Experimental investigation of a physical basis of a new integrity assessment procedure for ductile cast iron

In the present research an innovative structural integrity assessment method, based on Voce equation approach, was studied using conventional ductile cast irons GJS400. This method of analysis was developed starting from the modeling of the tensile plastic flow curves, through the constitutive equation of Voce and involves the study of the strain hardening behavior. A second focus of the present work was to evaluate the reliability of this method through investigating the evolution damage approach that consists of the analysis of the variation of Young modulus during straining. This method could be used to evaluate the original structural integrity of the materials, as the reduction of Young modulus with straining is expected to be proportional to the reduction of the effective resisting area to a crack propagation. The hypothesis was that the lower the original integrity of materials, the larger the Young modulus reduction during straining. So, the Young modulus vs. strain investigation was used to support the goodness of the MAD approach to assess the integrity of materials. Mechanical tests, i.e. tensile tests with a strain rate of 10-4 s-1 set in such a way as to apply a series of subsequent loading and unloading as the plastic deformation proceeds, were applied to a different nodular cast iron samples produced through Lynchburg molds with a diameter of 25mm and Y-molds with a thickness of 25-50-75mm, and in heavy-section to study the strain hardening behavior relationship with a wide range of cooling rates and so different microstructures. According to the Voce analysis carried out, particularly by defining the MAD, it was possible to assert that the loading-unloading test applied to evaluate the E evolution vs. strain had not affected the strain hardening behavior. According to the results, MAD allowed to unambiguously identify the materials with different chemical composition and production routes. Furthermore, this method was capable of univocally identify and assess the integrity of the materials. On the other hand, comparing the results of microstructural analysis with those of the evolution of damage approach, it appeared that the latter method is not reliable for an integrity assessment of the material. So, unfortunately, the E vs. strain investigation could not be used to support the goodness of the MAD approach to assess the integrity of materials

Nella presente ricerca è stato studiato un metodo innovativo per la valutazione dell'integrità strutturale, basato sull'approccio dell'equazione di Voce, di ghise duttili convenzionali GJS400. Tale metodo di analisi è stato sviluppato a partire dalla modellazione delle curve di flusso plastico attraverso l'equazione costitutiva di Voce e permette lo studio della deformazione plastica dei materiali. Altro obiettivo della ricerca è stato valutare l'affidabilità di questo metodo studiando l’evoluzione del danno che consiste nell'analisi della variazione del modulo di Young E durante la deformazione. Questo metodo potrebbe essere utilizzato per valutare l'integrità strutturale al procedere della deformazione poiché si assume che la riduzione di E con la deformazione sia proporzionale alla riduzione dell'area efficace resistente alla propagazione della cricca. L’ipotesi è che minore è l’integrità del materiale, maggiore è la riduzione del modulo di Young con la deformazione. Quindi, lo studio di E vs. deformazione è stato usato per supportare la bontà del approccio MAD nella valutazione dell’integrità strutturale del materiale. Test meccanici, i.e. prove di trazione con velocità di deformazione di 10-4 s-1 impostate in modo da applicare una serie di carichi e scarichi in successione al procedere della deformazione plastica, sono stati usati su diversi campioni di ghisa duttile prodotti utilizzando una staffa Lynchburg con diametro di 25mm, staffe a Y con uno spessore di 25-50-75mm e con elevato spessore al fine di studiare la relazione tra l’incrudimento e le diverse velocità di raffreddamento, cioè con le diverse microstrutture risultanti. In accordo all'analisi di Voce, in particolare definendo il MAD, si può affermare che il test di carico-scarico usato per valutare l'evoluzione di E vs. deformazione non ha influenzato il comportamento di incrudimento dei materiali analizzati. Secondo i risultati ottenuti, il MAD permette di identificare univocamente materiali che presentano diversa composizione chimica e prodotti seguendo percorsi di produzione differenti. Inoltre, questo metodo è stato in grado di identificare e valutare in modo univoco l'integrità dei materiali. D'altra parte, confrontando i risultati dell'analisi microstrutturale e quelli dell’approccio dell’evoluzione del danno, è emerso che quest'ultimo è un metodo inaffidabile per una valutazione dell'integrità strutturale. Quindi, lo studio di E vs. deformazione non può essere usato a supporto della bontà dell’approccio MAD nel valutare l’integrità dei materiali