Investigation of Stress by Pressure ANSYS Package Software of Tubes Bearing Steel AISI 51100 and AISI 52100

Abstract

The AISI 51100 and AISI 52100 bearing steel tubes are particularly attractive for use in hardening and bearing applications; chromium containing high alloy carbon and low alloy steel. High carbon chromium bearing steels, engineering steel, some stainless steels, heat resistant steels are used as bearing materials. The most important mechanical properties in these steels are high wear resistance and rolling fatigue strength. ANSYS is a general purpose software for engineers used to simulate the interactions of physics, structure, vibration, fluid dynamics, heat transfer, and electromagnetic disciplines. In this study, AISI 51100 and AISI 52100 bearing steel tubes were modeled as ANSYS software, a 3-dimensional roller bearing with 55x75 mm diameter and 1000 mm depth hole. Modeled bearing steel tubing, inner diameter of 1000 MPa pressure, y axis is done by fixing; stress strain due to vector, changes deformation, x, y, z axes and analyzes to stress von mises were investigated. As the result of ANSYS simulation analysis, it was observed that the stress stresses of the AISI 51100 bearing steel tube increased with respect to the AISI 52100 bearing steel tube.

Keywords

• AISI 51100-AISI 52100,ANSYS,Stress,Rolling steel

AISI 51100 ve AISI 52100 Rulman Çelik Tüplerin ANSYS Paket Yazılımında Basınca Göre Gerilmelerinin İncelenmesi

Öz

AISI 51100 ve AISI 52100 rulman çelik tüpleri, sertleşmekte olan ve özellikle yatak olarak kullanılmak üzere dikkat çeken; yüksek alaşımlı karbon ve düşük alaşımlı çelik içeren kromdur. Yüksek karbonlu krom taşıyan çelikler, mühendislik çeliği, bazı paslanmaz çelikler, ısıya dayanıklı çelikler rulman malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu çeliklerdeki en önemli mekanik özellikler, yüksek aşınma direnci ve yuvarlanma yorulma mukavemetidir. ANSYS; mühendisler için fizik, yapısal, titreşim, akışkanlar dinamiği, ısı transferi ve elektromanyetik disiplinlerinin etkileşimlerini simüle etmek için kullanılan genel amaçlı bir yazılımdır. Bu çalışmada, AISI 51100 ve AISI 52100 rulman çelik tüpler, ANSYS yazılımında, 55x75 mm çapında ve 1000 mm derinliğinde delikli bir rulman silindir 3 boyutlu olarak modellenmiştir. Modellenen rulman çelik tüplere, iç çapa 1000 MPa basıncında, y ekseninde sabitleme işlemi yapılarak; vektörel, deformasyon değişimleri, x,y,z eksenlerine ve von mises gerilmelerine bağlı analizler incelenmiştir. ANSYS simülasyon analizleri sonucunda, AISI 51100  rulman çelik tüpün, AISI 52100  rulman çelik tüpüne göre gerilmelerin arttığı gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• AISI 51100-AISI 52100,ANSYS,Gerilme,Rulman çeliği

