Tepelně-mechanická degradace povrchů za vysokých teplot
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato dizertační práce se zabývá degradačními procesy povrchů oceli při kombinovaném, teplotně- mechanickém namáhání. Je vázána na pracovní válce teplých válcoven, které jsou namáhány právě kombinovaným teplotně-mechanickým namáháním. V první kapitole práce je nastíněn proces válcování, konstrukce, výroba a materiály pracovních válců. Druhá kapitola shrnuje poznatky z rozsáhlé literární rešerše o degradačních procesech, které můžeme pozorovat na povrchu pracovních válců – opotřebení, oxidace, tepelná únava a kontaktní únava. Postupně jsou rozebrány charakteristiky, vznik, mechanismy rozvoje a dopady všech degradačních mechanismů na povrch pracovního válce. Další kapitola obsahuje přehled analytických a numerických modelů, které se týkají živostnosti, opotřebení, tepelných toků a deformace pracovních válců. Další kapitoly podrobně rozebírají návrh analytického, optimalizovaného makrosférického numerického a mikrosférického modelu pro studium stavu napětí pracovního válce. S jejich pomocí je prezentováno několik případových studií, které využívají dostupná experimentální data. Práce upřesňuje a rozšiřuje znalosti o stavu napětí. Ukazuje podíl jednotlivých zatížení na celkovém stavu napětí, rozložení v čase i vzdálenosti od povrchu. Pomocí makrosférického modelu je vysvětlena příčina spallingu a lomu pracovního válce. Mikrosférický model vysvětluje příčinu vzniku trhlin v karbidech litin s vysokým obsahem chromu. Závěr práce je doplněn o vytyčení směrů pro další výzkum, který je nezbytný pro další prohlubování znalostí o degradaci povrchu. V poslední kapitole jsou shrnuty poznatky ze všech simulací, které byly v této práci prezentovány. Kapitola je rozčleněna do tří podkapitol. První shrnuje poznatky z kapitol 5 až 7. Druhá shrnuje poznatky z kapitoly 8. Poslední podkapitola shrnuje nutné předpoklady dalšího výzkumu v oblastní tepelně-mechanické degradace povrchů v oblasti válcování, které jsou odrazem zjištěných problémů současného stavu techniky, a vytyčuje směr, kam by se měl ubírat další výzkum . Hlavní text práce je doplněn o značný počet příloh, které tvoří třetinu celkové délky práce. Rozšiřují témata, která jsou rozebírána v hlavním textu práce.
The Ph.D. thesis is focused on a surface degradation mechanisms under combined heat and mechanical load. The objects of examination are work rolls from hot rolling mill which suffer such a load. In first chapter, the hot rolling process, the design, the manufacturing process and present materials of work rolls are described. The state-of-the-art study of work roll surface degradation mechanisms – wear, oxidation, thermal and contact fatigue are described in the second chapter. The characterization, the formation, the mechanisms of progression and the effects of each surface degradation mechanism is described step by step. The state-of-the-art study of analytical and numerical models which are related to hot rolling process is described in third chapter together with their limitations and flaws. The next chapters contain design of an analytical, an optimized macroscopic and a microscopic model for study of the work roll stress state. The macroscopic and the microscopic model is based on finite element method and they are implemented in ANSYS Programming Design Language. The models are used to process several case study which are based on previous experimental work of the Heat transfer and fluid flow laboratory. The results from case studies specify and expand the knowledge of work roll stress state. The results show the portion of each loading factor on the whole stress state. In addition, time and depth depended distribution of stress state is presented. The results from macrosferic model illustrate the cause of spalling and a rupture of the work roll. The results from the microsferic model show the cause of creation of the to-surface-parallel cracks within carbides of high chromium irons. Last chapter summarized of all results gathered from case studies together with the goals for further research definition. The necessary steps for further cognition are stated. The thesis contains a large set of appendixes with deeper discussion of several related topics. These appendixes represent the one third of whole the thesis.
The Ph.D. thesis is focused on a surface degradation mechanisms under combined heat and mechanical load. The objects of examination are work rolls from hot rolling mill which suffer such a load. In first chapter, the hot rolling process, the design, the manufacturing process and present materials of work rolls are described. The state-of-the-art study of work roll surface degradation mechanisms – wear, oxidation, thermal and contact fatigue are described in the second chapter. The characterization, the formation, the mechanisms of progression and the effects of each surface degradation mechanism is described step by step. The state-of-the-art study of analytical and numerical models which are related to hot rolling process is described in third chapter together with their limitations and flaws. The next chapters contain design of an analytical, an optimized macroscopic and a microscopic model for study of the work roll stress state. The macroscopic and the microscopic model is based on finite element method and they are implemented in ANSYS Programming Design Language. The models are used to process several case study which are based on previous experimental work of the Heat transfer and fluid flow laboratory. The results from case studies specify and expand the knowledge of work roll stress state. The results show the portion of each loading factor on the whole stress state. In addition, time and depth depended distribution of stress state is presented. The results from macrosferic model illustrate the cause of spalling and a rupture of the work roll. The results from the microsferic model show the cause of creation of the to-surface-parallel cracks within carbides of high chromium irons. Last chapter summarized of all results gathered from case studies together with the goals for further research definition. The necessary steps for further cognition are stated. The thesis contains a large set of appendixes with deeper discussion of several related topics. These appendixes represent the one third of whole the thesis.
Description
Citation
ZAHRADNÍK, R. Tepelně-mechanická degradace povrchů za vysokých teplot [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2014.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. RNDr. Miloslav Druckmüller, CSc. (předseda)
Ing. Daniel Hajduk, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Čecho (člen)
doc. Ing. Zdeněk Toman, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jan Kohout, CSc. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Horský, CSc. (člen)
Ing. Jiří Tošovský, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2014-05-06
Defence
DDP řeší náročný problém formou analýzy problému a aktuálních prostředků (MKP, ANSYS, MATLAB) řešení a to jak v makroskopickém, tak mikroskopickém měřítku. Formulace okrajových podmínek umožnila praktickou aplikaci, která byla vyhodnocena řadou parametrů. Vzhledem k originálnímu modelu mikrostruktury aplikovaného na vznik trhlin v mikrostruktuře materiálu, komise doporučuje publikaci umožňující jak další rozvoj řešení, tak praktickou aplikaci.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení