Целенаправленная корректировка остаточных напряжений в горячеформованных деталях посредством проектирования технологического процесса на основе моделирования методом конечных элементов

Целью данной работы является формирование благоприятного распределения сжимающих остаточных напряжений в поверхностной области горячеформованных деталей посредством интеллектуального управления технологическим процессом с использованием специально подобранного охлаждения. Адаптированное охлаждение достигается путем частичного или временно нестационарного воздействия на образцы водовоздушного распыления. Это позволяет управлять макроскопическими эффектами, такими как локальная пластификация, вызванная неоднородными деформациями вследствие термических нагрузок и нагрузок, обусловленных превращениями, чтобы в конечном итоге целенаправленно формировать распределение остаточных напряжений в приповерхностной зоне. При производстве горячеформованных деталей часто требуются особые структурные свойства, обеспечивающие определенную твердость или пластичность. Поэтому научная задача данной работы заключается в формировании различных распределений остаточных напряжений на поверхностях деталей при сохранении неизменными геометрических и микроструктурных свойств сплава AISI 52100. Следовательно, изменения остаточных напряжений не должны быть обусловлены изменением упомянутых свойств детали, а должны возникать исключительно в результате целенаправленного управления технологическим процессом. В рамках предварительных экспериментальных исследований на эталонных деталях, подвергнутых простому охлаждению в воде от температуры формования, были определены растягивающие остаточные напряжения в мартенситной микроструктуре, тогда как после простого охлаждения на атмосферном воздухе были определены низкие сжимающие напряжения в перлитных микроструктурах. С помощью численных исследований были разработаны две стратегии специально подобранного охлаждения, способные формировать сжимающие напряжения в тех же деталях. Разработанные процессы с адаптированным охлаждением были реализованы экспериментально, а их характеристики сопоставлены с характеристиками деталей, изготовленных с использованием простого охлаждения. На основе численного и экспериментального анализа показано, что путем управления описанными выше макроскопическими эффектами можно влиять на знак остаточных напряжений внутри детали и даже изменять его на противоположный.