Flow Characteristics of Metal with Phase Transformation and Prediction of Its Microstructure

Abstract

We propose a flow stress characteristic of SUS430F steel that takes in account the effects of temperature, strain rate and their deformation history. In the framework of this characteristic, the history effects of strain rate and temperature are estimated through the plastic strain energy stored. The formulated characteristic (σ) may be shown as the function of temperature (θ), strain rate (ε), and the stored energy (W) or the reference stress (σst). The energy is stored through plastic deformation and released during annealing process. The energy is also re ferred by the yield flow stress (ost), which is measured under the reference condition. The discussion on the characteristic is extended to the material under high temperature (1073-1473 K) with α + γ phase in the given phase ratio. The equilibrium ratio of α or γ phase under given temperature can be estimated on the basis of an equilibrium phase diagram. In order to introduce the flow stress characteristic with phase transformation using the proposed formulation, we also analyze the phase transformation rate from α to α + γ with temperature elevation, and from α to γ + α in cooling process based on “time-temperature- transformation” diagram that includes the quenching process as well. The flow stress characteristic and phase ratio are estimated simultaneously for a hot forging process.

Предложена новая характеристика текучести стали SUS430F, учитывающая влияние температуры, скорости деформации и истории деформирования материала. В рамках данного подхода влияние истории деформирования на скорость деформации и температуру оценивается по величине накопленной энергии пластической деформации. Предложенная характеристика текучести (σ) может быть представлена в виде функции температуры (θ), скорости деформации (ε), накопленной энергии (W) или базового напряжения (σst). Энергия накапливается в процессе пластического деформирования, а выделяется при отжиге. Ее величина соотносится с пределом текучести, измеряемым в исходных условиях деформирования. Анализ предложенной характеристики распространен на данный материал для высоких температур (1073...1473 К) при наличии (α + γ)-фазы с определенным соотношением фаз. Равновесное распределение соотношения α- или γ-фазы при любой температуре может быть оценено на основе диаграммы равновесия фаз. Новая характеристика текучести для случая фазового превращения может быть использована по предложенной формулировке с учетом скорости фазового превращения из α- в (α + γ)-фазу при повышении температуры и из α- в (γ + α)-фазу при охлаждении. При этом основой служит диаграмма время-температура-фазовое превращение, учитывающая также процесс закалки. Выполнена оценка предложенной характеристики текучести с учетом соотношения фаз для случая горячей ковки материала.

Запропоновано нову характеристику текучості сталі SUS430F, яка враховує вплив температури, швидкості деформування та історії деформування матеріалу. У рамках даного підходу вплив історії деформування на швидкість деформації і температуру оцінюється по величині накопиченої енергії пластичної деформації. Характеристика текучості (σ) може бути представлена у вигляді функції температури (θ), швидкості деформації (ε), накопиченої енергії (W) або базового напруження (σst). Енергія накопичується в процесі пластичного деформування, а виділяється при відпалу. Її величина співвідноситься з границею текучості, що вимірюється в початкових умовах деформування. Аналіз запропонованої характеристики розповсюджується на даний матеріал для високих температур (1073...1473 К), якщо має місце (α + γ )-фаза з визначеним співвідношенням фаз. Рівноважний розподіл співвідношення α- або γ-фази за любої температури можна визначити на основі діаграми рівноваги фаз. Нова характеристика текучості у випадку фазового перетворення може бути використана за запропонованим формулюванням з урахуванням швидкості фазового перетворення з α- у (α + γ )-фазу при підвищенні температури та з α- у (γ + α)-фазу при охолодженні. При цьому за основу береться діаграма час-температура-фазове перетворення, яка враховує також процес загартування. У випадку гарячого кування матеріалу оцінено характеристику текучості з урахуванням співвідношення фаз.