مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی و مدل‌سازی رفتار سیلان فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده نیمه‌آستنیتی Fe-17Cr-7Ni با استفاده از معادله بنیادین سینوس هایپربولیک

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران
3 گروه مهندسی مواد، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر، از یک معادله بنیادین براساس مدل سینوس هایپربولیک، برای توصیف رفتار تغییر شکل گرم فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده نیمه آستنیتی Fe-۱۷Cr-۷Ni (۱۷-۷PH)، استفاده شده است. با استفاده از داده‌های تجربی به‌دست‌آمده براساس آزمایش‌های فشار گرم در محدوده دمایی C°۱۱۰۰-۹۵۰درجه سانتی‌گراد و محدوده نرخ کرنش ۱-۰.۰۰۱بر ثانیه و محاسبه ارتباط بین پارامترها و ثوابت ماده (α، A، n و Q)، مدل مورد استفاده توسعه داده شد. در این پژوهش ارتباط بین ثوابت ماده و کرنش حقیقی به‌صورت روابط چندجمله‌ای درجه شش بیان شده است. از معیار میانگین خطای نسبی مطلق (AARE) و ضریب همبستگی (R)، برای ارزیابی عملکرد مدل مورد مطالعه استفاده شد. مقادیر محاسبه‌شده برای AARE و R به‌ترتیب برابر با ۵/۱۷ % و ۰/۹۹ به دست آمدند. نتایج این تحقیق حاکی از آن است که معادله بنیادین استفاده‌شده می‌تواند تنش سیلان را برای‌ این آلیاژ با دقت خوبی در محدوده وسیعی از شرایط آزمایشی پیش‌بینی کند. بنابراین از این معادله می‌توان به‌طور گسترده برای تجزیه و تحلیل مکانیزم‌های تغییر شکل و تکامل ریزساختاری استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation and Modelling the Flow Behavior of Fe-17Cr-7Ni Semi-Austenitic Precipitation Hardening Stainless Steel Using the Hyperbolic Sine Constitutive Equation

نویسندگان English

S. Mortezaei 1
H. Arabi 1
S.H. seyedein 1
A. Momeni 2
M. soltanalinezhad 3
1 Metallurgical Engineering Department, Iran university of Science & Technology, Tehran, Iran
2 Metallurgical Engineering Department, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran
3 Metallurgical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, a constitutive equation based on the hyperbolic sine Arrhenius-type model has been developed to describe the hot deformation behavior of a Fe-17Cr-7Ni (17-7PH), semi-austenitic precipitation hardening stainless steel. The experimental data obtained from hot compression tests at 950-1100°C and strain rates of 0.001-1 s-1 establish the constitutive equation. The material constants of α, A, n, and Q were calculated, using the developed model related to the applied strain by 6 The average error (AARE) and correlation coefficient (R) were used to evaluate the accuracy of the constitutive equation. The average values obtained for AARE and R were 5.17% and 0.9904, respectively. The results indicated that the developed constitutive equation can predict the flow stress behavior of the studied alloy with good accuracy over a wide range of experimental conditions. The model can be, therefore, recommended for analysis of hot deformation mechanism and microstructure evolution.

