Finite element method (FEM) simulation of processing of AISI-316 austenitic stainless steel by high-pressure torsion (HPT) process at the cryogenic cooling

Simulación por el método de los elementos finitos (FEM) del procesado del acero inoxidable austenítico AISI-316 mediante el proceso de torsión de alta presión (HPT) en el enfriamiento criogénico

En este trabajo se estudia el proceso de torsión a alta presión del acero inoxidable AISI-316 en condiciones criogénicas mediante simulación por elementos finitos. Se analizan las distribuciones de tensiones y deformaciones y se comparan con las obtenidas para temperatura ambiente. Se demuestra que el enfriamiento a temperatura criogénica no afecta significativamente a la distribución de tensiones equivalentes. Al mismo tiempo, los valores de las tensiones son significativamente diferentes: con el enfriamiento criogénico, el nivel de las tensiones de compresión aumenta aproximadamente un 20 %. La simulación de la evolución de la microestructura en el programa Deform-3D demostró que el uso del enfriamiento criogénico permite esmerilar aún más la estructura original.

INTRODUCCIÓN

La torsión de alta presión (HPT) es el método de deformación plástica severa que produce muestras de grano ultrafino y nanoestructuradas [1-3]. Las probetas iniciales en forma de disco se deforman por torsión en condiciones de alta presión hidrostática de 1 a 10 GPa.

La deformación plástica por torsión de la muestra se lleva a cabo debido a la rotación de uno de los percutores. La cantidad de deformación plástica acumulada se controla mediante el ángulo de rotación del yunque móvil.

La forma geométrica de la muestra es tal que la mayor parte del material se deforma bajo compresión cuasi hidrostática. Como resultado, la muestra deformable no se daña, a pesar de la intensa deformación plástica [4].

Un método similar es aplicable al procesamiento de muestras anulares según el esquema propuesto por S. Erbel [5].

Recientemente se ha investigado el proceso HPT del acero inoxidable en la matriz del nuevo diseño a temperatura ambiente [6].

La característica principal del nuevo diseño de ese troquel era un sistema de doble hélice en dos herramientas deformadoras. Se comprobó que la estructura inicial de 12 μm se puede rectificar hasta 0,8 μm después de varias pasadas. Se sabe que la deformación en condiciones criogénicas permite una molienda más intensa de los granos [7-8]. El objetivo de este trabajo es la simulación del procesado del acero inoxidable austenítico AISI-316 mediante el proceso de torsión de alta presión (HPT) en el enfriamiento criogénico.

SIMULACIÓN FEM

La simulación se realizó utilizando el código FE comercial Deform. Las propiedades mecánicas del material deformado en condiciones criogénicas se determinaron de acuerdo con los datos disponibles en [9]. La base de datos de materiales desarrollada del acero AISI-316 en condiciones criogénicas está disponible a través del DOI: 10.17632/6m5r6f2z5g.1.