PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Numerical analysis of thermo-mechanical phenomena of hardening process of elements made of carbon steel C80U

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Analiza numeryczna zjawisk termomechanicznych procesu hartowania elementów wykonywanych z węglowej stali C80U
Konferencja
Scientific Seminar Integrated Study on the Foundations of Plastic Deformation of Metals PLASTMET'06 (5; 28.11-01.12.2006; Łańcut, Poland)
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
The work concerns numerical analysis of thermal phenomena, phase transformations and mechanical phenomena associated with hardening of carbon steel C80U. The following transformations were assumed: initial structure – austenite, austenite – perlite, bainite and austenite – martensite. Numerical algorithms for evaluation of fractions of phases and their kinetics based on continuous heating and cooling diagrams (CCT) were worked out. In the algorithm of thermal phenomena relation of thermophysical values to temperature and source of phase transformations were taken into account. The dilatometric tests on the simulator of thermal cycles were performed, during which the hardening of the elements made of carbon steel C80U was simulated. The results of dilatometric tests were compared with the results of the test numerical simulations. In this way the derived models for evaluating phase content and kinetics of transformations in heating and cooling processes were verified. The stresses generated during hardening were assumed to result from thermal load, structural plastic deformations and transformation plasticity. The hardened material was assumed to be elastic-plastic, and in order to mark plastic strains the non-isothermal plastic law of flow with the isotropic strengthening and condition plasticity of Huber-Misses were used. Thermophysical properties present in the model of mechanical phenomena were made dependant on both the phase composition and on temperatures. The results of numerical simulations confirm correctness of the algorithms that were worked out.
PL
Praca dotyczy analizy numerycznej zjawisk cieplnych, przemian fazowych i zjawisk mechanicznych towarzyszących hartowaniu węglowej stali C80U. Założono istnienie przemian: struktura wyjściowa – austenit, austenit – perlit, bainit oraz austenit – martenzyt. Opracowano algorytmy numeryczne szacowania ułamków faz oraz ich kinetyki oparte na wykresach ciągłego nagrzewania oraz ciągłego chłodzenia (CTPc). W algorytmie zjawisk cieplnych uwzględniono zalezność wielkości termofizycznych od temperatury oraz źródła przemian fazowych. W celu zweryfikowania modelu szacowania udziałów fazowych i kinetyki przemian w procesach nagrzewania i chłodzenia wykonano badania dylatometryczne na symulatorze cykli cieplnych, podczas których symulowano hartowanie elementów wykonanych ze stali C80U. Wyniki badań dylatometrycznych porównano z wynikami symulacji numerycznej. Przyjęto, że naprężenia generujące się podczas hartowania są wynikiem obciążenia termicznego, odkształceń strukturalnych, plastycznych i odkształceń transformacyjnych. Założono, że hartowany materiał jest sprężysto-plastyczny, a do wyznaczania odkształceń plastycznych zastosowano prawo nieizotermicznego plastycznego płynięcia ze wzmocnieniem izotropowym i warunkiem plastyczności Hubera-Misesa. Wielkości termofizyczne występujące w modelu zjawisk mechanicznych uzależniono zarówno od składu fazowego jak i od temperatury. Wyniki symulacji numerycznych potwierdzają poprawność opracowanych algorytmów.
Twórcy
autor
autor
  • Institute of Mechanics and Machine Design, Częstochowa University of Technology, 42-200 Częstochowa, 73 St. Dąbrowskiego Str.
Bibliografia
  • [1] A. J. Fletcher, Thermal Stress and Strain Generation in Heat Treatment, Elsevier, London (1989).
  • [2] A. Bokota, S. Iskierka, Effect of phase transformation on stress states in surface layer of laser hardened carbon steel, ISIJ International 36(11), 1383-1391 (1996).
  • [3] B. Raniecki, A. Bokota, S. Iskierka, R. Parkitny, Problem of determination of transient and residual stresses in a cylinder under progressive induction hardening, The 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion, Prage, Czech Republic, Published by ASM International, 473-484 (1999).
  • [4] M. Coret, A. Combescure, 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 44, 1947-1963 (2002).
