DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-006

С.О. Федоряченко^1,*, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0002-8512-3493
К.А. Зіборов¹, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0002-4828-3762
Д.В. Лаухін¹, д.т.н., проф., ORCID 0000-0002-9842-499X
О.В. Швець², к.т.н., ORCID 0009-0005-4871-4402
В.М. Король¹, аспірант, ORCID 0009-0004-6433-1797
Д.В. Гаркавенко¹, аспірант, ORCID 0009-0004-5011-9015

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»
²Український державний університет науки і технологій
^*Автор для листування: fedoriachenko.s.o@nmu.one

ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ АЛГОРИТМ ОЦІНКИ ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ СТАЛЕВИХ ВИЛИВКІВ НА ОСНОВІ ТЕРМОГІДРОДИНАМІЧНИХ СИМУЛЯЦІЙ

Анотація. У роботі представлено науково обґрунтований підхід до прогнозування та керування тріщиностійкістю литих сталевих оболонок, що ґрунтується на інтеграції термогідродинамічного моделювання процесів затвердіння з мікромоделями фазоутворення. Продемонстровано, що надійність і довговічність відливок безпосередньо визначаються контрольованістю мікроструктурного стану, який формується під час кристалізації та подальшого охолодження. Попри суттєвий прогрес у моделюванні теплових і гідродинамічних процесів лиття, практична перевірка якості здебільшого спирається на випробування, що збільшує собівартість виробництва й не гарантує відтворюваності властивостей. Для подолання цих обмежень запропоновано постпроцесорний модуль до системи Thercast, здатний поєднувати результати чисельного аналізу температурних полів із фізично обґрунтованими моделями еволюції мікроструктури та критеріями формування дефектів. Розроблений підхід дозволяє прогнозувати ключові мікроструктурні параметри на основі термополів та фазовим складом, а також відображати їхній вплив на пористість та прогнозовані механічні властивості матеріалу. Отримані карти фазового складу та пористості трансформуються у просторово-часові поля ефективної межі плинності й тріщиностійкості, що забезпечує можливість подальшої перевірки методом скінченних елементів. Методика базується на використанні термокінетичних моделей фазових перетворень, зокрема рівняння Ендрюса для визначення температури початку мартенситного перетворення, залежності Койстінена-Марбургера для оцінки частки мартенситу та узагальненої моделі Джонсона-Мелла-Аврамі-Колмогорова для опису дифузійних фазових змін. Застосовані залежності зберігають фізичну інтерпретацію та можуть бути адаптовані за термокінетичними діаграмами конкретних плавок, що спрощує їх калібрування для різних марок сталі. Практичне значення роботи полягає у переході від експериментальної оцінки до попереднього прогнозування властивостей безпосередньо на етапі проєктування. Розроблений програмний модуль інтегрований у Thercast надає можливість проводити дослідження методом скінчених елементів.

Ключові слова: мікропористість, литі сплави, механіко-математичне моделювання, тріщиностійкість, Thercast.

Посилання для цитування: Обчислювальний алгоритм оцінки тріщиностійкості сталевих виливків на основі термогідродинамічних симуляцій / С. О. Федоряченко, К. А. Зіборов, Д. В. Лаухін, О. В. Швець, В. М. Король, Д. В. Гаркавенко // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 98-109. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-006

Перелік посилань

Kirkaldy J. S., Venugopalan D. Prediction of microstructure and hardenability in low alloy steels // Int. Conf. on Phase Transformations in Ferrous Alloys. Philadelphia, 1983. P. 125-148.
Buchmayr B. and Kirkaldy J. S. Modeling of the temperature field, transformation behavior, hardness and mechanical response of low alloy steels during cooling from the austenite region // J. Heat Treating. 1990. 8, № 2. P. 127-136.
Leblond J.-B., Devaux J. A new kinetic model for anisothermal metallurgical transformations in steel including effect of austenite grain size // Acta Met. 1984. 32, № 1. P. 137-146.
Костін, В. А., Позняков, В. Д., Берднікова, О. М., Жуков, В. В., Алексєєнко, Т. О., Алексєєнко, І. І. (2020). Вплив структурних перетворень на механічні властивості зварних з’єднань броньових сталей. Фізико-хімічна механіка матеріалів, 56(4), 78-83.
Вплив режимів термічної обробки на міцність і циклічну тріщиностійкість сталі 65Г / О. П. Осташ, В. В. Кулик, В. Д. Позняков, О. А. Гайворонський, В. В. Віра // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2018. – 54, № 6. – С. 24-29.
Jonšta P., Kurka V., and coauthors. Casting and solidification simulation of 65 t steel ingot in Thercast software. In Proceedings of the 31st International Conference on Metallurgy and Materials — METAL 2022 (pp. 1-6). Ostrava: TANGER Ltd. https://doi.org/10.37904/metal.2022.4452
Todoroki H., Oikawa M., Wang K., Kobayashi Y., Ishii T. (2008). Prospects for the control of solidification structures from the viewpoints of weld, hot-workability and near net shape casting. ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 3. P. 256-263. https://doi.org/10.2355/isijinternational.48.256
Andrews P. V. Resistivity due to grain boundaries in pure copper. Physics Letters. 1965. Vol. 19. Issue 7. P. 558-560, https://doi.org/10.1016/0031-9163(65)90776-6

Рукопис надійшов до редакції / Received 12.11.2025
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026