Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Application of Acoustic Emission and Artificial Neural Networks in an Analysis of Kinetics in the Phase Transformation of Tool Steel During Austempering

Łazarska M., Woźniak T. Z., Ranachowski Z., Ranachowski P., Trafarski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

603--609

EN

During the course of the study it involved tool steel C105U was used. The steel was austempered at temperatures of 130°C, 160°C and 180°C respectively. Methods of acoustic emission (AE) were used to investigate the resulting effects associated with transformations and a large number of AE events were registered. Neural networks were applied to analyse these phenomena. In the tested signal, three groups of events were identified of: high, medium and low energy. The average spectral characteristics enabled the power of the signal spectrum to be determined. After completing the process, the results were compiled in the form of diagrams of the relationship of the AE incidence frequency as a function of time. Based on the results, it was found that in the austempering of tool steel, in the first stage of transformation midrib morphology is formed. Midrib is a twinned thin plate martensite. In the 2nd stage of transformation, the intensity of the generation of medium energy events indicates the occurrence of bainite initialised by martensite. The obtained graphic of AE characteristics of tool steel austempering allow conclusions to be drawn about the kinetics and the mechanism of this transformation.

2

The Application of Neural Networks for Studying Phase Transformation by the Method of Acoustic Emission in Bearing Steel

Woźniak T. Z., Ranachowski Z., Ranachowski P., Ozgowicz W., Trafarski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1705--1712

EN

The research was carried out on steel 100CrMnSi6-4 under isothermal austempering resulting in forming the duplex structure: martensitic and bainitic. The kinetics of transformation was controlled by the acoustic emission method. Complex phase transformations caused by segregation and carbide banding occur at the low-temperature heat treatment of bearing steel. At the temperature close to Ms, a certain temperature range occurs where an effect of the first product of prior athermal martensite on the bainitic transformation can be observed. In the registered signal about 15 million various events were registered. There were considered three types of acoustic emission events (of high, medium and low energy), with relatively wide sections and with different spectral characteristics. It was found that the method of acoustic emission complemented by the application of neural networks is a sensitive tool to identify the kinetics of bainitic transformation and to show the interaction between martensitic and bainitic transformations.

PL

Badania realizowano na stali 100CrMnSi6-4 poddanej hartowaniu izotermicznemu, prowadzacemu do utworzenia struktury duplex: martenzytyczno-bainitycznej. Kinetykę przemian kontrolowano metodą emisji akustycznej. Przy niskotemperaturowej obróbce cieplnej stali łożyskowej występują złożone przemiany fazowe spowodowane segregacją i pasmowością węglików. W temperaturze zbliżonej do Ms, występuje pewien zakres temperatury, gdzie zaznacza się oddziaływanie wcześniejszego produktu przemiany martenzytycznej na przemianę bainityczną. W zarejestrowanym sygnale zarejestrowano około 15 milionów różnych zdarzeń. Uwzgledniono trzy rodzaje zdarzeń emisji akustycznej (o wysokiej, średniej i niskiej energii) o względnie szerokich przedziałach, o różnej charakterystyce widmowej. Stwierdzono, że metoda emisji akustycznej uzupełniona o zastosowanie sieci neuronowych jest czułym narzędziem do identyfikacji kinetyki przemiany bainitycznej oraz oddziaływania przemiany martenzytycznej na przemianę bainityczną.

3

Wpływ naprężeń mechanicznych w czasie hartowania stali na kinetykę przemiany bainitycznej

Woźniak T. Z.

Obróbka Metalu

|

2010

|

nr 2

22--30

4

Stanowisko do hartowania izotermicznego stali z zastosowaniem emisji akustycznej

Woźniak T. Z., Jeleńkowski J., Rożniatowski K., Ranachowski Z.