References

1. Alley, E.S., Neu, R.W. (2010). Microstructure-Sensitive Modeling of Rolling Contact Fatigue. Int. J. Fatigue, 32(5): 841-850.
2. Alley, E.S., Neu, R.W. (2013). A Hybrid Crystal Plasticity and Phase Transformation Model For High Carbon Steel. Comput. Mech., 1:1-9.
3. Asaro, R.J. (1983). Micromechanics of Crystals and Polycrystals. Adv. Appl. Mech. Dec., 31 (23): 1-15.
4. Blondé, R., Jimenez-Melero, E., Zhao, L., Wright, J.P., Brück, E., Van Der Zwaag, S., Van Dijk, N.H. (2012). High-Energy X-Ray Diffraction Study on The Temperature-Dependent Mechanical Stability of Retained Austenite in Low-Alloyed TRIP Steels. Acta Mater., 60(2): 565-577.
5. Çaydaş, U., Kuncan, O., Çelik, M. (2017). AISI 52100 Rulman Çeliğinin İşlenebilirliğinin Yüzey Pürüzlülüğü, Takım Ömrü ve Sıcaklık Kriterlerine Göre Araştırılması. Politeknik Dergisi, 20(2): 409-417.
6. Gür, A.K., Taşkaya, S., Katı, N., Yıldız, T. (2017). 3D Kafes Çatı Modelinin Ansys Yöntemiyle Mekanik Gerilmelerinin İncelenmesi. 2nd International Conference on Material Science and Technology in Cappadocia (IMSTEC’17), Nevşehir, Türkiye, Ekim 11-13.
7. Gür, A.K., Taşkaya, S., Yıldız, T., Katı, N. (2017). Metal Matrisli Kompozit Malzemelerde Sıcaklığın Etkisiyle Sürünme ve Elastik Özelliklerin Ansys Yöntemiyle İncelenmesi. 2nd International Conference on Material Science and Technology İn Cappadocia (IMSTEC’17), Nevşehir, Türkiye, Ekim 11-13.
8. Gür, A.K., Taşkaya, S., Katı, N., Yıldız, T. (2017). Investigation of Stress Analysis in Sandwich Composite Plates By Ansys Method. 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS’17). Elazığ, Türkiye, Ekim 19-22.

