Modeling of in-line heat treatments : predictive tools for microstructural and mechanical properties

In the last quarter of century, technical and economic issues encouraged microstructural and mechanical properties prediction achieved during thermal treatment in in-line plant. The present work describes the development of a metallurgical model able to predict microstructural evolutions and resulting mechanical properties achieved during quenching and tempering treatment after the thermomechanical process of the steel. A metallurgical model based on JMAK equation coupled with a thermo-mechanical one was written in MATLAB® code: COMSOL® model was then coupled exploiting potentiality offered by LiveLink™. The developed code resulted to be sufficiently simple in order to be launched or eventually translated in other programming languages. Quenching and tempering experiments on 42CrMo4 alloy were performed in order to acquire temperature field histories inside the probe. Microscopy analysis and hardness measurements on treated samples checked the validity of foreseen results. Good agreement between experimental and predicted results was obtained. Finally, a procedure in order to exploit practically the developed tools is proposed.

Durante l'ultimo quarto di secolo, ragioni tecniche ed economiche hanno incoraggiato la necessità di prevedere le caratteristiche microstrutturali e meccaniche ottenute durante trattamento termico eseguito in-linea. Il lavoro qui sviluppato descrive lo sviluppo di un modello metallurgico in grado di predire l’evoluzione della microstruttura e le conseguenti proprietà meccaniche ottenute durante trattamento di tempra e rinvenimento seguente il processo termomeccanico subito dall'acciaio. Un modello metallurgico basato sull'equazione di JMAK accoppiato con uno termo-meccanico è stato scritto in linguaggio MATLAB®: un modello COMSOL® è poi stato integrato sfruttando le potenzialità offerte da LiveLink™. Il programma sviluppato è risultato semplice sia nell'utilizzo pratico sia in un'eventuale traduzione in altri linguaggi. Prove di tempra e rinvenimento su acciaio 42CrMo4 hanno permesso l'acquisizione dell'evoluzione del campo termico in diverse sezioni del provino. L'analisi delle microscopie e le prove di durezza sui campioni hanno verificato la validità del modello. I risultati previsti risultano essere concordi con quelli acquisiti sperimentalmente. Da ultimo, è stata proposta una procedura per sfruttare praticamente gli strumenti sviluppati.