  • [5] T. Domański, Numerical modelling of surface hardening elements of steel. PhD Thesis, Czestochowa (2005). (in polish)
  • [6] A. Bokota, T. Domański, The numerical model of progressive hardening of elements machine made of tool steel. Informatyka w Technologii Metali, Materiały XII Konferencji, 65-72 (2005). (in polish)
  • [7] K. J. Lee, Characteristics of heat generation during transformation in carbon steel. Scripta Materialia 40, 735-742 (1999).
  • [8] W. Piekarska, Phase transformation in HAZ of welded joints made by laser welding with preaheating. Mathematical model. Procedings of Second International Conference “Mathematical modelling and information technologies in welding and related processes”, Katsiveli, Crimea, Ukraine, 220-224 (2004). (in russien).
  • [9] W. Piekarska, The numerical analysis of phase transformation in the welded high strength steel, Inzynieria Materiałowa 24, 524-526 (2005). (in polish)
  • [10] M. Pietrzyk, R. Kuziak, Coupling the Thermal-Mechanical Finite-Element Approach with Phase Transformation Model for Low Carbon Steels, Mat. 2. Konf. ESAFORM, ed., J. Covas, Guimaraes, 525-528 (1999).
  • [11] M. Pietrzyk, Through-process modelling of microstructureevolution in hot forming of steels, Journal of Materials Processing Technology 125-126, 53-62 (2002).
  • [12] J. Ronda, G. J. Oliver, Consistent thermomechanical-metallurgical model of weldet steel with unified approach to derivation of phase evolution laws and transformation-induced plasticity, Computer Methods Applied mechanics and engineering 189, 361-417 (2000).
  • [13] M. Cherkaoui, M. Berveiller, H. Sabar, Micromechanical modeling of martensitic transformation induced plasticity (TRIP) in austenitic single crystals, International Journal of Plasticity 14, 7, 597-626 (1998).
  • [14] M. Coret, S. Calloch, A. Combescure, Experimental study of the phase transformation plasticity of 16MND5 low carbon steel induced by proportional and nonproportional biaxial loading paths. European Journal of Mechanics A/Solids 23, 823-842 (2004).
  • [15] R. B. Pecherski, Finite deformation plasticity with strain induced anisotropy and shear banding. Journal of Materials Processing Technology 60, 35-44 (1996).
  • [16] H. C. Gür, E. A. Tekkaya, Numerical investigation of non-homogeneous plastic deformation in quenching process. Materials Science and Engineering A319-321, 164-169 (2001).
  • [17] J. Jasiński, Influence of fluidized bed on diffusional processes of saturation of steel surface layer. Seria: Inżynieria Materiałowa Nr 6, Wydawnictwo WIPMiFS, Częstochowa (2003).
  • [18] D. P. Koistinen, R. E. Marburger, A General Equation for Austenite - Martensite Transformation in Pure Carbon Steels, Acta Metallurgica 7, 59-60 (1959).
  • [19] M. Białecki, Characteristic of steels, seria F, tom I, Wydawnictwo Śląsk 108-129, 155-179 (1987). (in polish)
  • [20] A. Bokota, T. Domański, W. Zalecki, The numerical model of phase transformations in carbon tool steels, Archives of Foundry 22, 75-82 (2006). (in polish)
  • [21] O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor, The Finie element method, Butterworth-Heinemann, Fifth edition 1,2,3 (2000).
  • [22] J. M. Cabrera, J. Ponce, J.M. Prado, Modeling thermomechanical processing of austenite, Journal of Materials Processing Technology 143-144, 403-409 (2003).
  • [23] R. B. Pecherski, Macroscopic effects of micro-shear banding in plasticity of metals. Acta Mech. 131, 203-224 (1998).
  • [24] L. Taleb, F. Sidoroff, A micromechanical modelling of the Greenwood-Johnson mechanism in transformation induced plasticity, International Journal of Plasticity 19, 1821-1842 (2003).
  • [25] S. Caddemi, J. B. Martin, Convergence of the Newton-Raphson algorithm in elastic-plastic incremental analysis, Int. J. Numer. Meth. Eng. 31, 177-191 (1991).
  • [26] S. Serejzadeh, Modeling of temperature history and phase transformation during cooling of steel, Journal of Materials Processing Technology 146, 311-317 (2004).
  • [27] E. P. Silva, P. M. C. L. Pacheco, M. A. Savi, On the thermo-mechanical coupling in austenite-martensite phase transformation related to the quenching process, International Journal of Solids and Structures 41, 1139-1155 (2004)
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BSW3-0033-0014
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.