پیش‌بینی رفتار شارش داغ فولاد میکروآلیاژی با استفاده از مدل جانسون-کوک اصلاح‌شده

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 10، دوره 32، شماره 2، بهار و تابستان 1400، صفحه 125-136  

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2021.67108.0

نویسندگان

حمید احمدی¹؛ حمیدرضا رضایی آشتیانی ²؛ محمد حیدری¹

¹گروه مهندسی مکانیک، واحد الیگودرز دانشگاه آزاد اسلامی، الیگودرز، ایران.

²دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران.

چکیده

مدل‌های رفتاری به‌عنوان ابزاری قدرتمند برای پیش‌بینی رفتار پیچیدۀ ماده در شرایط پیچیده تغییر شکل استفاده می‌شوند. این معادلات می‌توانند رفتار شارشی مواد را با دقت مناسب در شرایط تغییر شکل مدل‌سازی و کنترل کنند. در این تحقیق یک مدل اصلاح‌شده از مدل رفتاری جانسون-کوک که در آن پارامترهای تغییر شکل دما، نرخ کرنش و کرنش در نظر گرفته ‌شده است برای پیش‌بینی رفتار فولاد میکروآلیاژی L80 که دارای کاربرد گسترده در لوله‌های فولادی است، توسعه داده ‌شده است. برای توسعۀ این مدل از داده‌های آزمون‌های فشار داغ تک‌محوره در دماهای 1373-1173 کلوین و نرخ‌های کرنش 1-001/0 بر ثانیه استفاده ‌شده است. نتایج تحلیل ریزساختاری، رفتار شارشی ماده را به‌درستی توصیف می‌کند. بررسی نتایج نشان می‌دهد که مدل توسعه داده‌شده با درنظرگرفتن اثرات نرم‌شوندگی حاصل از دما و سخت‌شوندگی ناشی از کرنش و نرخ کرنش، پیش‌بینی مناسبی از رفتار کار داغ فولاد میکروآلیاژی ارائه کرده است و می‌توان از این مدل در شبیه‌سازی فرایندهای تولید این فولاد در دما بالا استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

معادلۀ رفتاری؛ مدل جانسون-کوک اصلاح‌شده؛ تغییر شکل داغ؛ تنش شارش؛ ریزساختار

سایر فایل های مرتبط با مقاله

10-a.pdf

مراجع

1. Faria, G.L., Paula, J.M.A. and Lima, M.S.F., "Characterization of phase transformations and microstructural changes in an API 5CT L80 steel grade during Ni alloy laser cladding", Materials Research, Vol. 21, NO. 5, pp. 1-9, (2018).
2. Kennedy, J.R., Wiskel, J.B., Ivey, D.G. and  Henein, H., "L80 pipe steel microstructure assessment using ultrasonic testing",  Materials Science and Technology, Vol. 35, NO. 16, pp. 1942–1949, (2019).
3. Rezaei Ashtiani, H.R., Parsa, M.H. and Bisadi, H., "Constitutive equations for elevated temperature flow behavior of commercial purity aluminum", Materials Science and Engineering A, Vol. 545, pp. 61-67, (2012).
4. Lin, Y.C. and Chen, X.M., "A review of experimental results and constitutive description for metals in hot working", Materials and Design, Vol. 32, NO. 4, pp.1733-1759, (2011).
5. Mandal, S., Rakesh, V., Sivaprasad, P.V., Venugopal, S. and Kasiviswanathan, K.V., "Constitutive equations to predict high temperature flow stress in a Ti-modified austenitic stainless steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 500, NO. 1, pp. 114-121, (2009).
6. Rezaei Ashtiani, H.R. and Shahsavari, P., "Strain-dependent constitutive equations to predict high temperature flow behavior of AA2030 aluminum alloy", Mechanics of Materials, Vol. 100, pp. 209-218, (2016).
7. Lin, Y.C., Li, Q.F, Xia. Y.C. and Li, L.T., "A phenomenological constitutive model for high temperature flow stress prediction of Al-Cu-Mg alloy", Materials Science and Engineering A, Vol. 534, pp. 654–62, (2012).
8. Mohanraj, M. and Dong, W.D., "Johnson Cook material and failure model parameter estimation of AISI-1045 medium carbon steel for metal forming application", Materials, Vol. 12, No. 4, pp. 1-18, (2019).
9. Rezaei Ashtiani, H.R. and Shahsavari, P., "A comparative study on the phenomenological and artificial neural network models to predict hot deformation behavior of AlCuMgPb alloy", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 687, pp. 263–273, (2016).
10. Wang, Y.P., Han, C.J., Wang, C. and Li, S.K., "A modified Johnson-Cook model for 30Cr2Ni4MoV rotor steel over a wide range of temperature and strain rate", Journal of Materials Science, Vol. 46, pp. 2922–2927, (2011).
11. Xu, L., Chen, L., Chen, G. and Wang, M., "Hot deformation behavior and microstructure analysis of 25Cr3Mo3NiNb steel during hot compression tests", Vacuum, Vol. 147, pp. 8–17, (2018).
12. He, A., Xie, G., Zhang, H. and Wang, X., "A comparative study on Johnson-Cook, modified Johnson-Cook and Arrhenius-type constitutive models to predict the high temperature flow stress in 20CrMo alloy steel", Materials and Design, Vol. 52, pp. 677–685, (2013).
13. He, J., Chen, F., Wang, B. and Zhu, L.B., "A modified Johnson-Cook model for 10%Cr steel at elevated temperatures and a wide range of strain rates", Materials Science and Engineering A, Vol. 715, pp. 1–9, (2018).
14. Bobbili, R. and Madhu, V., "Constitutive modeling of hot deformation behavior of high-strength armor steel", Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 25, pp.1829–1838, (2013).
15. Li, H.Y., Wang, X.F., Duan, J.Y. and Liu, J.J., "A modified Johnson Cook model for elevated temperature flow behavior of T24 steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 577, pp. 138–146, (2013).
16. Ahmadi, H., Rezaei Ashtiani, H.R. and Heidari, M., "A comparative study of phenomenological, physically-based, and artificial neural network models to predict the Hot flow behavior of API 5CT-L80 steel", Materials Today Communications, Vol. 25, pp. 101528, (2020).
17. Verlinden, B., Driver, J., Samajdar, I. and Doherty, D., "Thermo-mechanical processing of metallic materials”, Elsevier Science publication, Amsterdam, pp. 57-105, (2007).
18. Lin, Y.C., Wu, X.Y., Chen, X.M., Chen, J., Wen, D.X., Zhang, J.L. and Li, L.T., "EBSD study of a hot deformed nickel-based superalloy", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 640, pp. 101–113, (2015).
19. Saadatkia, S., Mirzadeh, H. and Cabrera, J.M., "Hot deformation behavior, dynamic recrystallization, and physically-based constitutive modeling of plain carbon steels", Materials Science and Engineering A, Vol. 636, pp.196–202, (2015).
20. Zhao, L., Park, N., Tian, Y., Shibata. A. and Tsuji, N., "Combination of dynamic transformation and dynamic recrystallization for realizing ultrafine-grained steels with superior mechanical properties", Scientific Reports, Vol. 6, pp. 1-11, (2016).
21. Lin, Y.C., Chen, X.M. and Liu, G., "A modified Johnson-Cook model for tensile behaviors of typical high-strength alloy steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 527, pp. 6980–6986, (2010).