Numerical model to predict microstructure of the heat treated of steel elements

• Autorzy: Domański T. , Bokota A.

Warianty tytułu

PL

Model numeryczny przewidywania mikrostruktury elementów stalowych obrabianych cieplnie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In work the presented numerical models of tool steel hardening processes take into account thermal phenomena and phase transformations. Numerical algorithm of thermal phenomena was based on the Finite Elements Methods of the heat transfer equations. In the model of phase transformations, in simulations heating process continuous heating (CHT) was applied, whereas in cooling process continuous cooling (CCT) of the steel at issue. The phase fraction transformed (austenite) during heating and fractions during cooling of ferrite, pearlite or bainite are determined by Johnson-Mehl-Avrami formulas. The nescent fraction of martensite is determined by Koistinen and Marburger formula or modified Koistinen and Marburger formula. In the simulations of hardening was subject the fang lathe of cone (axisymmetrical object) made of tool steel.

PL

Prezentowany w pracy model numeryczny procesu hartowania stali narzędziowej uwzględnia zjawiska cieplne i przemiany fazowe w stanie stałym. Algorytm numeryczny zjawisk cieplnych oparto na rozwiązaniu metodą elementów skończonych, w sformułowaniu Galernika, równania przewodzenia ciepła. W modelu przemian fazowych korzysta się z wykresów ciągłego nagrzewania (CTPa), oraz z wykresów ciągłego chłodzenia (CTPc) rozważanej stali. Ułamek fazy przemienionej (austenit) oraz ułamki ferrytu, perlitu lub bainitu wyznacza się formułami Johnsona-Mehla i Avramiego. Ułamek powstającego martenzytu wyznacza się wzorem Koistinena i Marburgera lub zmodyfikowanym wzorem Koistinena i Marburgera.

Słowa kluczowe

EN

hardening process; phase transformation; numerical simulation

PL

proces hartowania; przemiana fazowa; symulacja numeryczna

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, iss. 2 spec.
• Strony: 29--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Domański T.

• Institute of Mechanics and Machine Design, Czestochowa University of Technology 42-200 Częstochowa, 73 Dąbrowskiego str., Poland

autor

Bokota A.

• Institute of Computer and Information Sciences, Czestochowa University of Technology 42-200 Częstochowa, 73 Dąbrowskiego str., Poland

Bibliografia

• [1] S-H. Kang, Y.T. Im, Three-dimensional thermo-elestic-plastic finite element modeling of quenching process of plain carbon steel in couole with phase transformation. Journal of Materials Processing Technology 192-193, (2007) 381-390.
• [2] A. Bokota, A. Kulawik, Model and numerical analysis of hardening process phenomena for medium-carbon steel, Archives of Metallurgy and Materials Issue 2, vol. 52, (2007) 337-346.
• [3] W.P Oliveira, M.A. Savi, P.M.C.L. Pacheco, L.F.G. Souza, Thermomechanical analysis of steel cylinders with diffusional and non-diffusional phase transformations. Mechanics of Materials 42 (2010) 31-43.
• [4] S.H. Kang, Y.T. Im, Thermo-elesto-plastic finite element analysis of quenching process of carbon steel. International Journal of Mechanical Sciences 49, (2007) 13-16.
• [5] A. Bokota, T. Domański, Numerical analysis of thermomechanical phenomena of hardening process of elements made of carbon steel C80U, Archives of Metallurgy and Materials Issue 2, vol. 52, (2007) 277-288.
• [6] E.P. Silva, P.M.C.L. Pacheco, M.A. Savi, On the thermomechanical coupling in austenite-martensite phase transformation related to the quenching process, International Journal of Solids and Structures, 41, (2004) 1139-1155.
• [7] D.Y. Ju, W.M. Zhang, Y. Zhang, Modeling and experimental verification of martensitic transformation plastic behavior in carbon steel for quenching process, Material Science and Engineering A 438-440, (2006) 246-250.
• [8] M. Pietrzyk, Through-process modelling of microstructure evolution in hot forming of steels, Journal of Materials Technology, 125-126, (2002) 53-62.
• [9] M. Białecki, Characteristic of steels, series F, tom I, Silesia Editor, (1987) 108-129, 155-179, (in polish).
• [10] K.J. Lee, Characteristics of heat generation during transformation in carbon steel. Scripta Materialia 40, (1999) 735-742.
• [11] L. Huiping, Z. Guoqun, N. Shanting, H. Chuanzhen, FEM simulation of quenching process and experimental verification of simulation results, Material Science and Engineering A 452-453, (2007) 705-714.
• [12] J. Jasiński, Influence of fluidized bed on diffusional processes of saturation of steel surface layer. Seria: Inżynieria Materiałowa Nr 6, Editor WIPMiFS, Częstochowa (2003), (in polish).