Analysis of different approaches to model the austempering heat treatment of ductile irons

Austempered ductile iron is a metallic alloy of technological interest. Currently, the part design is added by means of simulations performed by using different types of models. This work aims at comparing three models respectively based on the Avrami´s equation, spherical representative volume elements, and cellular automata, all of them able to compute the phase evolutions during the ausferritic and martensitic transformations. The models are employed to reproduce the experimental heat treatments where their strongness and weakness are discussed.Fil: Boccardo, Adrian Dante. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Dardati, Patricia Mónica. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Celentano, Diego Javier. Pontificia Universidad Catolica de Chile. Escuela de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecanica y Metalurgica; Chil

Surface laser treatment of cast irons: A Review

Heat treatments are frequently used to modify the microstructure and mechanical properties of materials according to the requirements of their applications. Laser surface treatment (LST) has become a relevant technique due to the high control of the parameters and localization involved in surface modification. It allows for the rapid transformation of the microstructure near the surface, resulting in minimal distortion of the workpiece bulk. LST encompasses, in turn, laser surface melting and laser surface hardening techniques. Many of the works devoted to studying the effects of LST in cast iron are diverse and spread in several scientific communities. This work aims to review the main experimental aspects involved in the LST treatment of four cast-iron groups: gray (lamellar) cast iron, pearlitic ductile (nodular) iron, austempered ductile iron, and ferritic ductile iron. The effects of key experimental parameters, such as laser power, scanning velocity, and interaction time, on the microstructure, composition, hardness, and wear are presented, discussed, and overviewed. Finally, we highlight the main scientific and technological challenges regarding LST applied to cast irons.Fil: Catalán, Néstor. Pontificia Universidad Catolica de Chile. Escuela de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecanica y Metalurgica; ChileFil: Ramos Moore, Esteban. Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física; ChileFil: Boccardo, Adrian Dante. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Celentano, Diego Javier. Pontificia Universidad Catolica de Chile. Escuela de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecanica y Metalurgica; Chil

Viscoplastic and temperature behavior of Zn–Cu–Ti alloy sheets: experiments, characterization, and modeling

It has been experimentally observed that the Zn–Cu–Ti zinc alloy shows a strong influence of strain rate and temperature on its plastic behavior. A significant change in the material response is seen with relatively small strain rate variations or temperature. In this work, these effects are addressed through the Cazacu–Plunket–Barlat 2006 (CPB-2006) yield criterion and the Johnson–Cook hardening law. The tests were carried out over the three main directions: rolling, diagonal, and transversal. Three strain rate conditions (0.002, 0.02, and 0.2 s−1) and three temperatures (20, 60, and 80 °C) were tested. Although the experimental results exhibit a significant influence of the strain rate and temperature on stress–strain curves for all tested directions, such two variables do not practically affect the Lankford coefficients. The proposed model calibration procedure is found to describe the material responses properly under the studied conditions.Fil: Alister, Francisco. Pontificia Universidad Católica de Chile; Chile. Universidad Católica de Chile; ChileFil: Celentano, Diego Javier. Pontificia Universidad Católica de Chile; Chile. Universidad Católica de Chile; ChileFil: Signorelli, Javier Walter. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; ArgentinaFil: Bouchard, Pierre Olivier. Ecole Des Mines de Paris; FranciaFil: Pino Muñoz, Daniel. Ecole Des Mines de Paris; FranciaFil: Cruchaga, Marcela. Universidad de Santiago de Chile; Chil

Characterization of the Elastoplastic Response of Low Zn-Cu-Ti Alloy Sheets Using the CPB-06 Criterion

