Prediction and validation of hot tearing in permanent mold steel casting using a viscoplastic damage model

• Autorzy: Hadzic S. , Schmidtne Kelity E. , Sommitsch K.

Warianty tytułu

PL

Przewidywanie i weryfikacja pękania w wysokich temperaturach odlewów stalowych przy użyciu lepkoplastycznego modelu uszkodzeń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hot tears are unacceptable defects, which can be found in final steel casting products. It is believed that a hot tear forms at the mushy zone with a high fraction of solid due to an applied tensile strain. In this work the simulation of the solidification and deformation processes are carried out using commercial software combined with a user-defined constitutive model. The shrinkage porosity information is coupled to the constitutive deformation model in the solid state to calculate the materials damage, where a viscoplastic model can predict the hot tear formation in permanent mold steel alloy casting. A good correlation between experimental findings and predicted damage is observed.

PL

Pękania są uszkodzeniami dyskwalifikującymi wyrób, mogącymi występować w produktach końcowych odlewania stali. Uważa się, że pękanie powstaje z powodu powstających naprężeń rozciągających w strefie pół-ciekłej przy wysokim tarciu ciała stałego. W niniejszej pracy symulacja krzepnięcia i proces deformacji przeprowadzone zostały przy zastosowaniu przemysłowego oprogramowania w połączeniu z określonym przez użytkownika modelem konstytutywnym. Informacja o powstałej w wyniku krzepnięcia rzadziźnie jest włączona do modelu konstytutywnego odkształceń w stanie stałym, co pozwala obliczyć uszkodzenie materiału. W tym przypadku model lepkoplastyczny może przewidzieć tworzenie się pęknięcia przy odlewaniu stopów stali do formy. Zaobserwowano dobrą korelację między wynikami doświadczalnymi i uszkodzeniami przewidywanymi przez model.

Słowa kluczowe

EN

hot tear; casting; steel alloy; viscoplastic; damage; solidification

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 13, No. 1
• Strony: 36--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Hadzic S.

• Graz University of Technology Institute for Materials Science and Welding, Christian Doppler Laboratory for Materials Modeling and Simulation, Kopernikusgasse 24/I, 8010 Graz, Austria

autor

Schmidtne Kelity E.

• voestalpine Gießerei Linz GmbH, voestapline - Straße 3, 4020 Linz, Austria

autor

Sommitsch K.

• Graz University of Technology Institute for Materials Science and Welding, Christian Doppler Laboratory for Materials Modeling and Simulation, Kopernikusgasse 24/I, 8010 Graz, Austria

Bibliografia

• Apblett, W.R., Pellini, W.S., 1954, Fracture Which Influence Weld Hot Cracking, Welding Research, 19, 83-90.
• Bhattacherya, U.K., Adams, C.M., Taylor, H.F., 1954, Stress Required to Hot Tear Plain Carbon Cast Steel, Trans. AFS, 62, 557.
• Campbell, J.C., 1991, Castings, Butterworth Heinemann, Oxford.
• Carlson, K., Lin, Z., Hardin, R., Beckermann, C., Mazurkevich, G., Schneider, M., 2003, Modeling of Porosity Formation and Feeding Flow in Steel Casting, Mod. Cast. Weld. Adv. Soli. Proc., X, PA, 295-302.
• Cerri, O., Chastel, Y., Ballet, M., 2008, Hot Tearing in Steels During Solidification: Experimental Characterization and Thermomechanical Modeling, ASME, J. of Eng. Mat. Techn., 130, 1-7.
• Cerri, O., 2007, Rupture a chaud dans les aciers au cours de leur solidification - caracterisation experimentale et modelisation, PhD thesis, Mines ParisTech, Paris (in French).
• Clyne, T.W., Davies, G.J., 1981, The Influence of Composition on Solidification Cracking Susceptibility in Binary Alloy Systems, Brit. Found., 74, 65-73.
• Cocks, A.C.F., 1989, Inelastic deformation of porous materials, J. Mec. Phy. Sol., 37, 693-715.
• Eskin, D.G., Katgerman, L., 2007, A Quest for a New Hot Tearng Criterion, Met. Mat. Trans. A, 38A, 1511-1519.
• Gou, J., Samonds, M., 2010, Modeling of casting and solidification procesing, Fund. for Met. Proc. Mod, 22A, ASM handbook
• Hardin, R.A., Beckermann C., 2007, Effect of porosity on the stiffnes of cast steel, Met. Mat. Trans. A, 38, 2992-3006.
• Leblond, J.B., Perrin, G., Suquet, P., 1994, Exact result and approximate models for porous viscoplastic solids, Inter. J. of Plast., 10, 213-235.
• Martin, C.L., Favier, D., Suery, M., 1999, Fracture behavior in tension of viscoplastic porous metallic materials saturated with liquid, Inter. J. of Plast., 15, 981-1008.
• MatCalc, The scientific tool box for enjoyable computational materials engineering, Favoritenstraße 9-11 / E308, 1040 Viena, Austria, http://matcalc.tuwien.ac.at
• Michel, J.C., Needleman, A., 1994, An analytical and numerical study of overall behaviour of metal-matrix composites, Mod. Simul. Mat. Sci. Eng., 2, 637-658.
• Monroe, C.A., 2008, A Modeling and Experimental Study of Deformation and Hot Tearing in Steels, PhD Thesis, The University of Iowa
• Monroe, C.A., Beckerman, C., Klinkhammer, J., 2009, Simulation of Deformation and Hot Tear Formation using a visco-plastic Model with Damage, Mod. Cast., Weld. Adv. Solid. Proc. XII, 313-320.
• Monroe, C.A., Beckermann, C., 2007, Deformattion During Casting of Steel: Model and Material properties, Proc. 61st SFSA Techn. Oper. Conf. Chicago, Steel, Paper No. 5.6.
• Pellini, W.S., 1952, Strain theory of Hot-tearing. Found., 80, 124.
• Pierer, R., Griesser, S., Reiter, J., Bernhard, C., 2009, Über die Bildung von Heißrissseigerungen in Stahl: Metallografische Analyse und Chrakterisierung, Springer-Verlag, 346-353 (in German).
• Pokorny, M., Monroe, C., Beckermann, C., Bichler, L., Ravindran, C., 2008, Prediction of Hot Tear Formation in a Magnesium Alloy Permanent Mold Casting, Inter. J. of Metalcast Fall, 08, 41-53.
• Rappaz, M., Drezet, J.M., Gremaud, M., 1999, A New Hot Tearing Criterion., Met. Mat. Trans. A, 30A, 449-455.
• Roberts, A., Garboczi, E., 1989, Elastic properties of model porous ceramics, J. Mech . Phys. Solids, 37, 693-715.
• Simo, J.C., Hughes, T.J.R., 1998, Computational Inelasticity, Springer Verlag, New York.
• Tvergaard, V., Needleman, A., 1984, Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar, Acta. Metall., 32, 157- 169.