja J.: Analiza wytężenia węglików i austenitu w gwałtownie chłodzonym staliwie austenitycznym. Analysis of
effort of carbide and austenite in austenitic cast steel cooled violently.Materiały konferencyjne: 50
Międzynarodowej Konferencji Naukowej „Krzepnięcie i Krystalizacja Metali – 2009”: Kielce-Cedzyna, 2830.09.2009.
streszczenie:
W pracy przedstawiono analizę wytężenia faz występujących w staliwie austenitycznym typu Fe-Ni-Cr-C
stosowanym na elementy oprzyrządowania technologicznego pieców do nawęglania. Naprężenia zredukowane
σred w węglikach i austenitycznej osnowie według przyjętych hipotez wytężenia, wyznaczono na podstawie
naprężeń strukturalnych σx, σy, σz oraz σ1, σ2, σ3 obliczonych metodą elementów skończonych dla dwóch
modelowych przypadków usytuowania węglików względem powierzchni stopu. Do oceny wytężenia sprężystych
węglików zastosowano hipotezy dotyczące warunku pęknięcia, natomiast dla sprężysto-plastycznej
austenitycznej osnowy – hipotezy dotyczące warunku plastyczności. Porównano naprężenia zredukowane σred
wyznaczone według różnych hipotez i oceniono poprawność ich zastosowania. Na podstawie przeprowadzonej
analizy wytężenia wykazano, że węgliki ulegają zniszczeniu tylko wówczas, gdy nie są całkowicie otoczone
austenityczną osnową.
summary:
This work presents the analysis the effort of phases which are present in the austenitic cast steel Fe-Ni-Cr-C,
applied for elements of technological instrumentation for carburising furnaces. The reduced stresses σred in the
carbides and the austenitic matrix were determined in accordance with the assumed hypotheses of effort, on the
basis of the structural stresses σx, σy, σz and σ1, σ2, σ3 calculated by the finite element method for two model
location cases of the carbides towards the cast steel surface. The hypotheses referred to the crack condition were
applied to evaluate the elastic carbide efforts, while for the elastic-plastic austenitic matrix - the hypotheses
referred to the plasticity condition were used. There were compared the reduced stresses σred determined in
accordance with various hypotheses and the correctness of their applying. It was demonstrated on the basis of the
executed analysis of the effort that the carbides are destroyed only when they are not entirely surrounded by the
austenitic matrix.
słowa kluczowe: obróbka cieplna; mikronaprężenia; staliwo austenityczne; węgliki; austenityczna osnowa;
wytężenie.
key words: heat treatment; microstresses; austenitic cast steel; carbides; austenitic matrix; effort.
Rok 2008
Tuleja J.: Powstawanie pęknięć w staliwie austenitycznym podczas zmęczenia cieplnego. Fracture formation in
austenitic cast steel during thermal fatigue. Archives of Foundry Engineering, vol. 8 nr 1, Katowice–Gliwice,
2008.
streszczenie:
W pracy przedstawiono wyniki analiz numerycznych wpływu nawęglania i udarów cieplnych na powstawanie
pęknięć w stabilnym staliwie austenitycznym typu Fe–Ni–Cr–C stosowanym na elementy osprzętu
technologicznego pieców do nawęglania. Wykorzystując metodę elementów skończonych wyznaczono rozkłady
naprężeń powstających w węglikach i otaczającej je osnowie w czasie gwałtownych zmian temperatury.
Wykazano, że niezależnie od wielkości, rodzaju, anizotropii własności, w węglikach „wychodzących” na
powierzchnię stopu powstają bardzo duże naprężenia rozciągające, mogące prowadzić do ich pękania już w
czasie pierwszych cykli nagrzewania i gwałtownego chłodzenia.
summary:
In the paper are presented the results of numerical analyses of carburisation and thermal shock effect on fracture
formation in stable austenitic cast steel of Fe–Ni–Cr–C type used in the charge-carrying elements of carburising
furnaces. Using the method of finite element method, the distribution of stresses developing in carbides and their
surrounding matrix were determined during rapid temperature changes. It was showed that very large tensile
stresses developed in the carbides “out-coming” onto the alloy surface, regardless of the volume, type and
anisotropy of properties, which could have led to their cracking as early as in the first cycles of heating and rapid
cooling.
słowa kluczowe: obróbka cieplna, pękanie, naprężenia strukturalne, węgliki, staliwo austenityczne.
key words: heat treatment, fracture, microstress, carbides, austenitic cast steel.
