Моделирование шаровидного включения графита в высокопрочном чугуне: внутреннее строение и поведение при нагружении

Abstract

Цель работы – построение методом конечных элементов модели шаровидного включения графита в высокопрочном чугуне, моделирование процесса его разрушения при двустороннем сжатии и верификация моделей при проведении экспериментов по сжатию. Построены трехмерная и конечно-элементная модели шаровидного включения графита в высокопрочном чугуне. Модель включает в себя: микроскопическую шарообразную частицу в центре (кремнистый феррит либо комбинация оксидов, сульфидов и оксисульфидов) и обрамление пирамидальными структурами графита с вершинами, расходящимися от центра частицы. Численное моделирование двухосной (четырехсторонней) деформации шаровидного включения графита с использованием программы Ansys показало, что центральный зародыш не деформируется и не разрушается, а разрушение вначале происходит по границам графитовых пирамидальных структур, а затем и сами они разрушаются. Определены напряжения в центральной частице и в пирамидальных структурах (от 14 до 192 МПа). Для верификации компьютерных моделей были проведены эксперименты на сжатие образцов высокопрочного чугуна при комнатной температуре на разрывной машине. Исследования с помощью РЭМ подтвердили секторально-пирамидальное строение включения графита с наличием внутри пирамид параллельных плоскостей. Экспериментально доказано, что, начиная с определенной нагрузки, происходит полное разрушение составляющих пирамиду пакетов из графитных плоскостей. Результаты моделирования четырехстороннего сжатия адекватно описывают поведение шаровидного включения графита. В дальнейшем полученные результаты будут использованы для сравнения поведения графита при высокотемпературной (900–1000 °C) деформации чугуна методом выдавливания.