Inasmet-Tecnalia wprowadza standardy jakości dla wielkogabarytowych odlewów żeliwnych z pomocą ProCAST

Centrum badań Inasmet jest specjalną jednostką biznesową Tecnalia Corporation. Inasmet od ponad 45 lat specjalizuje się w odlewnictwie. Zapraszamy do przeczytania case study, w którym opisujemy jak system ProCAST pomógł wprowadzić w firmie standardy jakości dla wielkogabarytowych odlewów żeliwnych.

Wyzwanie

Kształtowanie mikrostruktury podczas krzepnięcia stopów jest bardzo ważnym czynnikiem dla kontroli właściwości i jakości elementów odlewanych.

W celu uzyskania możliwości prognozowania mikrostruktury, w pakiecie ProCAST modelowanie pola temperatury w skali mikro i makro oraz przepływów zostało połączone z obliczeniami termodynamicznymi (oprogramowanie CompuTherm®).

W Inasmet-Tecnalia zastosowano tę metodologię do 12-tonowego odlewu korpusu generatora turbiny wiatrowej wykonywanego z żeliwa sferoidalnego EN GJS 400 18LT o wysokiej wytrzymałości.

Wyniki  –  porównanie rzeczywistych badań z symulacją

 Inasmet-Tecnalia wykorzystała system ProCAST do prognozowania końcowych właściwości mechanicznych.

W żeliwie typ, ilość i morfologia eutektyki determinują końcowe właściwości odlewu.  Ostatecznie mikrostruktura zależy od szybkości stygnięcia w zakresie temperatury przemiany eutektoidalnej. Powolne chłodzenie sprzyja przemianie ferrytycznej, powodując tym samym obniżenie wytrzymałości na rozciąganie, co wykazano w badaniach.

Dla lepszego zrozumienia i kontroli złożonych zjawisk zachodzących w odlewie zastosowano specjalne metody symulacji.

W oprogramowaniu symulacyjnym ProCAST ESI Group  wykorzystany został kompleksowy mikromodel, który może dokładnie prognozować mikrostrukturę odlewu, a także jego właściwości mechaniczne, takie jak plastyczność, wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie i twardość.

Mikromodel wraz z obszerną bazą właściwości termodynamicznych został powiązany w systemie ProCAST z modelem tworzenia się porowatości. Dokładne przewidywanie kinetyki wydzielania się grafitu skutkuje precyzyjnym prognozowaniem rozwoju skurczu i porowatości.

 „Opracowane w systemie ProCAST narzędzia pozwalają doskonale prognozować mikrostrukturę i podstawowe właściwości mechaniczne materiału odlewu.  Ponadto ProCAST rozwiązuje jedno z głównych złożonych zjawisk występujących w czasie krystalizacji żeliwa, a mianowicie rozszerzalność spowodowaną krystalizacją grafitu. Symulacja lokalnej rozszerzalności grafitowej z zastosowaniem modułu mikrostruktury zapewnia znacznie wyższą precyzję prognozowania porowatości skurczowej. Moduł mikrostruktury otwiera szereg nowych możliwości i pozwala na wykonanie analiz związanych z wpływem jakości metalurgicznej ciekłego metalu, z uwzględnieniem parametrów modyfikacji”. – Dr Antton Meléndez Arranz, specjalista-metalurg, Inasmet-Tecnalia

Korzyści

Podsumowanie

Właściwości użytkowe żeliwa można zmieniać w szerokim zakresie za pomocą sterowania procesami kształtowania mikrostruktury. Dlatego firma ESI opracowała mikromodel dla symulacji kształtowania mikrostruktury podczas stygnięcia odlewu, co w powiązaniu z kinetyką zmian gęstości i skurczu pozwala na obliczenie właściwości mechanicznych stopu w temperaturze otoczenia.

System ProCAST umożliwił dokładne prognozowanie i optymalizację struktury, właściwości mechanicznych i porowatości skurczowej w dużych odlewach turbin wiatrowych, zapewniając spełnienie jakościowych standardów klienta.