Experimental investigations on the transformation-induced plasticity in a high tensile steel under varying thermo-mechanical loading

• Autorzy: Behrens B. -A. , Bouguecha A. , Bonk C. , Chugreev A.

Warianty tytułu

PL

Badania doświadczalne indukowanej przemianą plastyczności stali o wysokiej wytrzymałości w warunkach obciążenia termomechanicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Transformation-induced plasticity (TRIP) also known as transformation plasticity (TP) occurs during solid state phase transformation in the case of applied stress and may lead to irreversible macroscopic distortions in steel components after heat treatment. Particularly, in the context of cost-efficient hot forging, where heat treatment is integrated in the process chain, various complex stress states can occur during the cooling phase due to irregular part geometry, temperature gradients and local differences in the deformation history. Varying local temperature, unsteady stress state or even sudden unloading during the transformation can have a strong impact on the resulting TRIP strain. Thus prediction of the final distortions in hot formed steel components becomes challenging. For this reason process simulation based on the finite element (FE) method offers great opportunities for the accurate virtual process design, reducing time- as well as cost-intensive trial and error cycles. However, a realistic FE-simulation requires reliable mathematical models as well as detailed thermo-mechanical material data. In order to improve the modelling of the material behavior in a hot forging and quenching process, physical simulations for particular process-related time-force-temperature profiles have been carried out on a uniaxial thermo-mechanical testing machine. The relative dilatation of the steel specimens for several applied stresses as well as for the case of sudden unloading have been recorded and evaluated for both compressive and tensile loads. It has been shown that other process parameters (e. g. heating strategy) also have a significant influence on the resulting TRIP strains.

PL

Plastyczność indukowana przemianą (ang. TRansformation- Induced Plasticity - TRIP) występuje w czasie przemiany w stanie stałym w warunkach obciążenia naprężeniami i może prowadzi do nieodwracalnych makroskopowych deformacji elementów stalowych po obróbce cieplnej. Jest to szczególnie ważne w przypadku ekonomicznych procesów kucia, w których obróbka cif na jest integralną częścią cyklu produkcyjnego. Przy skomplikowanych kształtach wyrobów powstają złożone stany naprężenia, gradienty temperatury i lokalne różnice w historii odkształcenia. Takie lokalne zmiany temperatury i niestacjonarne stany naprężenia, a nawet nagłe odciążenie w czasie przemiany, mogą mieć bardzo duży wpływ na odkształcenia spowodowane efektem TRIP. Dlatego możliwość przewidywania deformacji kształtowanych na gorąco elementów stalowych jest wyzwaniem dla naukowców. Symulacje metodą elementów skończonych (MES) stwarzają możliwość dokładnego wirtualnego projektowania procesu, pozwalając na skrócenie czasu i obniżenie kosztów związanych z doświadczalną metodą prób i błędów. Aby jednak uzyskać realistyczne wyniki symulacji MES potrzebny jest do-kładny model matematyczny oraz prawidłowe dane termomecha-niczne. Aby poprawić jakość modelowania zachowania się mate-riału w procesie kucia na gorąco i przyspieszonego chłodzenia, wykonano fizyczne symulacje na maszynie wytrzymałościowej przemysłowych cykli czas-siła-temperatura. Zmierzono względne odkształcenie dylatacyjne próbek dla różnych przyłożonych naprężeń, a także dla gwałtownego odciążenia próbki. Próby wykonano zarówno dla naprężeń ściskających jak i rozciągających. Analiza wyników wykazała, że poza wymienionymi powyżej parametrami także inne czynniki, takie jak np. strategia nagrzewania, mają wpływ na deformacje powstające w wyniku efektu TRIP.

Słowa kluczowe

EN

dilatation; transformation plasticity; high tensile steel; blackflow effect; martensitic transformation

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 17, No. 1
• Strony: 36--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Behrens B. -A.

• Institute of Forming Technology and Machines (IFUM), Leibniz Universitaet Hannover, An der Universitaet 2, 30823 Garbsen, Germany

autor

Bouguecha A.

• Institute of Forming Technology and Machines (IFUM), Leibniz Universitaet Hannover, An der Universitaet 2, 30823 Garbsen, Germany

autor

Bonk C.

• Institute of Forming Technology and Machines (IFUM), Leibniz Universitaet Hannover, An der Universitaet 2, 30823 Garbsen, Germany

autor

Chugreev A.

