RESIDUAL STRESSES GENERATED DURING HARDENING OF MEDIUM CARBON STEEL BAR, FINITE ELEMENT SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION

Authors

  • Edwan A. Ariza Universidad de São Paulo.
  • Marcelo de Aquino Martorano Universidad de São Paulo
  • André Paulo Tschiptschin Universidad de São Paulo

Abstract

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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Author Biographies

Edwan A. Ariza, Universidad de São Paulo.

Posee pregrado en Matemáticas y Fí­sica, magister en Ciencias en el programa Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la Universidad de São Paulo (2012) y actualmente es estudiante de doctorado en Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la Universidad de São Paulo.

Marcelo de Aquino Martorano, Universidad de São Paulo

Posee pregrado en Ingeniería Metalúrgica por la Universidad de São Paulo (1990), doctorado en Ingeniería Metalúrgica por la Universidad de São Paulo (1998) e pós-doctorado en Ingeniería Mecánica por la University of Iowa (2002). Actualmente es profesor libre-docente de la Universidad de São Paulo. Tiene experiencia en el Área de Ingeniería de Materiales y Metalúrgica, con énfasis en Modelado Matemático de Procesos Metalúrgicos, actuando principalmente en el Área de solidificación de metales y aleaciones.

André Paulo Tschiptschin, Universidad de São Paulo

Formado en Ingeniería Metalúrgica por la Universidad de São Paulo (1972), con maestría en São por la Universidad de São Paulo (1977) y doctorado en São por la Universidad de São Paulo (1983). Fue investigador visitante en la Rúhr-Universitét Bochum, Institut fur Werkstoffe (1988-1989). Obtuvo la Libre-docencia en el 2000 en la Escuela Politécnica de la USP, donde es profesor titular desde 2005. Tiene experiencia en el Área de Ingeniería de Materiales y Metalúrgica, con énfasis en estructura de metales y aleaciones, transformaciones de fase, tratamientos térmicos y termoquí¬micos. Coordina el Laboratorio de Microscopia Electrónica y de Fuerza Atómica desde 1994. Coordinador del Programa de Posgraduación en Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de 1984 a 1999 y Jefe del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de 2004 a 2008. Actualmente coordina el grupo TRIBES, Núcleo de Apoyo a la Investigación en Tribologia e Ingeniería de Superficie de la USP. Em 2011 recibió el título de Fellow of the International Federation of Heat Treatment and Surface Engineering.

Published

2014-03-18

How to Cite

Ariza, E. A., Martorano, M. de A., & Tschiptschin, A. P. (2014). RESIDUAL STRESSES GENERATED DURING HARDENING OF MEDIUM CARBON STEEL BAR, FINITE ELEMENT SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION. LatinAmerican Journal of Metallurgy and Materials, 55–64. Retrieved from https://www.rlmm.org/ojs/index.php/rlmm/article/view/528

Issue

Section

Regular Articles