Model numeryczny zjawisk hartowania stali narzędziowej do pracy na gorąco

Kulawik, A.; Wróbel, J.; Bokota, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Model numeryczny zjawisk hartowania stali narzędziowej do pracy na gorąco

Autorzy

Kulawik A. , Wróbel J. , Bokota A.

Identyfikatory

Warianty tytułu

The numerical model of the quenching phenomena of the hot-work tool steel

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy przedstawiono kompleksowy model hartowania stali narzędziowej do pracy na gorąco. Pola temperatury otrzymuje się z rozwiązania metodą elementów skończonych zagadnienia przewodzenia ciepła. Model szacowania udziałów faz oparto na wykresach ciągłego nagrzewania i ciągłego chłodzenia (CTPa i CTPc). Udział fazy powstałej podczas ciągłego nagrzewania lub chłodzenia (austenit, perlit lub bainit) wyznacza się równaniem Johnsona-Mehla i Avramiego (JMA). Obliczanie udziału tworzącego się martenzytu realizowane jest zmodyfikowanym równaniem Koistinena i Marburgera (KM). W modelu zjawisk mechanicznych uwzględniono odkształcenia cieplne, strukturalne, plastyczne oraz odkształcenia indukowane przemianami fazowymi. Wielkości termofizyczne występujące w zagadnieniu termosprężysto-plastyczności uzależniono od temperatury i składu fazowego. Założono, że materiał charakteryzuje się wzmocnieniem izotropowym.

In the paper the complex quenching model of the hot-work tool steel is presented. The temperature fields are determined based on the solving of the heat transfer equation using the finite element method. Model of estimation of phase fractions is based on the continuous heating diagram (CHT) and continuous cooling diagram (CCT). Phase fractions which occur during the continuous heating and cooling (austenite, pearlite or bainite) are described by Johnson-Mehl-Avrami (JMA) formula. To determine of the formed martensite the modified Koistinen-Marburger (KM) equation is used. In the model of mechanical phenomena the thermal, structural, plastic strains transformation induced plasticity are taken into account. Thermophysical properties occurring in the thermo-elastic-plasticity model depended on the temperature and phase composition of the material. It was assumed that the material is characterized by isotropic hardening.

Słowa kluczowe

obróbka cieplna hartowanie stale narzędziowe do pracy na gorąco modelowanie numeryczne

heat treatment quenching hot-work tool steel numerical modelling

Wydawca

Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice

Czasopismo

Modelowanie Inżynierskie

Rocznik

2017

Tom

T. 33, nr 64

Strony

38--46

Opis fizyczny

Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Kulawik A.

adam.kulawik@icis.pcz.pl

Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Wróbel J.

joanna.wrobel@icis.pcz.pl

Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Bokota A.

adam.bokota@icis.pcz.pl

Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej, Politechnika Częstochowska

Bibliografia

1. Avrami M.: Kinetics of phase change. “Journal of Chemical Physics”, I Vol. 7, 1939, p. 1103 1112, II Vol. 8, 1940, p. 212-224, III Vl. 9, 1941, p. 117-184.
2. Bała P., Krawczyk J.: Transformations during quenching and tempering of Hot-Work Tool Steel. Metal, Hradec nad Moravici 2009, 5, p. 19-21.
3. Bokota A., A. Kulawik A., Szymczyk R., Wróbel J.: The numerical analysis of the phenomena of superficial hardening of the hot-work tool steel elements. “Archives of Metallurgy and Materials” 2015, Iss. 4, Vol. 60, p. 2757-2766.
4. Bednarski T.: Mechanika plastycznego płynięcia w zarysie. Warszawa: PWN, 1995.
5. Białecki M.: Charakterystyki stali, stale narzędziowe. Instytut Metalurgii Żelaza im. S. Staszica w Gliwicach, Seria F, t. III, Stale stopowe do pracy na gorąco. Katowice: Wyd. "Śląsk, 1979.
6. Carlone P., Palazzo G.S.: Development and validation of a thermo-mechanical finite element model of the steel quenching process including solid-solid phase changes. “International Applied Mechanics” 2011, 46(8), p. 955-971.
7. Cherkaoui M., Berveiller M., Sabar H.: Micromechanical modeling of martensitic transformation induced plasticity (TRIP) in austenitic single crystals. “International Journal of Plasticity” 1998, 14(7), p. 597-626.
8. Coret M., Combescure A.: A mesomodel for the numerical simulation of the multiphasic behavior of materials under anisothermal loading (application to two low-carbon steels). “International Journal of Mechanical Sciences” 2002, 44, p. 1947-1963.
9. Fischer F., Reinsner G., Werner E., Tanaka K., Cailletaud G., Antretter T.: A new view on transformation induced plasticity (TRIP). “International Journal of Plasticity” 2000, 16, p. 723-748.
10. http://www.kau.se/sites/default/files/Dokument/subpage/2010/02/7_77_93_pdf_36867.pdf, Taljat B., Tusek J., Klobcar D., Boscarol P., Heat and surface treatment of hot-work tool steels for optimum in-service performance.
11. Jasiński J.: Fluidalno-atmosferowa obróbka dyfuzyjna stopów żelaza – teoria i praktyka. Seria: Monografie 7/2012. Częstochowa, Kraków: Wyd. Nauk. „Akapit”, 2012.
12. Kang S.H., Im Y.T.: Three-dimensional thermo-elestic-plastic finite element modeling of quenching process of plain carbon steel in couple with phase transformation. “International Journal of Mechanical Sciences” 2007, 49(4), p. 423-439.
13. Koistinen D.P., Marburger R.E.: A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels. “Acta Metallurgica” 1959, Vol. 7, p. 59 60.
14. Kulawik A., Bokota A.: Modelling of heat treatment of steel with the movement of coolant. “Archives of Metallurgy and Materials” 2011, Iss. 2, Vol. 56, p. 345-357.
15. Lee K.J.: Characteristics of heat generation during transformation in carbon steel. “Scripta Materialia” 1999, 40, p. 735-742.
16. Li C., Wang Y., Zhan h., Han T., Han B., Zhao W.: Three-dimensional finite analysis of temperatures and stresses in wide-band laser surface melting processing. “Material and Design” 2010, 31, p. 3366-3373.
17. Oliveira W.P., Savi M.A., Pacheco P.M.C.L., Souza L.F.G.: Thermomechanical analysis of steel cylinders quenching using a constitutive model with diffusional and non-diffusional phase transformations. “Mechanics of Materials” 2010, 42, p. 31-43.
18. Serejzadeh S.: Modeling of temperature history and phase transformation during cooling of steel. “Journal of Processing Technology” 2004, 146, p. 311-317.
19. Taleb L., Sidoroff F.: A micromechanical modelling of the Greenwood-Johnson mechanism in transformation induced plasticity. “International Journal of Plasticity” 2003, 19, p. 1821-1842.
20. Warmarbeitsstahl Hot Work Tool Steel, BOHLER W360, Iso Bloc, www.bohler-edelstahl.com.
21. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L.: The finite element method. 5th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. Vol. 1,2,3.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-0ee0119e-ecdc-4a80-bf3c-5e19e35d837a