تعيين چقرمگي شكست فولاد عمليات حرارتي شده AISID2 با روش المان محدود و روش نشرآوايي

Determination of fracture toughness of heat treated AISI D2 steel using Finite Element and Acoustic Emission methods

فولاد AISI D2 از نوع فولاد ابزار سرد كار پركربن و پركرم است. ازجمله خواص مكانيكي اين فولاد مي توان به استحكام فشاري بالا و سختي پذيري خوب آن اشاره نمود. علي رغم اين مزايا، چقرمگي شكست اين فولاد چندان زياد نيست. هدف از اين پژوهش، تعيين چقرمگي شكست فولاد AISID2 با شبيه سازي المان محدود و روش نشرآوايي است. به منظور تعيين چقرمگي شكست فولاد، از نمونه هاي استانداردCT ساخته شده از فولاد AISID2 كه در دماهاي مختلف بازپخت شده، استفاده شد. با مدل سازي نمونه ها در نرم افزار تجاري المان محدود آباكوس، مقدار چقرمگي شكست با روش المان محدود محاسبه شد. در روش نشرآوايي براي تعيين چقرمگي شكست از پارامترهاي مختلفيهمچوننرخ انرژي سيگنال-هاينشرآوايي، نرخ توليد سيگنال هاينشرآوايي و انتگرال تابع سنتري استفاده شد.در انتها، نتايج به دست آمده از روش نشرآوايي،شبيه سازي المان محدود و روشاستاندارد ASTM E399با يكديگرمقايسه شدند.مقاديرچقرمگي شكست به دست آمده از روش هاينرخ توليد سيگنال هاي نشرآوايي و انتگرال تابع سنتري حد پايين چقرمگي شكست را ارايه داده و روش المان محدود حد بالاي مقادير چقرمگي شكست را ارايه مي دهد. مقادير چقرمگي شكست به دست آمده با روش نرخ انرژي سيگنال هاي نشرآوايي بيشترين تطابق را با مقادير به دست آمده از روش استاندارد ASTM E399 دارد. نتايج اين پژوهش نشان مي دهد كه روش نشرآوايي مي تواند به عنوان روشي كارآمد به منظور تعيين چقرمگي شكست مواد مهندسي استفاده شود.

The AISI D2steel is a high-chromium and high-carbon tool steel which mechanical properties are high compressive strength and good through-hardening. Despite these advantages, fracture toughness of this steel is moderate. In this study, fracture toughness of AISI D2 steel was determined using Finite Element and Acoustic Emission methods. Selected steel (AISI D2 cold-work tool steel) was heat treated and tempered at different conditions. After that Compact testing specimens were prepared according to ASTM E399 standard and fracture toughness of the specimens was specified according to the standard method. The specimens were modeled in the commercial FE software (ABAQUS) and fracture toughness of the specimens was determined using FEM. Determination of fracture toughness using AE technique was carried out according to three methods: Acoustic Emission Energy Rate (AEER), Acoustic Emission Count Rate (AECR) and integral of sentry function.The results obtained from ASTM E399, Finite Element and Acoustic Emission methods were compared with each other. It was found that fracture toughness values which were obtained using AECR and integral of sentry function techniques are lower bound and the results obtained from FEM are upper bound values of the fracture toughness. Furthermore, fracture toughness values obtained using AEER were the most consistent with the results obtained from ASTME399 standard method. Finally, it could be concluded that Acoustic Emission method can be used as a useful method for determination of fracture toughness of engineering materials.