Sensitivity of material properties on distortion and residual stresses during metal quenching processes

Nallathambi, Ashok Kumar; Kaymak, Yalcin; Specht, Eckehard; Bertram, Albrecht

doi:10.1016/j.jmatprotec.2009.09.001

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“…It is best to utilize the characteristics of quenching residual stress evolution and quench-induced phase transformation during quenching to design the quenching technology. Nallathambi et al [17] studied the influence of thermal, metallurgical, and mechanical properties on the final distortion and residual stresses during quenching. However, the effect of material properties on the evolution of residual stress at different temperatures is still unclear.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Influence of Temperature-Dependent Properties of Aluminum Alloy on Evolution of Plastic Strain and Residual Stress during Quenching Process

Zhang

Huang

et al. 2017

Metals

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Abstract:To lessen quenching residual stresses in aluminum alloy components, theory analysis, quenching experiments, and numerical simulation were applied to investigate the influence of temperature-dependent material properties on the evolution of plastic strain and stress in the forged 2A14 aluminum alloy components during quenching process. The results show that the thermal expansion coefficients, yield strengths, and elastic moduli played key roles in determining the magnitude of plastic strains. To produce a certain plastic strain, the temperature difference increased with decreasing temperature. It means that the cooling rates at high temperatures play an important role in determining residual stresses. Only reducing the cooling rate at low temperatures does not reduce residual stresses. An optimized quenching process can minimize the residual stresses and guarantee superior mechanical properties. In the quenching process, the cooling rates were low at temperatures above 450 • C and were high at temperatures below 400 • C.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Influence of Temperature-Dependent Properties of Aluminum Alloy on Evolution of Plastic Strain and Residual Stress during Quenching Process

Zhang

Huang

et al. 2017

Metals

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“…In most cases, compressive residual stresses near the surface of the tools are favoured. The origin of residual stress can be divided into three categories: mechanical, thermal, and metallurgical [2]. Shot peening or grinding are examples for mechanically induced residual stresses where plastic deformations occur near the surface.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Size Effects in Residual Stress Formation during Quenching of Cylinders Made of Hot-Work Tool Steel

Schemmel¹,

Prevedel²,

Schöngrundner³

et al. 2015

Advances in Materials Science and Engineering

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The present work investigates the residual stress formation and the evolution of phase fractions during the quenching process of cylindrical specimens of different sizes. The cylinders are made of hot-work tool steel grade X36CrMoV5-1. A phase transformation kinetic model in combination with a thermomechanical model is used to describe the quenching process. Two phase transformations are considered for developing a modelling scheme: the austenite-to-martensite transformation and the austeniteto-bainite transformation. The focus lies on the complex austenite-to-bainite transformation which can be observed at low cooling rates. For an appropriate description of the phase transformation behaviour nucleation and growth of bainite are taken into account. The thermomechanical model contains thermophysical data and flow curves for each phase. Transformation induced plasticity (TRIP) is modelled by considering phase dependent Greenwood-Johnson parameters for martensite and bainite, respectively. The influence of component size on residual stress formation is investigated by the finite element package Abaqus. Finally, for one cylinder size the simulation results are validated by X-ray stress measurements.

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“…La distorsión producida en un acero cuando es sometido a un proceso termo-mecánico se origina por la presencia de varios factores de naturaleza térmica, mecánica y microestructural que influyen conjuntamente e interaccionan de manera simultánea (Canale y Totten, 2005;Arimoto et al, 2009;Nallathambi et al, 2010). En la mecánica del continuo la distorsión se analiza por medio del campo de deformaciones del material.…”

Section: Introductionunclassified

“…La transformación empieza y termina a unas temperaturas denominadas M S y M F , respectivamente. Por otra parte, la temperatura M S desciende cuando aumenta el contenido de carbono en el acero (Nallathambi et al, 2010) y por lo tanto, los aceros con mayor contenido en carbono tienden a retener más cantidad de austenita. Para calcular el valor de la temperatura M S se utilizan ecua ciones fenomenológicas, como la descrita por Steven y Haynes, (1956), válida para aceros que contengan hasta un 0,5% de carbono en peso (x C = 0,5) (Ec.…”

