Effect of forging sequence on evolution of parameters controlling microstructure in multistage drop forging process

• Autorzy: Skubisz Piotr , Lisiecki Łukasz , Majta Janusz , Krzysztof Muszka

Warianty tytułu

PL

Wpływ technologii na zmiany parametrów sterujących rozwojem mikrostruktury w procesie wielozabiegowego kucia matrycowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the comparative analysis of competitive techniques of forging and its effect on microstructure. Numerical modeling of temperature and strain fields let theoretical prediction of the microstructure development in multi-stage drop forging process consisting of progressive sequence of multiple blows in preforming and die-impression forging operations. The aim of the modeling was prediction of the parameters of austenite in as-forged condition, prior to direct cooling and microstructure parameters of transformation products. Dynamic recrystallization kinetics were analyzed with use of Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) model, taking advantage of numerically calculated of temperature, strain and strain-rate in selected location in the volume of the part. The obtained results show the possibility of look-ahead microstructure prediction in multi-stage hammer-forging process and form the basis for comprehensive selection of the forging process parameters aimed at producing required microstructure and its uniformity in the bulk.

PL

W pracy przedstawiono analizę porównawczą trzech sposobów kucia wielowykrojowego, która obejmuje dwa aspekty: 1) wpływ technologii na wskaźniki techniczno-ekonomiczne i siłowo-energetyczne oraz 2) rozkład w objętości i zmiany w czasie parametrów termo-mechanicznych, wpływających na kinetykę zjawisk dynamicznych w odkształcanym materiale oraz jakość odkuwki. Na podstawie wyników modelowania numerycznego oceniono wpływ zmian w technologii kucia na rozkład odkształceń, prędkość odkształcenia oraz temperatury w reprezentatywnych przekrojach odkuwki. Na ich podstawie wykonano modelowanie rozwoju mikrostruktury, oparte o klasyczne modele zarodkowania i rozrostu ziarna podczas rekrystalizacji dynamicznej i przemiany dyfuzyjnej przechłodzonego austenitu w oparciu o model JMAK. Jak wskazują wyniki modelowania, zmiany sposobu lub warunków kucia matrycowego stwarzają możliwości istotnego oddziaływania na rozkład odkształceń i silnie wpływają na temperaturę w objętości okuwki. To z kolei, może być wykorzystane do zniwelowania niekorzystnego wpływu warunków odkształcania na mikrostrukturę lub jej poprawy. Przedstawione wykresy pokazują istotne zmiany wielkości ziarna wraz z progresją odkształcenia w analizowanych punktach odkuwki. Jak widać, kształt odkuwki nie sprzyja uzyskaniu jednorodnego odkształcenia. Relatywnie małe odkształcenie podczas wstępnego spłaszczania pręta poprzedzający kilkunastosekundowy okres działania wysokiej temperatury, do momentu matrycowania, sprawia, że w obszarze zgrubienia prognozowane jest największe ziarno. Największe odkształcenie występuje w obszarze trzonu, jednakże sposób wstępnego kształtowania przedkuwki tego fragmentu odkuwki skutkuje przesunięciem w czasie odkształceń cząstkowych, przez co nawet na długości trzonu mogą wystąpić zmiany mikrostruktury. Zróżnicowanemu odkształceniu w zgrubieniu oraz trzonie odkuwki towarzyszą duże różnice prędkości odkształcenia, co przekłada się na kumulację odkształcenia w czasie. Analiza rozwoju mikrostruktury pozwala na odpowiednią korektę warunków kontrolowanego chłodzenia dla charakterystycznych fragmentów odkuwki, jak również odpowiednią korektę sekwencji i warunków realizacji kolejnych operacji kucia.

