Abstract | Upotreba materijala od sinteriranog čelika u današnje vrijeme u modernim konstrukcijama, a
pogotovo u sustavima prijenosa snage (zupčanici, lančanici...), sve je češća i sve više
neizbježna. Najveći problem kod ovih materijala je poroznost, koja dovodi do koncentracije
naprezanja, lokalizacije deformacije i akumulacije oštećenja, a posebno su ovakvi materijali
osjetljivi na uzastopno, cikličko opterećenje. Međutim, poroznost komponenata kao što su
zupčanici ili lančanici ima i svoju pozitivnu stranu, kao što su smanjenje mase, prigušenje buke,
smanjenje vibracija, iskoristivost sirovine, geometrijska točnost itd. U se ovom radu na temelju
dobivenih rezultata metalografske analize provelo mikromehaničko modeliranje oštećenja u
sinteriranom čeliku Astaloy Mo + 0,2C gustoće 6,5 g/cm3. Pri modeliranju mikrostrukture materijala,
korišten je reprezentativni volumenski element (RVE) te je za numeričke analize korišten
programski paket Abaqus. Rad je podjeljen na 6 poglavlja. U prvom poglavlju dan je kratki opis
tehnologije dobivanja materijala metalurgijom praha, ukratko je opisan proces sinteriranje i dan je
prikaz svojstava sinteriranog čelika. U drugom poglavlju opisan je proces deformiranja materijala
tijekom vlačnog testa. Opisano je elastično područje dijagrama naprezanje-deformacija i
elastoplastično područje, te je opisano očvršćenje materijala i dani su idealizirani materijalni
modeli. U trećem poglavlju ukratko je opisana poroznost te je detaljno opisana inicijacija i
propagacija oštećenja. U četvrtom poglavlju opisana je metoda konačnih elemenata i izvedene su
jednadžbe konačnih elemenata za linearnu i nelinearnu analizu, opisan je korišteni programski paket
i prikazani su korišteni 2D i 3D konačni elementi. U petom poglavlju je modeliranjem na makro i
mikro razini proveden postupak određivanja materijalnih karakteristika metalne matrice
sinteriranog čelika Astaloy Mo+0,2C gustoće 6,5 g/cm3, prikazan je utjecaj veličine nepravilnosti,
položaja nepravilnosti i postotka poroznosti na dijagram naprezanje-deformacija, te je prikazan
utjecaj veličine RVE-a na isti. Također, predložen je model koji može opisati kompleksni razvoj
mikropukotine uz veliku uštedu u smislu računalnih resursa. U šestom poglavlju dan je zaključak
cijelog rada. |
Abstract (english) | The use of sintered steel materials nowadays in modern constructions, and especially in power
transmission systems (gears, sprockets...), is more frequent and more inevitable. The biggest
problem with these materials is porosity, which leads to stress concentration, deformation
localization and damage accumulation, and especially such materials are sensitive to
consecutive, cyclic loading. However, the porosity of components such as gears or sprockets
also has its positive side, such as mass reduction, noise attenuation, vibration reduction, raw
material efficiency, geometric accuracy, etc. In this thesis, based on the results of
metallographic analysis, micromechanical modeling of damage in sintered Astaloy Mo + 0.2C
steel with a density of 6,5 g/cm3 was performed. When modeling the microstructure of the
material, a representative volume element (RVE) was used and the Abaqus software package
based on the finite element method was applied for numerical analyzes. The thesis is divided
into 6 chapters. The first chapter gives a brief description of the technology of obtaining
materials by powder metallurgy, briefly describes the sintering process and gives an overview
of the properties of sintered steel. The second chapter describes the process of deformation of
the material during the tensile test. The elastic region of the stress-strain diagram and the
elastoplastic region are described, and the hardening of the material is described and idealized
material models are given. The third chapter briefly describes the porosity and describes in
detail the initiation and propagation of the damage. In the fourth chapter, the finite element
method is described and the finite element equations for linear and nonlinear analysis are
derived, the software package used is described, and the used 2D and 3D finite elements are
presented. In the fifth chapter, modeling at the macro and micro level performed the procedure
of determining the material characteristics of the metal matrix of sintered Astaloy Mo + 0.2C
steel with a density of 6,5 g/cm3, showing the influence of inclusion size, position and percentage
of porosity and the influence of RVE size is also shown. Also, a model has been proposed that
can describe the complex development of microcrack with great savings in terms of
computational resources. In the sixth chapter the conclusion of the whole work is given. |