Section: Introductionunclassified

“…El porcentaje de austenita retenida será mayor cuanto más bajas sean las temperaturas M S y M F para un determinado acero, ya que si la temperatura final de enfriamiento es superior a la temperatura M F , la transformación austenita-martensita es incompleta. La cantidad de austenita retenida obtenida durante un enfriamiento continuo ha sido estudiada desde hace déca-das (Yao et al, 2004;Telher, 2009;Nallathambi et al, 2010) y se ha demostrado que afecta a la inestabilidad dimensional en procesos posteriores de revenido, y su valor da una idea inicial de la capacidad de transformación de la austenita en el acero después de haber realizado un determinado tratamiento térmico. Por otra parte, la tendencia al agrietamiento de un acero durante un enfriamiento está relacionada con el contenido en carbono equivalente (C eq ) (Canale y Totten, 2005) El agrietamiento se origina debido a la concentración de esfuerzos por la presencia de defectos tales como agujeros, bordes en ángulo recto y otras heterogeneidades geométricas, que se ve favorecida por la presencia de defectos microscópicos en el material como segregación de carburos y nitruros.…”

Section: Introductionunclassified

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Influencia de la transformación austenita-martensita en la estabilidad dimensional de un nuevo acero para herramientas aleado con niobio (0,08%) y vanadio (0,12%)

Ortega¹,

Candela²,

Martínez³

et al. 2014

REVMETAL

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Influencia de la transformación austenita-martensita en la estabilidad dimensional de un nuevo acero para herramientas aleado con niobio (0,08%) y vanadio (0,12%) RESUMEN: Se ha estudiado la influencia de la transformación de austenita a martensita en la estabilidad dimensional de un acero experimental para herramientas aleado con niobio (0,08% en peso) y vanadio (0,12% en peso). La estabilidad dimensional del acero experimental fue comparada con la de un acero comercial antes y después de ser sometidos, ambos aceros, a dos tratamientos térmicos diferentes. Los tratamientos térmicos consistieron en un calentamiento y mantenimiento durante una hora a temperaturas de 860 °C (T1) y 900 °C (T2) y un enfriamiento final en horno con nitrógeno (N 2 ) a 1 atmósfera de presión. Inicialmente, se determinaron las composiciones del acero experimental y comercial, mediante técnica de luminiscencia (GDL), y las temperaturas de transformación Ac 1 y Ac 3 del acero experimental, mediante ensayos dilatométricos, para seleccionar las temperaturas de austenización de los tratamientos T1 y T2. Posteriormente, tras medir la dureza de ambos aceros, se caracterizó la microestructura de los dos aceros mediante técnicas de Difracción de Rayos X (XRD) y metalografía óptica, antes y después de los tratamientos térmicos T1 y T2. Por último, se realizaron los análisis de estabilidad dimensional longitudinal y angular por medio de las medidas de las probetas anulares de los aceros comercial y experimental. Los resultados obtenidos tras haber realizado un contraste de hipótesis mostraron que la variación relativa longitudinal máxima calculada para el acero experimental fue del 0,2% y su variación relativa angular no fue significativa.PALABRAS CLAVE: Aceros de herramientas; Austenita; Estabilidad dimensional; Martensita; Niobio; Transformaciones de fase; Vanadio Citation / Cómo citar este artículo: Conejero G., Candela, N., Pichel, M., Barea Del Cerro, R., Carsí, M. (2014) "Influencia de la transformación austenita-martensita en la estabilidad dimensional de un nuevo acero para herramientas aleado con niobio (0,08%) y vanadio (0,12%)". Rev. Metal. 50(3): e018. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ revmetalm.018. (0.08% wt.) and vanadium (0.12% wt.). Austenite-martensite transformation influence on the dimensional stability of a new experimental tool steel alloyed with niobium (0.08% wt.) and vanadium (0.12% wt.) has been studied. The dimensional stability of this new steel was compared with the dimensional stability of commercial steel, after and before two thermal treatments, T1 (860 °C) and T2 (900 °C). The thermal treatments consisted on heating and cooling, at 1 atmosphere of pressure, in N 2 atmosphere furnace, fol lowing by heating in a conventional furnace at 180 °C during 1 hour. Initially, the experimental steel composition and Ac 1 and Ac 3 transformation temperatures were determined by glow-discharge luminescence (GDL) and dilatometric tests, respectively, in order to select the austenization temperatures of T1 and T2 treatments. After ha...

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Sensitivity of material properties on distortion and residual stresses during metal quenching processes

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