Simulación termomecánica de un proceso industrial de templado de un rodete de una bomba centrífuga

ResumenEn este trabajo se estudia el comportamiento termomecánico durante el tratamiento térmico de templado de un rodete de una bomba centrífuga fabricada en fundición blanca. El análisis se realiza mediante una formulación termomecánica acoplada discretizada mediante el método de elementos finitos. La respuesta del material se describe por medio de un modelo termoplástico que incorpora efectos de cambio de fase. En particular, se presenta el proceso de templado desde la austenización hasta el enfriamiento del rodete con la finalidad de evaluar la ocurrencia de falla en la pieza al final del proceso. Para la determinación del daño mecánico se comparan 3 criterios diferentes escritos en función de las tensiones y de las deformaciones plásticas desarrolladas durante el proceso. El estudio se enfoca en 2 tipos de configuración de rodetes, con 4 y 5 álabes, donde la primera de ellas experimenta fractura en el proceso industrial de producción. Los resultados numéricos obtenidos en este trabajo confirman que la metodología propuesta permite predecir de manera realista las posibilidades de falla para los 2 casos analizados.

The thermomechanical behaviour during the quenching process of a centrifugal pump impeller made of white iron is studied in this work. The analysis is carried out using a coupled thermomechanical formulation that is discretized within the context of the finite element method. The material response is described by means of a thermoplastic model that includes phase-change effects. In particular, a heat treatment consisting in cooling from the austenizing temperature is presented with the aim of assessing the failure occurrence of the part at the end of the process. Three different criteria written in terms of the stresses and plastic deformations developed during the cooling stage are specifically compared to evaluate the final mechanical damage. The study is focused on two impeller configurations, with 4 and 5 blades, where fracture occurs in the former during its industrial production. The numerical results obtained in this work for these two cases confirm that the proposed methodology realistically predicts their failure possibilities.