The Numerical Analysis of the Phenomena of Superficial Hardening of the Hot-Work Tool Steel Elements

In the paper the complex model of hardening of the hot-work tool steel is presented. Model of estimation of phase fractions and their kinetics is based on the continuous heating diagram (CHT) and cooling diagram (CCT). Phase fractions which occur during the continuous heating and cooling (austenite, pearlite or bainite) are described by Johnson-Mehl (JM) formula. To determine of the formed martensite the modified Koistinen-Marburger (KM) equation is used. Model takes into account the thermal, structural, plastic strains and transformation plasticity. To calculate the plastic strains the Huber-Mises plasticity condition with isotopic hardening is used. Whereas to determine transformations induced plasticity the Leblond model is applied. The numerical analysis of phase compositions and residual stresses in the hot-work steel (W360) element is considered.

W pracy przedstawiono kompleksowy model hartowania stali narzędziowej do pracy na gorąco. Model szacowania ułamków faz oraz ich kinetyki oparto na wykresach ciągłego nagrzewania (CTPA) oraz chłodzenia (CTPc). Ułamki faz powstałych podczas ciągłego nagrzewania i chłodzenia (austenit, perlit lub bainit) wyznaczane są równaniem Johnsona- Mehla. Do określenia tworzącego się martenzytu wykorzystano zmodyfikowane równanie Koistinena i Marburgera. W modelu uwzględniono odkształcenia cieplne, strukturalne, plastyczne oraz odkształcenia transformacyjne. Do wyznaczania odkształceń plastycznych zastosowano warunek plastyczności Hubera-Misesa ze wzmocnieniem izotropowym, natomiast do wyznaczenia odkształceń transformacyjnych wykorzystano model Leblonda. Dokonano analizy numerycznej składu fazowego oraz naprężeń hartowniczych w elementach wykonanych ze stali narzędziowej do pracy na gorąco (W360).