Obróbka Metalu

|

2010

|

nr 1

2-4

PL

Praca zawiera opis stanowiska do badania przemiany austenitu przechłodzonego metodą emisji akustycznej (EA). Wiadomo, że cechy EA są zależne od toru przejścia sygnału i nastaw aparatury pomiarowej, a uzyskiwane wyniki mają charakter jakościowy. Programy do obróbki graficznej umożliwiają rejestrację danych w formie wizualnej i czytelnej. Wykorzystuje się do tego celu szereg specjalistycznych programów komputerowych. Na podstawie uzyskiwanych charakterystyk graficznych EA można wnioskować o kinetyce i mechanizmie przemiany, co zobrazowano na przykładzie hartowania z przemianą izotermiczną stali łożyskowej. W pracy przedstawiono także ogólne podstawy dotyczące metodyki wykonywanych badań oraz rejestracji sygnałów EA.

5

Determination of bearing steel heat treatment with the use of the acoustic emission method

Woźniak T. Z.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 3 spec.

189--194

EN

A study on the control of an extremely important stage of the martensitic-bainitic austempering and obtaining the M-B structure in the 100CrMnSi6-4 steel with the use of the acoustic emission (AE) has been undertaken. In order to enrich retained austenite with carbon, steels are austempered at appropriately low temperatures. A martensitic transformation, resulting from diffusionless and displacive transformation is associated with significant AE signs. The strain energy produced during growth due to the shape change is reduced by plastic deformation. Predominant source of (AE) is the movement of dislocations in order to relieve internal stresses. The heat treatment was performed in a modern, purpose-constructed device which simultaneously records acoustic emission effects. The signals were recorded with the use of an AE analyzer 20–800 kHz, and they were received by means of a broadband piezoelectric transducer with the use of a specialist card with a sampling frequency of 1200 kHz. The results regarding a correlation of austempering temperature and the maximum number of AE events and dilatometric results have been presented. This parameter can be used for precise Ms temperature estimation. Basing on microstructural investigations, it has been found that previously formed marten site with midrib morphology also accelerates the bainitic transformation.

6

Analiza strukturalna produktów przemiany bainitycznej w zakresie podwójnego rozpadu austenitu

Woźniak T. Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 2

53-58

PL

Badania wykonano na stali wysokowęglowej o zawartości 1,1 % (wag). Mikrostruktury badano metodą mikroskopii świetlnej i elektronowej Zakres podwójnego rozpadu austenitu wyznaczono przy pomocy badań dylatometrycznych. Ocenę stopnia przemiany umożliwiły badania ilościowe przy pomocy mikrokomputerowego analizatora mikrostruktur z wykorzystaniem metody siecznych przypadkowych. Na tej podstawie opracowano krzywe kinetyczne rozpadu austenitu przechłodzonego oraz krzywe CTP,. Stwierdzono, że począwszy od temperatury ok. 220 °C krzywe CTPi wykazują systematyczne skracanie okresu inkubacji. Przyspieszanie rozpadu jest tym większe, im niższa jest temperatura przemiany. W zakresie przyspieszonego początku przemiany zachodzi podwójny rozpad austenitu metastabilnego. W pierwszym etapie przemiany dominują grubsze płytki bainitu dolnego, dla których miejscami zarodkowania są tzw. midriby. W drugim etapie przemiany dominuje typowy bainit dolny, który zarodkuje na granicach ziaren. Potwierdzają to zarówno analizy kinetyczne, obserwacje mikrostrukturalne oraz badania rozkładów parametrów geometrycznych płytek. Zmiany zachodzące w geometrii płytek określono na podstawie rozkładów długości do ich grubości, dla udziałów ilościowych powyżej 50%. Do wyznaczenia rozkładów parametrów geometrycznych zastosowano analizator obrazu. Wraz ze wzrostem temperatury przemiany zachodzi rozdrobnienie struktury spowodowane zmniejszaniem udziału ilościowego grubszego bainitu dolnego z midribem. Powoduje to przesunięcie rozkładów w kierunku większych wartości L/d. Stwierdzono występowanie efektu wzajemnej stymulacji zarodkowania płytek o morfologii motylkowej (butterfly). Efekty autokatalizy wywołują tworzenie charakterystycznych elementów strukturalnych typu zygzakowego lub w kształcie choinki. Wewnątrz płytek bainitu zaobserwowano efekty świadczące o występowaniu midribu.