Unlike other HCP metals such as titanium and magnesium, the behavior of zinc alloys hasonly been modeled in the literature. For the low Zn-Cu-Ti alloy sheet studied in this work, theanisotropy is clearly seen on the stress-strain curves and Lankford coefficients. These featuresimpose a rigorous characterization and an adequate selection of the constitutive model to obtain anaccurate representation of the material behavior in metal forming simulations. To describe theelastoplastic behavior of the alloy, this paper focuses on the material characterization through theapplication of the advanced Cazacu-Plunket-Barlat 2006 (CPB-06 for short) yield function combinedwith the well-known Hollomon hardening law. To this end, a two-stage methodology is proposed.Firstly, the material characterization is performed via tensile test measurements on sheet samplescut along the rolling, diagonal and transverse directions in order to fit the parameters involved inthe associate CPB-06/Hollomon constitutive model. Secondly, these material parameters areassessed and validated in the simulation of the bulge test using different dies. The results obtainedwith the CPB-06/Hollomon model show a good agreement with the experimental data reported inthe literature. Therefore, it is concluded that this model represents a consistent approach to estimatethe behavior of Zn-Cu-Ti sheets under different forming conditions.Fil: Alister, Francisco. Pontificia Universidad Catolica de Chile. Escuela de Ingeniería; ChileFil: Celentano, Diego Javier. Pontificia Universidad Catolica de Chile. Escuela de Ingeniería; ChileFil: Signorelli, Javier Walter. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; ArgentinaFil: Buchard, Pierre Oliver. Ecole des Mines de Paris. Centre de Mise en Forme des Matériaux; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Pino Muñoz, Daniel. Ecole des Mines de Paris. Centre de Mise en Forme des Matériaux; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Cruchaga, Marcela. Universidad de Santiago de Chile; Chil

Joining metrics enhancement when combining FSW and ball-burnishing in a 2050 aluminium alloy

This report describes the effect of the ball-burnishing process on the mechanical properties of 2050 aluminium alloy that was previously friction stir welded. This process is a fast, environmentally-friendly and cost-effective surface treatment based on the plastic deformation of the surface irregularities. Consequently, residual stress, material hardening and micro-structural alterations are investigated to improve fatigue strength and wear resistance. The results show that the ball-burnishing treatment enhances the surface properties by increasing the material hardness about 37.5% and by decreasing the average surface roughness from 2.23¿µm to 0.06¿µm when a high pressure and a perpendicular burnishing is deployed. Additionally, in-depth compressive residual stresses are generated from -315¿MPa to -700¿MPa depending on the burnishing configuration. Finally, a numerical simulation of the material elastoplastic response is performed to analyze the residual stress continuity in the cross sectional area when using two radial feeds and burnishing pressures. In short, the present study helps to reduce time consumption by selecting the larger radial feed combined with a proper burnishing pressure to ensure the desired quality and compressive residual stress at the surface, which are indices of enhancing the fatigue strength at the nugget zone of the welded area.Postprint (author's final draft

Bottoming bending process assisted by electroplasticity

Este estudio reporta la influencia de los efectos atérmicos de la electroplasticidad en el proceso de doblado por estampa. Se fabrica un generador que generar pulsos de 300A y un ancho de 50μs. Los materiales estudiados fueron Al1050 y X5CrNi18-10. Se realizó un análisis por elementos finitos para caracterizar las diferentes fases del comportamiento mecánico de las probetas durante el proceso. Se estudió el efecto que tienen los pulsos de corriente sobre las fases mencionadas, prestando especial atención a las de recuperación elástica y la de máxima deformación plástica. Los resultados muestran que en el proceso asistido eléctricamente se reducen las fuerzas de doblado, hasta en un 18% en el aluminio y un 6% en el acero inoxidable. Además se observa que se reduce la recuperación elástica del material en un 21% y un 12% respectivamente. Se concluye que los efectos atérmicos de la electroplasticidad influyen en el proceso estudiado.The present study reports the influence of electroplasticity athermal effects on bottoming bending. To do so a short-time current pulse generator, capable of inducing 300A current pulses and a 50μs pulse duration, was manufactured. The materials studied were Al1050 and X5CrNi18-10. A finite element analysis was done in order to characterize the different phases of specimen mechanical behavior during bottoming bending. The influence of current pulses on different phases was studied, specifically on the elastic restoring force and the maximum plastic deformation phases. The results show that, compared to the conventional process, during the electrically-assisted process bending forces drop up to 18% in aluminium and 6% in stainless steel. The elastic restoring force is also reduced by 21% and 12% respectively. Therefore it can be concluded that the electroplasticity athermal effects have an influence on the bottoming bending process.Peer Reviewe

Aplicación del criterio CPB06 en la modelación del comportamiento elastoplástico de láminas de zinc en el ensayo de tracción

