Wykorzystanie modelu przemian fazowych do oceny wytrzymałości i odkształcalności stali DP

• Autorzy: Bzowski K. , Rauch Ł. , Pietrzyk M. , Kuziak R.

Identyfikatory

DOI

10.15 199/67.2015.12.19

Warianty tytułu

EN

Application of phase transformation model for evaluation of tensile strength of a dual phase steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy jest stworzenie modelu opisującego zależności pomiędzy mikrostrukturą a własnościami elementów ze stali DP wykonanych z blach po procesie walcowania na gorąco i laminarnym chłodzeniu. W mikrostrukturze tego rodzaju stali obserwowane są wyspy twardego martenzytu osadzone w miękkiej i plastycznej osnowie ferrytu. Zarówno morfologia jak i skład strukturalny kształtowany jest przez przemiany fazowe, których przebieg jest ściśle uzależniony od schematu laminarnego chłodzenia. Model przemiany ferrytycznej wykorzystujący rozwiązanie równania dyfuzji z ruchomą granicą międzyfazową posłużył w niniejszej pracy do przewidzenia morfologii i składu strukturalnego stali po ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Zagadnienie sformułowane na bazie II Prawa Ficka i metodzie poziomic zostało rozwiązane za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES). Wykonano testy numeryczne dla różnych cykli chłodzenia, co pozwoliło na otrzymanie morfologii mikrostruktury z różnymi ułamkami objętości poszczególnych faz. Reprezentatywne elementy objętości zawierające wyznaczone mikrostruktury stali DP poddano odkształceniu poprzez rozciąganie i na tej podstawie oceniono wytrzymałość stali reprezentowaną przez naprężenie uplastyczniające. Kryterium pękania Cockrofta-Lathama włączone do programu MES wykorzystano do oceny tendencji do pękania różnych mikrostruktur. Zebrane wyniki pozwoliły na otrzymanie zależności pomiędzy cyklem chłodzenia i ułamkiem objętości martenzytu a wytrzymałością stali. Artykuł przestawia opis modelu, metodologię badań jak również weryfikację doświadczalną.

EN

The aim of the work is to develop a new numerical model capable to predict the relationship between microstructure and material properties of sheet products made of dual phase (DP) steels after processes of hot rolling and laminar cooling. Observed microstructure contains the islands of hard martensite embedded in a soft and ductile ferritic matrix. Both the morphology and the composition of components of microstructure is developed by phase transformations, which are related to a scheme of laminar cooling used in the production process. Ferritic transformation model that uses the solution of diffusion equation with a moving boundary was used in this study to predict the morphology and phase composition of dual phase steels. The problem was formulated on the basis of the Second Fick’s Law and Level Set Method, and solved by using Finite Element Method (FEM). Numerical tests performed for different cooling cycles, allowed to obtain the microstructure morphology with different volume fractions of individual phases. Representative volume element obtained from simulation of phase transformation was deformed in uniaxial tension test. Cockroft-Latham fracture criterion was incorporated into FEM to assess the tendency to crack a variety of microstructures. The collected results allowed to determine the relationship between the cooling cycle, volume fraction of martensite and the tensile strength. The paper contains description of the model, research methodology and experimental verification.

Słowa kluczowe

PL

chłodzenie laminarne; przemiana fazowa; stal dwufazowa; metoda poziomic; dyfuzja

EN

laminar cooling; phase transformation; dual phase steels; level set method; diffusion

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 60, nr 12
• Strony: 762--768
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bzowski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Rauch Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pietrzyk M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kuziak R.

• Instytut Metalurgii Żelaza, Gliwice

Bibliografia

• 1. Pietrzyk M., Kuziak R., Radwański K., Szeliga D.: Physical and Numerical Simulation of the Continuous Annealing of DP Steel Strips. Steel Research International, 2014, vol. 85, no 1, pp. 99÷111.
• 2. Milenin I., Pernach M., Pietrzyk M.: Application of the control theory for modelling austenite-ferrite phase transformation in steels. Computer Methods in Materials Science : quarterly, 2015, vol. 15, no. 2, pp. 327÷335.
• 3. Pietrzyk M., Kusiak J., Kuziak R., Madej Ł., Szeliga D., Gołąb R.: Conventional and Multiscale Modeling of Microstructure Evolution During Laminar Cooling of DP Steel Strips. Metallurgical and Materials Transactions A, 2014, vol. 45, no. 13, pp. 5835÷5851.
• 4. Pernach M., Bzowski K., Pietrzyk M.: Application of numerical solution of the diffusion equation to modelling phase transformation during heating of DP steels in the continuous annealing process. Computer Methods in Materials Science, 2012, vol. 12, no. 3, s. 183÷196.
• 5. Pietrzyk M., Madej Ł., Rauch Ł., Gołąb R.: Multiscale modeling of microstructure evolution during laminar cooling of hot rolled DP steel. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2010, vol. 10, no. 4, pp. 57÷67.
• 6. Pernach M., Pietrzyk M.: Numerical solution of the diffusion equation with moving boundary applied to modelling of the austenite-ferrite phase transformation. Computational Materials Science, 2008, vol. 44, no. 2, pp. 783÷791.
• 7. Hallberg H.: Approaches to Modeling of Recrystallization. Metals, 2011, vol. 1, no. 1, pp. 16÷48.
• 8. Thiessen R. G., Sietsma J., Palmer T. A., Elmer J. W., Richardson I. M.: Phase-field modelling and synchrotron validation of phase transformations in martensitic dual-phase steel. Acta Materialia, 2007, vol. 55, no. 2, pp. 601÷614.
• 9. Merriman B ., B ence J . K ., O sher S . J .: Motion of Multiple Junctions: A Level Set Approach. Journal of Computational Physics, 1994, vol. 112, no. 2, pp. 334÷363.
• 10. Zhang X., Chen, J.S., Osher, S.: A Multiple Level Set Method for Modeling Grain Boundary Evolution of Polycrystalline Materials Interaction and Multiscale Mechanics, 2005, vol. 1, no. 2, pp. 191÷209.
• 11. Yamasaki S., Nishiwaki S., Yamada T., Izui K., Yoshimura M.: A structural optimization method based on the level set method using a new geometry-based re-initialization scheme. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2010, vol. 83, no. 12, pp. 1580÷1624.
• 12. Vese L., Chan T.: A multiphase level set framework for image segmentation using the mumford and shah model. International Journal of Computer Vision, 2002, vol. 50, no. 3, pp. 271÷293
• 13. Bernacki M., Chastel Y., Coupez T., Logé R. E.: Level set framework for the numerical modelling of primary recrystallization in polycrystalline materials. Scripta Materialia, 2008, vol. 58, no. 12, pp. 1129÷1132.
• 14. Bernacki M., Logé R. E., Coupez T.: Level set framework for the finite-element modelling of recrystallization and grain growth in polycrystalline materials. Scripta Materialia, 2011, vol. 64, no. 6, pp. 525÷528.
• 15. Zhang L., Zhang C. B., Wang Y. M., Wang S. Q., Ye H. Q.: A cellular automaton investigation of the transformation from austenite to ferrite during continuous cooling. Acta Materialia, 2003, vol. 51, no. 18, pp. 5519÷5527.
• 16. Bangerth W., Heister T., Heltai L., Kanschat G., Kronbichler M., Maier M., Young T. D.: The deal.II Library, Version 8.2. Archive of Numerical Software, 2015, vol. 3, no. 100, pp. 1÷8