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Artículos Regulares


Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2015, 35(1): 55-64

ESFUERZOS RESIDUALES GENERADOS EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE PARA UN CILINDRO DE ACERO DE MEDIO CARBONO, SIMULACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS Y VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL
(RESIDUAL STRESSES GENERATED DURING HARDENING OF MEDIUM CARBON STEEL BAR, FINITE ELEMENT SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION)

Edwan A. Ariza, Marcelo de Aquino Martorano, André Paulo Tschiptschin

Online: 18-03-2014

GA-528

Abstract


El objetivo de este trabajo es analizar la distribución de los esfuerzos residuales que surgen tanto de las variaciones volumétricas asociadas a las transformaciones de fase como de los gradientes térmicos producidos durante el enfriamiento, en un tratamiento térmico de temple de un cilindro de acero AISI/SAE 4340. El modelo matemático desarrollado con este objetivo, utiliza el programa AC3 para tratamientos térmicos, el cual prevé curvas de transformación, curvas de enfriamiento, microestructura y dureza del material en 20 posiciones entre la superficie y el centro del cilindro, para alimentar un modelo no lineal elasto-plástico de acoplamiento termo-mecánico desarrollado a través del método de elementos finitos. Los valores de las propiedades físicas y mecánicas requeridos en el modelo, fueron incluidos teniendo en cuenta la dependencia de la temperatura y las fases presentes, en función del tiempo de tratamiento. La verificación experimental del modelo numérico se efectuó por medio de difracción de rayos X utilizando el método de sen2ψ. Los resultados del modelo numérico y experimental tuvieron compatibilidad significativa y mostraron campos de esfuerzos residuales de compresión en la superficie con valores superiores en la dirección tangencial.

The aim of this work is to analyze the distribution of residual stresses resulting from combination of volumetric changes due to heat gradients and phase changes occurring during the quenching process of 4340 steel cylinder. The mathematical model used for this objective uses the AC3 program for modeling thermal treatments which provides transformation curves, cooling curves, microstructure and material hardness in 20 positions between the surface and the center of the cylinder, whose results were fed into a finite element model, considering thermal-mechanical coupling and non-linear elastic-plastic behavior. The values of the physical and mechanical properties required in the model, were included taking into account the temperature dependence and the phases present, depending on the treatment time. The results of the modeling have been compared to experimental measurements of the residual stresses at the surface, through X-Ray diffraction techniques and using the sin2ψ method. The results obtained from the numerical model showed a significant correspondence in comparison with the experimental results and indicates that the most significant stresses are tangential.


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