تحلیل تجربی و عددی رشد آسیب نرم و تغییرفاز مارتنزیت در دمای محیط برای فولادهای ضد زنگ 304، 316 و 321

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی رشد آسیب و تبدیل فاز مارتنزیت، در دمای محیط برای فولادهای ضد زنگ 304، 316 و 321 به صورت عددی و تجربی پرداخته ‌شده ‌است. هر آزمون شامل دو مرحله می‌باشد، مرحله‌ی اول آزمون کشش استاندارد و مرحله‌ی دوم آزمون پراش پرتوی X به منظور تعیین فازهای موجود در قطعه‌ی کشیده شده می‌باشد. در مرحله‌ی اول آزمون‌های کشش به ازای جابجایی‌های مختلف به صورت بارگذاری-باربرداری انجام شده‌است و نمودارهای نیرو‌_جابجایی مربوط به آن و رشد آسیب با استفاده از شیب باربرداری بدست آمده‌است. سپس، نمونه‌ها توسط دستگاه واتر جت برش داده می شوند و تحت آزمون پراش پرتوی X قرار گرفته و فازهای موجود در قطعه ‌‌وکسر‌حجمی مارتنزیت آنها تعیین شده‌است. به کمک خواص بدست آمده از آزمون‌های ‌تجربی، مدل عددی با اجرای کد ‌UMAT در نرم‌افزار ABAQUS انجام شده‌است. این شبیه سازی شامل دو بخش تبدیل‌ فاز از آستنیت به مارتنزیت و رشد‌ آسیب می باشد که در این پژوهش با ترکیب این دو مدل، مدل‌های نهایی ارائه گردیده که قادر است به صورت همزمان هر دو پدیده را در دمای محیط پیش بینی کند. در نهایت نتایج آزمون‌های تجربی و شبیه‌سازی‌های عددی، مقایسه شده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[[1]]          Skoczen, Balzej T. Compensation systems for low temperature applications. Springer Science & Business Media, 2004.
[[1]]          Homayounfard, M., and M. Ganjiani. A large deformation constitutive model for plastic strain-induced phase transformation of stainless steels at cryogenic temperatures. International Journal of Plasticity 156, 103344, 2022.
[[1]]          Garion, C., and B. Skoczen. Modeling of plastic strain-induced martensitic transformation for cryogenic applications. J. Appl. Mech. 69.6, 755-762, 2002.
[[1]]          Garion, Cedric, and Blazej Skoczen. Combined model of strain-induced phase transformation and orthotropic damage in ductile materials at cryogenic temperatures. International Journal of Damage Mechanics 12.4, 331-356, 2003.
[[1]]          Lemaitre, Jean. A continuous damage mechanics model for ductile fracture. 83-89, 1985.
[[1]]          Lee, Chi-Seung, et al. Viscoplastic damage model for austenitic stainless steel and its application to the crack propagation problem at cryogenic temperatures. International Journal of Damage Mechanics 22.1, 95-115, 2013.
[[1]]          Egner, Halina, and Maciej Ryś. Total energy equivalence in constitutive modeling of multidissipative materials. International Journal of Damage Mechanics 26.3, 417-446, 2017.
[[1]]          Ortwein, Rafał, Maciej Ryś, and Błażej Skoczeń. Damage evolution in a stainless steel bar undergoing phase transformation under torsion at cryogenic temperatures. International Journal of Damage Mechanics 25.7 (2016): 967-1016.
[[1]]         Egner, Halina, and Maciej Ryś. Total energy equivalence in constitutive modeling of multidissipative materials. International Journal of Damage Mechanics 26.3, 417-446, 2017.
[[1]]         Egner, H., B. Skoczeń, and M. Ryś. Constitutive and numerical modeling of coupled dissipative phenomena in 316L stainless steel at cryogenic temperatures. International Journal of Plasticity 64, 113-133, 2015.
[[1]]         Saanouni, Khemais, and Pierre Devalan. Thermomechanically-Consistent Modeling of the Metals Behavior with Ductile Damage. Damage Mechanics in Metal Forming, 63-242, 2012.
[[1]]         Al-Rub, Rashid K. Abu, and George Z. Voyiadjis. On the coupling of anisotropic damage and plasticity models for ductile materials. International Journal of Solids and Structures 40.11, 2611-2643, 2003.
[[1]]         Ryś, M., and B. Skoczeń. Coupled constitutive model of damage affected two-phase continuum. Mechanics of Materials 115, 1-15, 2017.
[[1]]         Kazemi, Seyed Saied, et al. Numerical and experimental analysis of damage evolution and martensitic transformation in AISI 304 austenitic stainless steel at cryogenic temperature. International Journal of Applied Mechanics 11.02, 1950012, 2019.
[[1]]         Trinh, Truong Duc, and Takeshi Iwamoto. A crystal plasticity simulation on strain-induced martensitic transformation in crystalline TRIP steel by coupling with cellular automata. Metals 11.8, 1316, 2021.
[[1]]         Lemaitre, Jean. A course on damage mechanics, Engineetieg Fracture Mechanics, 643-661,1987.
[[1]]         Murakami, Sumio. Continuum damage mechanics: a continuum mechanics approach to the analysis of damage and fracture. Vol. 185. Springer Science & Business Media, 2012.
[[1]]          Homayounfard, Milad, Mehdi Ganjiani, and Farnaz Sasani. Damage development during the strain induced phase transformation of austenitic stainless steels at low temperatures. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 29.4, 045004, 2021.
[[1]]          Reed, H. P. "Martensitic Transformations in Fe-Cr-Ni Stainless Steels." Austenitic Steels at Low Temperatures. Boston, MA: Springer US, 41-67, 1983.
[[1]]          Lebedev, A. A., and V. V. Kosarchuk. Influence of phase transformations on the mechanical properties of austenitic stainless steels. International Journal of Plasticity 16.7-8, 749-767, 2000.
[[1]]          Olson, G. B., and Morris Cohen. Kinetics of strain-induced martensitic nucleation. Metallurgical transactions A 6, 791-795, 1975.
[[1]]          Shin, Hong Chul, Tae Kwon Ha, and Young Won Chang. Kinetics of deformation induced martensitic transformation in a 304 stainless steel. Scripta Materialia 45.7, 823-829, 2001.
[[1]]          ASTM Int., Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials 1, Astm, no. C, 1-27, 2009.
[[1]]          E. ISO,7500-1 Metalic Materials-tensile testing part 3, 2018.
[[1]]          European Standard 10002, Metalic Materials-Tensile Testing, 2007.
[[1]]           software of PANalytical Company product. Version  4.9
[[1]]           Naghizadeh, Meysam, and Hamed Mirzadeh. Microstructural evolutions during annealing of plastically deformed AISI 304 austenitic stainless steel: martensite reversion, grain refinement, recrystallization, and grain growth. Metallurgical and Materials Transactions A 47,  4210-4216, 2016