Słowa kluczowe

EN

drop forging; thermomechanical processing; microstructure evolution; grain refinement

PL

kucie matrycowe; obróbka termomechaniczna; ewolucja mikrostruktury; rozdrabnianie ziarna

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 19, No. 3
• Strony: 81--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Skubisz Piotr

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Lisiecki Łukasz

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Majta Janusz

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Krzysztof Muszka

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Adamczyk, J., Opiela, M., 2006, Engineering of Forged Products of Microalloyed Constructional Steels, J. Arch. Mater. Manuf. Eng., 15, 153-158.
• Biba, N.V., Stebunov, S.A., Ovchinnikov, A.V., Shmelev, V.P., 2006, Experience in simulation for predicting the structure of die forgings, Met. Sci. Heat Treat., 48, 7-8.
• Byrer, T.G., Semiatin, S.L., Vollmer, D.C. (eds.), 1985, Forging Handbook, Forging Industry Association, American Society of Metals, Cleveland, 1985.
• Da Silva, M.L.N., Regone, W., Button, S.T., 2006, Microstructure and mechanical properties of microalloyed steel forgings manufactured from cross-wedge-rolled preforms, Scripta Mater. 54, 213-217.
• Dhua, S.K., Sen, S., 2011, Effect of direct quenching on the microstructure and mechanical properties of the lean chemistry HSLA-100 steel plates, Mat. Sci. Eng. A, 528, 6356-6365.
• Fatemi, A., Zoroufi, M., 2002, Fatigue performance evaluation of forged versus competing process technologies: a comparative study. Proc. 24th Forging Industry Technical Conference, Cleveland, 2002.
• Fujikawa, S., 2000, Application of CAE for hot-forging of automotive components, J. Mater. Proc. Tech., 98, 176-181.
• Irani, M., Taheri, A.K., 2008, Effect of forging temperature on homogeneity of microstructure and hardness of precision forged steel spur gear, Mater. Chem. Phys, 112, 3, 1099-1105.
• Kučera, P., Mazancova, E., 2016, Mechanical and structural response of AISI 4135 steel after controlled cooling process, Metalurgija, 55(2), 165-168.
• Muszka, K., Majta, J., Bienias, L., 2006, Effect of grain refinement on mechanical properties of microalloyed steels, Met. Foundry Eng., 32, 87-96.
• Majta, J; Zurek, A.K., Cola, M., Hochanadel, P., Pietrzyk, M., 2002, An integrated computer model with applications for austenite-to-ferrite transformation during hot deformation of Nb-microalloyed steels, Metall. Mater. Trans. A, 33, 1509-1520.
• Mukherjee, M., Prahl, U., Bleck, W., 2014, Modelling the straininduced precipitation kinetics of vanadium carbonitride during hot working of precipitation-hardened ferritic–pearlitic steels, Acta Mater., 71, 234-254.
• Pietrzyk, M., Madej, Ł., 2014, perceptive review of ferrous micro/macro material models for thermo-mechanical processing applications, Steel Res. Int., 88(10), 1-14.
• Skubisz, P., Micek, P., Sińczak, J., Tumidajewicz, M., 2011, Automated determination and on-line correction of emissivity coefficient in controlled cooling of drop forgings, Diffusion and Defect Data – Solid State Data. Part B, Sol. St. Phen., 177, 76-83.
• Skubisz, P., Żak, A., Burdek, M., Lisiecki, Ł., Micek, P., 2015, Design of controlled processing conditions for drop forgings made of microalloy steel grades for mining industry. Arch. Metal. Mat., 60(1), 445-453.
• Skubisz, P., Lisiecki, Ł., Majta, J., Muszka, K., 2017a, Modeling of microstructure development in multi-stage hammer forging and fan cooling of microalloyed steel, Metal 2017: 26th Int. Conf. on Metallurgy and Materials, Brno, 127-128.
• Skubisz, P., Muszka, K., Lisiecki Ł., Majta, J., 2017b, Modelování vývoje mikrostruktury při víceoperačním kování mikrolegované oceli na bucharu a následném zrychleném ochlazování, Kovárenství, 62, 23-27.
• Takemasu, T., Vasques, V., Painter, B., Altan, T., 1996, Investigation of metal flow and preform optimization in flashless forging of a connecting rod, J. Mater. Proc. Tech., 59, 95-105.
• Werner, W.A., (ed.), 1994, Schmiedeteile–Gestaltung. Anwendung, Beispiele, Zuverlassig Deutsche Schmiedetechnik, Hagen, 1994.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).