En el presente trabajo se describe la implementación numérica y la aplicación del criterio CPB06 para estimar el comportamiento elastoplástico de láminas de zinc. Este criterio se caracteriza por representar la asimetría en solicitación a tracción-compresión (denominado efecto SD o “Strength Differential”) típica de metales con estructura HCP. El criterio CPB06 hace uso de un tensor de anisotropía de segundo orden conformado por 9 parámetros, una constante de asimetría “k” y el grado de homogeneidad “a”. Para un valor fijo de “a”, la relación “k” es estimada a partir del esfuerzo de fluencia a tracción y compresión de la muestra. La implementación de este modelo, en un código de elementos finitos propio, contempla la evolución de los parámetros de anisotropía basados en diferentes rangos de deformación plástica para 3 direcciones de probetas (0°, 45° y 90°) en el ensayo de tracción. Los valores intermedios de dichos parámetros serán establecidos por una interpolación lineal de los valores determinados a partir de mediciones experimentales. Como verificación de la implementación y el proceso de estimación de los coeficientes de anisotropía y asimetría del modelo, se realiza una comparación entre las curvas experimentales “esfuerzo real”-“deformación real” y las curvas obtenidas de la simulación FEM. El modelo constitutivo se presenta en la forma asociada utilizando funciones de endurecimiento del tipo combinada (Hocket-Sherby o Swift-Voce) definidas en la dirección de laminado. Se espera que el uso del criterio CPB06 complementado con parámetros que evolucionan en conjunto con la deformación plástica efectiva, permita replicar el comportamiento del Zinc a través de un único set de parámetros de anisotropía, asimetría y endurecimiento para las tres direcciones.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 23Facultad de Ingenierí

Mechanical characterization of the human thoracic descending aorta Experiments and modelling

This work presents experiments and modelling aimed at characterising the passive mechanical behaviour of the human thoracic descending aorta. To this end, uniaxial tension and pressurisation tests on healthy samples corresponding to newborn, young and adult arteries are performed. Then, the tensile measurements are used to calibrate the material parameters of the Holzapfel constitutive model. This model is found to adequately adjust the material behaviour in a wide deformation range; in particular, it captures the progressive stiffness increase and the anisotropy due to the stretching of the collagen fibres. Finally, the assessment of these material parameters in the modelling of the pressurisation test is addressed. The implication of this study is the possibility to predict the mechanical response of the human thoracic descending aorta under generalised loading states like those that can occur in physiological conditions and/or in medical device application

Aplicación del criterio CPB06 en la modelación del comportamiento elastoplástico de láminas de zinc en el ensayo de tracción

En el presente trabajo se describe la implementación numérica y la aplicación del criterio CPB06 para estimar el comportamiento elastoplástico de láminas de zinc. Este criterio se caracteriza por representar la asimetría en solicitación a tracción-compresión (denominado efecto SD o “Strength Differential”) típica de metales con estructura HCP. El criterio CPB06 hace uso de un tensor de anisotropía de segundo orden conformado por 9 parámetros, una constante de asimetría “k” y el grado de homogeneidad “a”. Para un valor fijo de “a”, la relación “k” es estimada a partir del esfuerzo de fluencia a tracción y compresión de la muestra. La implementación de este modelo, en un código de elementos finitos propio, contempla la evolución de los parámetros de anisotropía basados en diferentes rangos de deformación plástica para 3 direcciones de probetas (0°, 45° y 90°) en el ensayo de tracción. Los valores intermedios de dichos parámetros serán establecidos por una interpolación lineal de los valores determinados a partir de mediciones experimentales. Como verificación de la implementación y el proceso de estimación de los coeficientes de anisotropía y asimetría del modelo, se realiza una comparación entre las curvas experimentales “esfuerzo real”-“deformación real” y las curvas obtenidas de la simulación FEM. El modelo constitutivo se presenta en la forma asociada utilizando funciones de endurecimiento del tipo combinada (Hocket-Sherby o Swift-Voce) definidas en la dirección de laminado. Se espera que el uso del criterio CPB06 complementado con parámetros que evolucionan en conjunto con la deformación plástica efectiva, permita replicar el comportamiento del Zinc a través de un único set de parámetros de anisotropía, asimetría y endurecimiento para las tres direcciones.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 23Facultad de Ingenierí