PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Numerical models of hardening phenomena of tools steel base on the TTT and CCT diagrams

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Modele numeryczne zjawisk hartowania stali narzędziowej oparte na wykresach CTPi oraz CTPc
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
In work the presented numerical models of tool steel hardening processes take into account thermal phenomena, phase transformations and mechanical phenomena. Numerical algorithm of thermal phenomena was based on the Finite Elements Methods in Galerkin formula of the heat transfer equations. In the model of phase transformations, in simulations heating process, isothermal or continuous heating (CHT) was applied, whereas in cooling process isothermal or continuous cooling (TTT, CCT) of the steel at issue. The phase fraction transformed (austenite) during heating and fractions 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 model of mechanical phenomena, apart from thermal, plastic and structural strain, also transformations plasticity was taken into account. The stress and strain fields are obtained using the solution of the Finite Elements Method of the equilibrium equation in rate form. The thermophysical constants occurring in constitutive relation depend on temperature and phase composite. For determination of plastic strain the Huber-Misses condition with isotropic strengthening was applied whereas for determination of transformation plasticity a modified Leblond model was used. In order to evaluate the quality and usefulness of the presented models a numerical analysis of temperature field, phase fraction, stress and strain associated hardening process of a fang lathe of cone shaped made of tool steel was carried out.
PL
Prezentowane w pracy modele numeryczne procesów hartowania stali narzędziowej uwzględniają zjawiska cieplne, przemiany fazowe oraz zjawiska mechaniczne. Algorytm numeryczny zjawisk cieplnych oparto na rozwiązaniu metodą elementów skończonych w sformułowaniu Galerkina równania przewodzenia ciepła. W modelu przemian fazowych korzysta się, w symulacji procesów nagrzewania, z wykresów izotermicznego lub ciągłego nagrzewania (CTPa), natomiast w procesach chłodzenia, z wykresów izotermicznego lub ciągłego chłodzenia (CTPi, CTPc) rozważanej stali. Ułamek fazy przemienionej (austenit) podczas nagrzewania 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. W modelu zjawisk mechanicznych uwzględniono oprócz odkształceń termicznych, plastycznych i strukturalnych - również odkształcenia transformacyjne. Pola naprężeń i odkształceń uzyskuje się z rozwiązania metodą elementów skończonych równań równowagi w formie prędkościowej. Stałe termofizyczne występujące w związkach konstytutywnych uzależniono od temperatury i składu fazowego. Do wyznaczania odkształceń plastycznych wykorzystano warunek Hubera-Misesa ze wzmocnieniem izotropowym, natomiast do wyznaczania odkształceń transformacyjnych zastosowano zmodyfikowany model Leblonda. W celu oceny jakości i przydatności prezentowanych modeli dokonano analizy numerycznej pól temperatury, udziałów fazowych, naprężeń i odkształceń towarzyszących procesowi hartowania kła tokarki ze stali narzędziowej.
Twórcy
autor
autor
  • Institute of Mechanics and Machine Design, Czestochowa University of Technology, 42-200 Częstochowa, 73 Dąbrowskiego Str., Poland
Bibliografia
  • [1] S-H. Kang, Y.T. Im, Finite element investigation of multi-phase transformation within carburized carbon steel. Journal of Materials Processing Technology 183, 241-248 (2007).
  • [2] 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, 381-390 (2007).
  • [3] A. Bokota, A. Kulawik, Model and numerical analysis of hardening process phenomena for medium-carbon steel, Archives of Metallurgy and Materials 52, 2, 337-346 (2007).
  • [4] 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, 31-43 (2010).
  • [5] 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).
  • [6] S. H. Kang, Y.T. Im, Thermo-elesto-plastic finite element analysis of quenching process of carbon steel. International Journal of Mechanical Sciences 49, 13-16 (2007).
  • [7] A. Bokota, T. Domański, Numerical analysis of thermo-mechanical phenomena of hardening process of elements made of carbon steel C80U, Archives of Metallurgy and Materials 52, 2, 277-288 (2007).
  • [8] P. Uliasz, T. Knych, A. Mamala, A new industrial-scale method of the manufacturing of the gradient structure materials and its application. Archives of Metallurgy and Materials 54, 3, 711-721 (2009).
  • [9] B. Raniecki, A. Bokota, S. Iskierka, R. Parkitny, Problem of Determination of Transient and Residual Stresses in a Cylinder under Progressive Induction Hardening. Proceedings of 3rd International Conference On Quenching And Control Of Distortion. Published by ASM International, 473-484 (1999).
  • [10] 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).
  • [11] 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, 246-250 (2006).
  • [12] 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).
  • [13] M. Pietrzyk, Through-process modelling of microstructure evolution in hot forming of steels, Journal of Materials Technology 125-126, 53-62 (2002).
  • [14] M. Białecki, Characteristic of steels, series F, tom I, Silesia Editor, (1987) 108-129, 155-179, (in polish).
  • [15] M. Suliga, Z. Muskalski, The influence of single draft on TRIP effect and mechanical properties of 0.09C-1.57Mn-0.9Si steel wires. Archives of Metallurgy and Materials 54, 3, 677-684 (2009).
  • [16] 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).
  • [17] L. Taleb, F. Sidoroff, A micromechanical modelling of the Greenwood-Johnson mechanism in transformation induced plasticity, International Journal of Plasticity 19, 1821-1842 (2003).
  • [18] S. Serejzadeh, Modeling of temperature history and phase transformation during cooling of steel, Journal of Processing Technology 146, 311-317 (2004).
  • [19] O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor, The finite element method, Butterworth-Heinemann, Fifth edition 1, 2 (2000).
  • [20] K. J. Lee, Characteristics of heat generation during transformation in carbon steel. Scripta Materialia 40, 735-742 (1999).
  • [21] 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, 705-714 (2007).
  • [22] A. Bokota, S. Iskierka, Numerical analysis of phase transformation and residual stresses in steel cone-shaped elements hardened by induction and flame methods. International Journal of Mechanical Sciences 40 (6), 617-629 (1998).
  • [23] 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).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BSW3-0091-0013
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.