• Institute of Forming Technology and Machines (IFUM), Leibniz Universitaet Hannover, An der Universitaet 2, 30823 Garbsen, Germany

Bibliografia

• Ahrens, U.,2003, Beanspruchungsabhängiges Umwandlungsverhalten und Umwandlungsplastizität niedrig le¬gierter Stähle mit unterschiedlich hohen Kohlenstoffge¬halten. PhD Thesis, Universitaet Paderborn (in German).
• Akerström, P., 2006, Modelling and Simulation of Hot Stamp¬ing, PhD Thesis, 1402-1544.
• Behrens, B.-A., Schrödter, J, 2014, Numerical simulation of phase transformation during the hot stamping process, Thermal Process Modeling - Proceedings from the 5th International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation, ICTPMCS 2014, 180-191.
• Behrens, B.-A., Bouguecha, A., Vucetic, M., Chugreev, A., 2016, Advanced Wear Simulation for Bulk Metal Forming Processes, MATEC Web of Conferences, 80, 04003, DOI: http://dx.doi.org; 10.105 l/matecconf/20168004003.
• Denis, S., Simon, A., Beck, G., Estimation of the effect of stress/phase transformation interaction when calculating internal stress during martensitic quenching of steel, Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 22, 1982,504-513.
• Fischer, M.U.A., Dickert, H.-H., Bleck, W., Huskic, A., Kazhai, M., Hadifi, T., Bouguecha, A., Behrens, B.-A., Labanova, N., Felde, A., Liewald, M., Egorov, F., Gabrecht, M., Brinksmeier, E., Reimche, W., Bruchwald, O., Frackowiak, W., Maier, H.J., Bucquet, T., Hinrichs, B., Fritsching, U., 2014, EcoForge: Energy-efficient process Chain of a production of high forging parts, HTM J. Heat Treatm. Mat., 69, 4, 209-219.
• Fischer, F.D., Reisner, G., Werner, E., Tanaka, K., Cailletaud, G., Antretter, T., 2000, A new view on transformation induced plasticity (TRIP), Int. J. Plast., 16, 723-748.
• Leblond, J.B., 1989, Mathematical modelling of Transformation Plasticity in Steel II. Coupling with strain hardening phenomena, Int. J. Plast., 5, 6, 573-591.
• Leblond, J.B., Devaux, J., Devaux, J.C., 1989, Mathematical modelling of Transformation Plasticity in Steel I. Case of ideal-plastic phases. Int. J. Plast., 5, 6, 551-572.
• Liitjens, J., Hunkel, M., 2013, Einfluss der Umwandlungsplastizität bei der Simulation des partiellen Presshärtens, HTMJ. Heat Treatm. Mat., 68, 4, 171-177.
• Magee, C.L., 1966, Transformation kinetics, microplasticity and ageing of martensite in Fe-31-Ni, PhD Thesis, Carnegie Institute of Technology, Pittsburgh, PA.
• Mahnken, R., Schneidt, A., Antretter, T., 2009, Macro modelling and homogenization for transformation induced plasticity of a low-alloy steel. Int. J. Plast., 25, 2, 183- 204.
• Nürnberger, F., Grydin LO.., Schaper, M., Bach, Fr.-W., Koszurkiewicz, B., Milenin, A., 2010, Microstructure transfor¬mations in tempering steels during continuous cooling from hot forging temperatures, Steel Research, 81, 3, 224-233.
• Simsir, C., 2008, 3D finite element simulation of steel quenching in order to determine the microstructure and residua! stresses, PhD Thesis, Middle East Technical University.
• Somani, M.C., Karjalainen, L.P., Eriksson, M., Ldenburg, M., 2001, Dimensional Changes and Microstructural Evolution in a B-bearing Steel in the Simulated Forming and Quenching Process, ISIJInternational, 41,4, 361-367.
• Tschumak, S., 2012, Experimentelle Untersuchungen des beanspruchungsabhängigen Umwandlungsverhaltens und der Umwandlungsplastizität des Stahls 51CrV5 in Anlehnung an einen thermo-mechanisch gekoppelten Umformprozess, PhD Thesis, University of Paderborn (in German).
• Vollrath, K., 2013, Simulation in der Umformtechnik, Industrieverband Massivumformung e.V. (in German).
• Wollf, M., Boehm, M., Dalgic, M., Loewisch, G., Rath, J., 2007, Validation of a TP model with backstress for the pearlitic transformation of the steel 100Cr6 under step-wise loads. Computational Materials Science, 39, 49-54.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).