Título

ANÁLISE NUMÉRICA DA INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO NA INVERSÃO DAS TENSÕES TÉRMICAS E NO ESTADO FINAL DE TENSÃO RESIDUAL APÓS TÊMPERA

NUMERICAL ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE COOLING RATE ON THE THERMAL STRESS REVERSAL AND THE FINAL RESIDUAL STRESS STATE AFTER HARDENING

Autoria

Echeverri, Edwan Anderson Ariza; Tschiptschin, André Paulo

DOI

10.5151/2594-5327-21149

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Resumo

O objetivo deste trabalho é analisar a influência que tem o ponto de inversão do sinal das tensões térmicas, no desenvolvimento das tensões de transformação produzidas pelo tratamento térmico de têmpera plena, em um cilindro de aço AISI/SAE 4340. Com este objetivo foi feito um modelo matemático que utiliza o software AC3 de modelagem de tratamentos térmicos (curvas de transformação, curvas de resfriamento e microestrutura do material), para alimentar um modelo de elementos finitos, considerando acoplamento termomecânico e comportamento não linear elasto-plástico. Os valores das propriedades físicas e mecânicas necessárias para previsão da evolução das tensões foram incluídos levando em conta a dependência da temperatura e as fases presentes em função do tempo de tratamento. Os resultados mostraram que quando o aumento de volume associado à transformação de fase martensítica ocorre depois do ponto de inversão das tensões térmicas, a peça fica com tensões de compressão na superfície e de tração no centro ao final do processo de tratamento térmico; já no caso em que a transformação martensítica acontece, tanto na superfície quanto no centro, antes da mudança de sinal das tensões térmicas, ocorre mais uma vez uma inversão de tensões, ficando a peça com tensões de tração na superfície e de compressão no núcleo.

 

The aim of this work is to analyze the influence that the point of sign inversion of the thermal stress on the residual stress pattern developed during quench hardening of an AISI/SAE 4340 cylinder. A mathematical model using the results of the Ac3 software for forecasting transformation curves, cooling curves, microstructure and material hardness of low alloy high strength steels, combined with a finite element model, considering thermal-mechanical coupling and non-linear elastic-plastic behavior is proposed. The temperature dependent physical and mechanical properties and the amount of phases present as a function of treatment time required to predict the evolution of residual stresses, were taken into account. The results showed that when the increase in volume associated with the martensitic transformation occurs after the point of reversal of the thermal stress, the workpiece remains with compressive stress at the surface and tensile stress at the core after quenching, whereas in the case where the phase transformation takes place, both on the surface and the center before the reversal of the thermal stress, an additional inversion of stresses occurs, leaving the part with tensile stresses at the surface and compressive stress in the core.

Palavras-chave

Têmpera; Método dos elementos finitos; Ac3.

Quenching; Finite element modeling; Residual stress; Ac3