EN

The research was made on 1.1 C wt. % high carbon steel. Micro-structures were tested by using light and electron microscopy. The range of double decomposition was determined by dylatometric tests. The assessment of the transformation rate was possible, owing to the quantitative analyses with the use of microcomputer analyser of microstructures and the method of randomized secant method. Considering the obtained results, kinetic curves of the overcooled austenite decomposition and TTT diagrams were developed. It was stated that, starting from app. 220 °C, the TTT diagrams revealed the reduction in incubation time. The higher the acceleration of the austenite decomposition the lower the transition of the temperature. Within the range of the accelerated start of the reaction, a double decomposition of the meta-stable austenite takes place. At the first stage of the transformation, thicker platelets of lower bainite are dominant, for which midribs are the nucleation sites, but in the next stage a "classic" lower bainite prevails, nucleating within the scope of grain boundaries. It has been proven by both kinetic microstructure observations and the analyses of the geometric parameters plate distribution. Changes observed in plate geometries were determined, basing on their length distributions with reference to their widths (thicknesses), for volume fractions above 50%. A image analyzer set was used to determine the distribution of geometrical parameters. Along with the growth of the reaction temperature, a structure refinement takes place, being a result of decreasing a volume fraction of a thicker lower bainite with a midrib. It induces the displace of the distributions toward higher values of L/d. The effect of mutual stimulation in the nucleation of the butterfly-shaped plates was observed. The influence of autocatalysis results in forming characteristic zig-zag or conifer structural elements. The effects proving the existence of midrib were observed within the boundaries of the bainite plates.

7

Acoustic emission during austenite decomposition into lower bainite with midrib

Woźniak T. Z., Ranachowski Z.

Archives of Acoustics

|

2006

|

Vol. 31, No. 3

319-333

EN

Phenomena accompanying bainitic transformation in the range of swing back were investigated by using acoustic methods and microscopic analyses. It has been found out that midribs are probably formed in the first few dozen seconds. Plates of a midrib are a twinned thin-plate martensite. While forming midribs, sources of displacement are activated. Rapid local deformations exceeding the limit of plasticity produce large acoustic effects. Midribs are the first elements of the formed sheaves of bainite and privileged sites for bainite nucleation. The tests were made by using specimens of high-carbon steel with 1.1C wt.%, where a very clear range of the accelerated start of bainite transformation was observed. This range was determined earlier by using dilatometric measurements. It was stated that morphology of microstructures of lower bainite with a midrib (LBM) shows butterfly-shaped arrangement of plates, which is induced by midribs. An outline of the acoustic spectrum corresponds with a characteristic of the continuous precipitation.

8

Austenite double decomposition into bainite in high carbon steels

Woźniak T. Z.

Advances in Materials Science

|

2005

|

Vol. 5, nr 1-3

80-97

EN

This paper describes a model of bainitic transformation. The model takes into consideration a range of lower bainite in high carbon steels (the swing back effect near the temperature Ms). The models take into account a simultaneous decomposition of austenite into two transformation products: bainite at the austenite grain boundary and on martensite spines. Analyses concerning the nucleation of sub-plates have been presented. Having two models assumes that the subplate growth is of a logarithmic and exponential character. In order to calculate a volume fraction of two components of bainite fB1 and fB2 , formulas linking an actual volume increase of the components with their current growth have been applied, leading to extended volume. The results of dilatometric studies and quantitative analyses of micro structural components were used in optimizing procedures.

9

Modelowanie kinetyki równoczesnego rozpadu austenitu na dwa produkty

Woźniak T. Z.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy

|

2004

|

Z. 54(243)

315-328

PL

W artykule opisano model przemiany bainitycznej uwzględniający zakres bainitu dolnego w stalach wysokowęglowych, które wykazują efekt swing back w pobliżu temperatury Ms. Przedstawiono analizy dotyczące zarodkowania sub-płytek. W założeniach do modelu przyjęto, że wzrost subpłytek ma charakter logarytmiczno-potęgowy. W celu obliczenia ułamka objętościowego składników fB1 i fB2 zastosowano wzory łączące wzrost rzeczywistej objętości składników z ich bieżącym przyrostem uwzględniającym wzajemne zderzenia cząstek. Model ten uwzględnia równoczesny rozpad austenitu na dwa produkty. W procedurach optymalizacyjnych zastosowanych do wyznaczenia współczynników równań wykorzystano wyniki badań dylatometrycznych i analiz ilościowych składników mikrostrukturalnych.

