Numerical analysis of stress fields generated by quenching process

In work the presented numerical models of tool steel hardening processes take into account mechanical phenomena generated by thermal phenomena and phase transformations. In the model of mechanical phenomena, apart from thermal, plastic and structural strain, also transformations plasticity was taken into account. The stress and strain fields are obtained using the solution of the Finite Elements Method of the equilibrium equation in rate form. The thermophysical constants occurring in constitutive relation depend on temperature and phase composite. For determination of plastic strain the Huber-Misses condition with isotropic strengthening was applied whereas for determination of transformation plasticity a modified Leblond model was used. In order to evaluate the quality and usefulness of the presented models a numerical analysis of stresses and strains associated hardening process of a fang lathe of cone shaped made of tool steel was carried out.

W pracy przedstawiono model numeryczny procesu hartowania stali narzędziowej, w którym uwzględniono zjawiska mechaniczne generowane zjawiskami cieplnymi i przemianami fazowymi. W modelu zjawisk mechanicznych uwzględniono oprócz odkształceń termicznych, plastycznych i strukturalnych - również odkształcenia transformacyjne. Pola naprężeń i odkształceń uzyskuje się z rozwiązania metodą elementów skończonych równań równowagi w formie prędkościowej. Stałe termofizyczne występujące w związkach konstytutywnych uzależniono od temperatury i składu fazowego. Do wyznaczania odkształceń plastycznych wykorzystano warunek Hubera-Misesa ze wzmocnieniem izotropowym, natomiast do wyznaczania odkształceń transformacyjnych zastosowano zmodyfikowany model Leblonda. W celu oceny jakości i przydatności prezentowanego modelu dokonano analizy numerycznej pól temperatury, udziałów fazowych, naprężeń i odkształceń towarzyszących procesowi hartowania kła tokarki ze stali narzędziowej.