Modelagem numérica da transferência de calor no Ensaio Jominy

Abstract

His work considers the numerical simulation of the Jominy test, which evaluates the hardenability of steels, using as a solution the Finite Difference Method. Taking the initial and boundary conditions of the test and considering the heat transfer by conduction and forced convection, is solved numerically explicitly the differential equation that modeling the test, to obtain simulations of the thermal evolution or cooling curves at the specimen. Using the thermal profile obtained by the numerical solution is proposed a method for obtain the cooling rates and expressions that correlate hardness profile after the test [HRC = f (Cooling Rate)], and the numerical prediction of the final microstructures [Microstructure% = f (Cooling Rate)]. To validate the simulations were tested 02 steels: SAE 1060 and SAE 52100 according to ASTM A 255-07. These tests were instrumented with thermocouples for obtain the experimental thermal profile and compare with the simulated results. Hardness tests (HRC) were applied at the specimens for obtain the Jominy profile. Finally, analysis microscopy was applied to the specimens revealed the amounts of martensite, bainite, pearlite and ferrite present in the microstructure of the steel in function to the cooling rates. These microstructures validate the numerical results of [HRC = f (Cooling Rate)] and [% Microstructure = f (Cooling Rate)].

Este trabalho propõe a simulacao numerica do Ensaio Jominy, que avalia a temperabilidade dos aços, usando como solução o Método das Diferenças Finitas. Tomando as condições iniciais e de contorno do ensaio e considerando os mecanismos de transferência de calor de condução e convecção forçada, resolve-se numericamente de forma explícita a equação diferencial que modela o ensaio para realizar simulações da evolução térmica ou curvas de resfriamento no corpo de prova. Utilizando o perfil térmico obtido pela solução numérica propõe-se um método de cálculo das taxas de resfriamento, para poder obter expressões que correlacionam perfil de dureza após o ensaio [HRC = f(Taxas)], bem como a previsão numérica das microestruturas finais [%Microestrutura = f(Taxas)]. Para validar as simulações foram ensaiados 02 aços: SAE 1060 e SAE 52100 conforme a norma ASTM A 255-07. Estes ensaios foram instrumentados com termopares para obter um perfil térmico experimental para poder confrontar os resultados simulados. Ensaios de dureza HRC foram aplicados para obter a curva Jominy que avalia a profundidade de têmpera nos aços em questão. Finalmente, análises de microscopia aplicados nos corpos de prova revelaram as quantidades de martensita, bainita, perlita e ferrita presentes na microestrutura do aço em função das taxas de resfriamento. Estas microestruturas validam os resultados numéricos de [HRC = f (Taxas)] e [%Microestrutura = f (Taxas)].