1.
2.
Rok 2006
Tuleja J., Gutowski P.: Naprężenia strukturalne w stabilnym staliwie austenitycznym w warunkach nawęglania i
nagłych zmian temperatury. Tessellated stresses in stable austenitic casting alloy under carburization and rapid
changes of temperature. Archiwum Odlewnictwa, vol. 6 nr 22, Katowice, 2006.
streszczenie:
W pracy przedstawiono wyniki analizy numerycznej naprężeń strukturalnych powstających w staliwie
austenitycznym typu Fe-Ni-Cr-C w węglikach i otaczającej je osnowie w czasie gwałtownych zmian temperatury.
Analizę przeprowadzono dla dwóch wariantów usytuowania węglików. W pierwszym z nich węglik był w całości
otoczony austenitem, w drugim zaś był częściowo odsłonięty – „wychodził” na powierzchnię stopu. Wykazano,
że niezależnie od kształtu wydzieleń w węglikach wychodzących na powierzchnię stopu powstają bardzo duże
naprężenia rozciągające, mogące prowadzić do ich pękania już w czasie pierwszych cykli nagrzewania i
gwałtownego chłodzenia.
summary:
In the paper the results of numerical analysis of tessellated stresses in carbides and surrounding them matrix in
the stable austenitic Fe-Ni-Cr-C alloys are given. These stresses are arising in the rapid changes of temperature
due to differences of thermal expansion of phases. The analysis was carried out for two variants of carbides
placement in austenite. In the first case the carbide was wholly surrounded by austenite and in the second one it
came out onto the alloy surface. It was pointed out, that independently to the shape of the precipitation in carbides
entering the surface of the alloy the great tensile stresses are arising. They may cause fracture initiation in the
uncovered carbides as early as in the first cycles of heating and rapid cooling.
słowa kluczowe: staliwo austenityczne; węgliki, naprężenia strukturalne, pękanie.
key words: austenitic cast steel alloy; carbides; microstresses; fracture.
Gutowski P., Tuleja J.: Wytężeniowa analiza rozwoju pęknięć w stabilnym staliwie austenitycznym podczas
nagłych zmian temperatury. The effort analysis of fracture propagation in stable austenitic casting alloy under
rapid changes of temperature. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, vol. 26 nr 1, Poznań, 2006.
streszczenie:
Przedstawiono wyniki analiz numerycznych wpływu nawęglania i udarów cieplnych na powstawanie i rozwój
pęknięć w stabilnych stopach austenitycznych typu Fe-Ni-Cr-C. Stosując metodę elementów skończonych,
wyznaczono rozkłady naprężeń strukturalnych powstających w węglikach i otaczającej je osnowie w czasie
gwałtownych zmian temperatury. Do analizy wytężenia węglików wykorzystano hipotezę niezmienników
Burzyńskiego i hipotezę Mohra. Analizowano dwa warianty usytuowania węglików. W pierwszym węglik był w
całości otoczony austenitem, w drugim zaś był częściowo odsłonięty - wychodził” na powierzchnię stopu.
Wykazano nieuchronność powstania pęknięcia w odsłoniętych węglikach, niezależnie od tego, czy była atmosfera
nawęglająca, czy nie.
summary:
In the paper the results of numerical analysis of the influence of carburizing and thermal shocks on initiation and
fracture propagation in the stable austenitic Fe-Ni-Cr-C alloys are given. With the use of finite element method
the distribution of tessellated stresses arising in carbides and surrounding them matrix due to rapid changes of
temperature were determined. To the analysis of the effort of carbides the invariant hypothesis of Burzyński and
the Mohr failure criterion were used. The analysis was carried out for two variants of carbides placement in
austenite. In the first case the carbide was wholly surrounded by austenite and in the second one it came out onto
the alloy surface. It was pointed out the inevitability of fracture initiation in the uncovered carbides,
independently of the presence or lack of carburizing atmosphere.
słowa kluczowe: staliwo austenityczne, węgliki, naprężenia, wytężenie, pękanie.
key words: austenitic cast steel alloy; carbides; stresses, ef fort, fracture.