Constitutive model of graded micro-structure obtained via strain induced phase transformation
Wariant tytułu
Model struktury gradientowej otrzymanej w wyniku przemiany fazowej sterowanej odkształceniem
Autor
Ortwein, Rafał
Promotor
prof. dr hab. inż. Błażej Skoczeń
Data wydania
2015
Data obrony
22.06.2015
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Słowa kluczowe
model konstytutywny, przemiana fazowa, skręcanie, stale austenityczne, elementy o strukturze gradientowej
constitutive model, phase transformation, torsion, austenitic steels, graded structural elements
Abstrakt
W pracy przedstawiono badania eksperymentalne i opis konstytutywny materiału podlegającego przemianie fazowej indukowanej odkształceniem plastycznym. Celem pracy była weryfikacja możliwości sterowania mikrostrukturą (rozumianą jako rozkład zawartości fazy martenzytycznej na przekroju pręta) przy pomocy kontrolowanego procesu skręcania prętów ze stali austenitycznych. Przedstawiono model konstytutywny kontinuum trójwymiarowego podlegającego przemianie fazowej oraz rozwiązanie analityczne dla przypadku prostego skręcania. Wykonano szereg testów na próbek ze stali 304, 304L, 316L, 316LN w temperaturach 77K oraz 293K. Zastosowano przyrostowy sposób przykładania momentu skręcającego (klucz dynamometryczny), tzn. od zerowe cykle o rosnącej amplitudzie. Na podstawie wyników eksperymentalnych zidentyfikowano parametry modelu konstytutywnego oraz kinetyki przemiany fazowej. Dokonano pomiaru zawartości martenzytu na przekrojach poprzecznych skręconych próbek (przy użyciu Feritscopu), mikrotwardości, przeprowadzono również badania mikroskopowe. Rozkład martenzytu okazał się funkcją w przybliżeniu paraboloidalną. Zmierzono ewolucję zawartości martenzytu na powierzchni prętów podczas skręcania. Przeprowadzono testy cykliczne dla próbek ze stali 304, 304L, 316L, 316LN wraz z pomiarem zawartości martenzytu po każdym cyklu obciążenia. Przeprowadzono szereg testów rozciągania próbek z funkcjonalnie ukształtowaną zawartością martenzytu na przekroju, dla których również wykonano testy ściskania osiowego.
The doctoral thesis consists of experimental and theoretical research concerning continuum undergoing plastic strain induced phase transformation. The goal of the research was to test the possibility of controlling the microstructure (distribution of the martensitic phase within cross-section) by twisting (controlled angle of twist) bars made of austenitic stainless steel. 3D constitutive model of a continuum was developed. Analytical solutions were derived for simple torsion (torque versus twist angle, shear stress versus shear strain). Many samples have been tested (steels 304, 304L, 316L, 316LN) in cryogenic (77K) and room temperature conditions (293K). The torque was measured and applied via torque wrench. This method implied necessary unloading, thus cycles of increasing amplitude were applied. Based on the experimental results parameters of the constitutive model were identified. Good correlation was found between experimental and theoretical results. Several cross-sections were tested for martensite content (using Feritscope), micro-hardness and microstructure . Martensite content was approximately paraboloidal function within cross-sections. Evolution of martensite content was measured during torsion tests on the surface of the samples. Many cyclic torsion test were carried out on bars made of 304, 304L, 316L, 316LN steels, martensite content was measured on the surface after every cycle. Tensile and axial compression test were performed on bars with functionally formed martensite distribution. Axial compression was modeled in Ansys with very good agreement.
