پيش بيني رفتار تغييرشكل گرم فولاد ضدزنگ 304 با استفاده از معادله رفتاري جانسون-كوك

Prediction of hot deformation behavior of 304 stainless steel using Johnson-Cook equation

رفتار تغيير شكل گرم مواد به دليل وابستگي به تغييرات كرنش، نرخ كرنش و دما داراي پيچيدگي قابل ملاحظه‌اي است. بنابراين پيش‌بيني رفتار ماده در اين شرايط پر اهميت است. براي پيش‌بيني رفتار تغيير شكل مواد در دماي بالا، معادلات رفتاري مختلفي توسعه داده شده است كه يكي از مهم‌ترين آنها معادله رفتاري جانسون-كوك مي-باشد. به منظور توسعه معادله رفتاري مناسب جهت پيش‌بيني دقيق رفتار ماده از آزمايش‌هاي مختلفي همچون كشش، فشارگرم و همچنين پيچش دما بالا استفاده مي‌شود. آزمايش پيچش به دليل عدم محدوديت اصطكاكي، قابليت اعمال تغيير شكل‌ يا كرنش‌هاي خيلي بالاتري را نسبت به آزمايش‌هاي فشار و كشش داراست. لذا در اين تحقيق به بررسي رفتار كارگرم فولاد زنگ نزن آستنيتي 304 با استفاده از آزمايش پيچش‌گرم پرداخته شده و معادله رفتاري جانسون-كوك مناسب براي آن توسعه داده شده است. براي اين منظور آزمايشات در محدوده دمايي 800-1000 درجه سانتي‌گراد و نرخ كرنش 001/0-1 برثانيه و در كرنش‌هاي بالا تا حدود 3 انجام شد. بررسي نتايج نشان داد كه با افزايش دما و كاهش نرخ كرنش تنش سيلان شارش بطور محسوسي كاهش مي‌يابد. در مكان-هايي از قطعه كه كرنش به اندازه كافي اعمال شده است و دماي تغييرشكل بالاست، تبلور مجدد ديناميكي در ريزساختار مشاهده مي‌گردد، در حاليكه به دليل اختلاف كرنش در طول شعاع نمونه، ريزساختار قطعه تغييرشكل داده شده در طول شعاع نايكنواخت مي‌باشد. معادله جانسون-كوك توسعه يافته با نتايج تجربي مقايسه شد كه ملاحظه شد از دقت قابل قبولي در پيش‌بيني رفتار تغييرشكل گرم فولاد مورد بررسي برخوردار است.

The hot deformation behavior of materials has considerable complexity due to its dependence on the strain, strain rate, and temperature changes. Therefore, the prediction of material behavior is very important in these conditions. Various constitutive equations have been developed to predict the deformation behavior of materials at elevated temperatures, one of the most important of which is the Johnson-Cook equation. To develop a suitable constitutive equation that can accurately predict the behavior of the material, various tests such as tensile, compressive, and torsion tests are used. Due to the lack of frictional limitation, the torsion test can apply much higher deformation or strain than the compression and/or tensile tests. Therefore, in this study, the hot working behavior of 304 austenitic stainless steel was investigated using the hot torsion test and the Johnson-Cook constitutive equation was developed for it. For this purpose, experiments have been performed at the temperature range of 800-1000 ̊C and strain rate of 0.001-1 s-1 and high strain up to about 3. The results showed that flow stress decreases significantly with increasing temperature and decreasing strain rate. In places where the strain is sufficiently applied and the deformation temperature is high, dynamic recrystallization is observed in the microstructure while due to the strain difference along the sample radius, the microstructure of the deformed part is not nuniform along the radius. The developed Johnson-Cook equation was compared with the experimental results which were observed to have acceptable accuracy in predicting the hot deformation behavior of the studied steel.