9. Ghahramanzadeh Asl, H., Sezek, S., Alsaran, A. (2015). Analysis of Hip Prosthesis Productıon with Forging Using The Finite Element Method. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(1): 69-87.
10. Jimenez-Melero, E., Blondé, R., Sherif, M.Y., Honkimäki, V., Van Dijk, N.H. (2013). Time-Dependent Synchrotron X-Ray Diffraction on The Austenite Decomposition Kinetics İn SAE 52100 Bearing Steel at Elevated Temperatures Under Tensile Stress. Acta Mater., 61(4): 1154-1166.
11. Kaymaz, K., Zengin, B., Aşkın, M., Taşkaya, S. (2018). Sandviç Kompozit Tabakalarında Mekanik Gerilmelerin Basınca Bağlı Olarak Ansys Yazılımı İle İncelenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (CMES sempozyum ek sayısı):79-93.
12. Manco, G.L., Caruso, S., Rotella, G. (2010). FE modeling of microstructural changes in hard turning of AISI 52100 steel. International Journal of Material Forming, 3:447-450.
13. Suiker, A.S., Turteltaub, S. (2005). Computational Modelling of Plasticity İnduced by Martensitic Phase Transformations. Int. J. Numer. Methods Eng., 63(12): 1655-1693.
14. Taskaya, S., Taskaya, S. (2019). Mapping of Stress Distributions of Hangar Roof Systems in Ansys Software. International Journal of Advance Engineering and Research Development, 6(2): 82-89.
15. Taskaya, S., Taskaya, S. (2018). Investigation of Static Structure Effect According to Axial Coordinates by Using Finite Element Method in Ansys Workbench Software of AISI 310 Austenitic Stainless Cylindrical Model Steel. International Journal of Scientific Engineering and Science, 2(11), 65-70.
16. Taskaya, S., Gur, A.K., Orhan, A. (2019). Joining of Ramor 500 Steel by Submerged Welding and its Examination of Thermal Analysis in ANSYS Package Program. Thermal Science and Engineering Progress, 11, 84-110.
17. Taşkaya, S., Taşkaya, S. (2019). Nitronic 60 Model Çeliğinin Ansys Yazılımında Dik Eksen Koordinatında Basınç Etkisinin Vektörel ve Eksenel Yer Değiştirme Simülasyonu. III. Uluslararası Avrasya Multidisipliner Çalışmalar Kongresi, Gaziantep, Türkiye, Nisan 04-07.
18. Taşkaya, S., Taşkaya, S. (2019). İki Katlı Binanın Ansys Workbench Yazılımında Koordinat Noktalarının Ölçümlendirilmesi ve Kirişlerdeki Gerilmelerin İncelenmesi. International Refereed & Indexed Journal on Mathematic, Engineering and Natural Sciences, 9(3).
19. Taşkaya, S., Taşkaya, S. (2018). St 52 Çelik Model Hacminin Ansys Yazılımında Eksenel Koordinatlara Göre Kuvvet ve Basınç İlişkisinin İncelenmesi. I. Uluslararası Battalgazi Multidisipliner Çalışmalar Kongresi, Cilt-I, Malatya/Türkiye, Aralık 07-09.
20. Taşkaya, S., Taşkaya, S. (2018). Musluk Model Hacminin İçinden Geçen Akışkanın Ansys Yazılımında Global Koordinatlara Göre Dağılımınının Simülasyonu. I. Uluslararası Battalgazi Multidisipliner Çalışmalar Kongresi, Cilt-I, Malatya/Türkiye, Aralık 07-09.
21. Taşkaya, S. (2018). Investigation of Mechanical and Elastic Stresses in Ansys Program By Finite Elements Method of 3D Lattice Roof Model. Mugla Journal of Science and Technology, 4(1):27-36.
22. Taşkaya, S., Zengin, B., Kaymaz, K. (2018). Investigation of Force and Moment Effect of St 37 and St 70 Roof Lattice Steels in Ansys Program. Middle East Journal of Science, 4(1):23-35.
23. Taşkaya, S. (2017). St 37 Çeliğinin Ansys Programında Basınca Bağlı Olarak Mekanik Gerilmelerin İncelenmesi. The Journal of International Manufacturing and Production Technologies, 1(1): 39-46.
24. URL-1, (2019). http://izmircelik.com/index31fd.html?portfolio=rulman-celikleri. İzmir Çelik. 20 Nisan 2019.
25. URL-2, (2019). http://www.figes.com.tr/english/ansys/ansys.php. Figes Engineering. (Erişim Tarihi: 20 Nisan 2019).
26. URL-3, 2019. http://www.htsteelmill.com/mat-no-1-3503-din-105cr4.html . Htsteelmill. (Erişim Tarihi: 10 Nisan 2019).
27. URL-4, (2019). http://www.steel-grades.com/Steel-Grades/Tool-Steel-Hard-Alloy/105Cr4.html. Steel Grades. (Erişim Tarihi: 10 Nisan 2019).
28. URL-5, (2019). http://www.tool-die-steels.com/grades/Tool-Die-Steels/4/7575/105Cr4.html. Tool&Die Steels. (Erişim Tarihi: 10 Nisan 2019).
29. URL-6, (2019). http://www.steelgr.com/Steel-Grades/Tool-Steel/105cr4.html. China Steel. (Erişim Tarihi: 20 Nisan 2019).
30. URL-7, (2019). http://www.htsteelmill.com/mat-no-1-3505-din-100cr6-aisi-5210.html. Htsteelmill. (Erişim Tarihi: 20 Nisan 2019).
31. URL-8, (2019). http://www.lucefin.com/wp-content/files_mf/1.3505100cr6.pdf . Lucefin Group. (Erişim Tarihi: 20 Nisan 2019).
32. URL-9, (2019). http://www.astmsteel.com/product/52100-bearing-steel-aisi/. Otai Specıal Steel. (Erişim Tarihi: 20 Nisan 2019).
33. URL-10, (2018). http://www.mekatronikmuhendisi.com/wp-content/uploads/2015/09/malzemelerin-deformasyonu.pdf. Malzeme Bilgisi Muayenesi-Malzemelerin Deformasyonu. (Erişim Tarihi: 21Temmuz 2018).
34. Voothaluru, R., Liu, C.R. (2014). A Crystal Plasticity Based Methodology For Fatigue Crack İnitiation Life Prediction İn Polycrystalline Copper. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 37(6): 671-681.
35. Voothaluru, R., Bedekar, V., Xie, Q., Stoica, A.D., Hyde, R.S., An, K. (2018). In-Situ Neutron Diffraction And Crystal Plasticity Finite Element Modeling To Study The Kinematic Stability of Retained Austenite İn Bearing Steels. Materials Science and Engineering: A, 711: 579-587.