EN

This paper describes a model of bainitic transformation. The model takes into consideration a range of lower bainite in high carbon steels indicating the swing back effect near the temperature Ms. Analyses concerning subplates nucleation have been presented. The model assumes that subplate growth is of a logarithmic and exponential character. In order to calculate a volume fraction of the components fB1 and fB2, the formulas linking an actual volume increase of the components with their current growth have been applied. The model takes into account a simultaneous decomposition of austenite into two transformation products. In optimizing procedures, the results of dilatometric studies and quantitative analyses of micro structural components were used.

10

Modele kinetyczne przemian fazowych

Woźniak T. Z.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy

|

2002

|

Z. 53(241)

291-299

PL

W artykule opisano modyfikację teorii Avramiego całkowitej kinetyki przemiany przystosowanej do bainitu dolnego w zakresie swing back. W opisie całkowitej kinetyki przemiany zachodzi równoczesny rozpad austenitu na dwa produkty, które posiadają oddzielne krzywe C. Obie przemiany zachodzą przez tworzenie skupisk równoległych płytek zwanych jako wiązki. W modelu, szerokość subpłytek na szczycie wiązki jest taka sama jak w miejscu zarodkowania, rosną one liniowo do ograniczonego rozmiaru w funkcji czasu.

EN

This paper describes a modification of the Avrami overall transformation kinetics theory adapted to lower bainite in the swing back range. The overall transformation kinetics includes the simultaneous decomposition of austenite into two transformation products that have separate C-curves. Both transformations occur by means of a formation of new, paralled platelets in clusters known as sheaves. The width of a subunit near the tip of a sheaf is approximately the same as in a nucleation site of others. They grow to limited size with linear dependence in time.

11

Kinetyka i morfologia produktu przemiany bainitycznej w obszarze zbliżonym do Ms.

Woźniak T. Z.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2002

|

T. 23, nr 4

351-374

PL

Wykonano badania dylatometryczne podczas hartowania stali węglowej z przemianą izotermiczną w temperaturach zbliżonych do Ms oraz badania uzupełniające z zastosowaniem analizy ilościowej. Na podstawie otrzymanych krzywych kinetycznych przemiany austenitu, w temperaturach 403-523 K, sporządzono wykres CTPi. Wyznaczono energię aktywacji we wszystkich charakterystycznych zakresach. W obszarze bainitu dolnego BD otrzymano dwa różne poziomy energii aktywacji, co jest spowodowane zmianami w kinetyce wzrostu i zarodkowania ferrytu podczas postępu przemiany. Zaobserwowano morfologię butterfly w zakresie występowania bainitu dolnego z midribem - BDM. Z występowaniem tej morfologii związane jest odchylenie od praw termodynamiki. Wykazano, że klasyczne metody obliczania energii aktywacji przemiany bainitycznej prowadzą do całkowitego pominięcia początkowych etapów przemian w niższych temperaturach oraz etapu końcowego w wyższych temperaturach. Potwierdzono przydatność zastosowania równania Johnsona-Mehla do opisu wzajemnie nakładających się na siebie przemian fazowych, w obszarze niskotemperaturowych zmian w kinetyce przemiany bainitycznej.

EN

Dilatometric investigations were carried out during isothermal transformation in high-carbon steel in the vicinity of M, and complementary research with quantitative analysis was made. A time-temperature-transformation diagram was drawn on the base of kinetic curves of austenite transformation at temperatures 403-523 K. Activation energies in all characteristic ranges were determined. Two separate levels of activation energy were found in the area of lower bainite - BD, which is related to a change in growth rates and nucleation rates of bainitic ferrite during advancement of the reaction. A butterfly morphology has been observed in the range of lower bainite with midrib - BDM. The occurrence of this morphology entails deviation from thermodynamics law. It was found that the classical methods used to calculate activation energy would totally neglect the initial ranges of transformations at lower temperatures and the final range at upper temperatures. The application of Johnson-Mehl equation was confirmed as useful to describe mutually overlaying fragments of phase transitions in the range of swing back.