کلیدواژه‌ها English

Hot deformation
Precipitation Hardening
Hot Compression
17-7PH Stainless Steel
1- Yue Ch, Zhang L, Liao Sh, Gao H. Mathematical models for predicting the austenite grain size in hot working of GCr15 steel. Computational Materials Science. 2009;45(2):462-466. [Link] [DOI:10.1016/j.commatsci.2008.11.003]
Khamei AA, Dehghani K. Modeling the hot-deformation behavior of Ni60 wt%-Ti40 wt% intermetallic alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2010;490(1-2):377-381. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2009.09.187]
Samantaray D, Mandal S, Bhaduri AK. Constitutive analysis to predict high-temperature flow stress in modified 9Cr-1Mo (P91) steel. Materials and Design. 2010;31(2):981-984. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2009.08.012]
Dehghani K, Khamei AA. Hot deformation behavior of 60Nitinol (Ni60 wt%-Ti40 wt%) alloy: Experimental and computational studies. Materials Science and Engineering A. 2010;527(3):684-690. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2009.08.059]
Lin YC, Chen MS, Zhong J. Effect of temperature and strain rate on the compressive deformation behavior of 42CrMo steel. Journal of Materials Processing Technology. 2008;205(1-3):308-315. [Link] [DOI:10.1016/j.jmatprotec.2007.11.113]
Lin YC, Xia YC, Chen XM, Chen MS. Constitutive descriptions for hot compressed 2124-T851 aluminum alloy over a wide range of temperature and strain rate. Computational Materials Science. 2010;50(1):227-233. [Link] [DOI:10.1016/j.commatsci.2010.08.003]
Sellars CM, Tegart WJM. Hot workability. International Metallurgical Reviews. 1972;17(1):1-24.
https://doi.org/10.1179/imtlr.1972.17.1.1 [Link] [DOI:10.1179/095066072790137765]
Sellars CM, Mc Tegart WJ. On the mechanism of hot deformation. Acta Metallurgica. 1966;14(9):1136-1138. [Link] [DOI:10.1016/0001-6160(66)90207-0]
Tan YB, Ma YH, Zhao F. Hot deformation behavior and constitutive modeling of fine grained Inconel 718 superalloy. Journal of Alloys and Compounds. 2018;741:85-96. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2017.12.265]
Wang Y, Peng J, Zhong L, Pan F. Modeling and application of constitutive model considering the compensation of strain during hot deformation. Journal of Alloys and Compounds. 2016;681:455-470. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2016.04.153]
Zhou L, Cui C, Wang QZ, Li C, Xiao BL, Ma ZY. Constitutive equation and model validation for a 31 vol.% B4Cp/6061Al composite during hot compression. Journal of Materials Science and Technology. 2018;34(10):1730-1738. [Link] [DOI:10.1016/j.jmst.2018.02.001]
Zhong L, Gao W, Feng Z, Lu Z, Mao G. Microstructure characteristics and constitutive modeling for elevated temperature flow behavior of Al-Cu-Li X2A66 alloy. Journal of Materials Research. 2018;33(8):912-922. [Link] [DOI:10.1557/jmr.2017.466]
Mirzadeh H, Najafizadeh A. Flow stress prediction at hot working conditions. Materials Science and Engineering A. 2010;527(4-5):1160-1164. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2009.09.060]
Spigarelli S, El Mehtedi M, Ricci P, Mapelli C. Constitutive equations for prediction of the flow behaviour of duplex stainless steels. Materials Science and Engineering A. 2010;527(16-17):4218-4228. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2010.03.029]
Jiang H, Yang L, Dong J, Zhang M, Yao Z. The recrystallization model and microstructure prediction of alloy 690 during hot deformation. Materials and Design. 2016;104:162-173. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2016.05.033]
Humphreys FJ, Hatherly M. Recrystallization and related annealing phenomena. New York: Elsevier; 2012. [Link]
Verlinden B, Driver J, Samajdar I, Doherty RD. Thermo-mechanical processing of metallic materials. Volume 11. New York: Elsevier; 2007. [Link]
Richardson GJ, Hawkins DN, Sellars CM. Worked examples in metalworking. London: The Institute of Metals; 1985. [Link]
Cabrera JM, Mateo A, Llanes L, Prado JM, Anglada M. Hot deformation of duplex stainless steels. Journal of Materials Processing Technology. 2003;143-144:321-325. [Link] [DOI:10.1016/S0924-0136(03)00434-5]
Wang HS, Kang J, Dou WX, Zhang YX, Yuan G, Cao GM, et al. Microstructure and mechanical properties of hot-rolled and heat-treated TRIP steel with direct quenching process. Materials Science and Engineering A. 2017;702:350-359. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2017.07.039]
Zhang J, Di H, Wang X, Cao Y, Zhang J, Ma T. Constitutive analysis of the hot deformation behavior of Fe-23Mn-2Al-0.2C twinning induced plasticity steel in consideration of strain. Materials and Design. 2013;44:354-364. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2012.08.004]