Modeling with FCA-Based Model of Microstructure Evolution of MgCa08 Alloy During Drawing of Thin Wire in Heated Die

• Autorzy: Svyetlichnyy D. S. , Kustra P. , Milenin A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0438

Warianty tytułu

PL

Modelowanie za pomocą FCA rozwoju mikrostruktury stopu MgCa08 podczas ciągnienia cienkiego drutu w podgrzewanym ciągadle

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with a modeling of manufacturing process of thin wire of MgCa08 alloy used as biocompatible soluble threads for medical application. Some difficulties in material deformation subjected with its hexagonal structure can be solved with accurate establishment of the deformation conditions, especially temperature history of the whole process. In drawing process with heated die, wire is preheated in furnace and then deformed. The only narrow temperature range allows for multi-pass drawing without wire breaking. Diameter below 0.1 mm required for the final product makes very important the consideration of microstructure evolution because grain size is comparable with the wire dimensions. For this reason the problem is considered in the micro scale by using the frontal cellular automata (FCA)-based model. The goals of present work are the development and validation of FCA-base model of microstructure evolution of MgCa0.8 magnesium alloy. To reach this objective, plastometric and relaxation tests of MgCA08 alloy were done on physical simulator GLEEBLE 3800. Results of the experimental studies were used for parameters identification of the hardening-softening model of the material. Then, initial microstructure and its evolution during the drawing passes were simulated with FCA-based model. FCA consider dislocation density and flow stress, hardening and softening including recovery and recrystallization, grain refinement and grain rotation, as well as grain growth. It allows one to obtain structures close to real ones. Two variants of the drawing process with different temperature history were considered. The deformation scheme was the same. Simulation results with following short discussion confirm usefulness of FCA-based model for explanation and selection of rational technological condition of thin wire drawing of MgCa08 alloy.

PL

W pracy rozpatrzono proces wytwarzania cienkich drutów z biozgodnego stopu MgCa0.8 z przeznaczeniem na resorbowalne nici chirurgiczne. W procesie ciągnienia drut nagrzewany jest w piecu a następnie odkształcany. Jednym z warunków, jaki musi być spełniony w technologicznym procesie jest zachodzenie rekrystalizacji w trakcie ciągnienia. Pozwala to na realizację wielo przepustowego procesu ciągnienia bez wyżarzania międzyoperacyjnego. Prognozowanie rekrystalizacji na etapie projektowania technologii wymaga stworzenia modelu rekrystalizacji. W przypadku ciągnienia drutów o średnicach mniejszych niż 0.1 mm konieczne jest zastosowania modelu w skali mikro. Celem pracy jest opracowanie modelu rekrystalizacji, opartego o frontalne automaty komórkowe (FCA) oraz przykładowa symulacja kilku przepustów ciągnienia. Do kalibracji modelu FCA wykorzystano badania plastometryczne oraz testy relaksacji stopu MgCa08 przy użyciu symulatora fizycznego GLEEBLE 3800. Wyniki tych badań pozwoliły wyznaczyć parametry modelu umocnienia-mięknięcia materiału. Następnie początkowa mikrostruktura i jej rozwój podczas procesu ciągnienia były analizowane za pomocą modelu opartego o FCA, który uwzględnia gęstość dyslokacji, naprężenie uplastyczniające, umocnienie i mięknięcie w tym zdrowienie i rekrystalizację, rozdrobnienie ziaren oraz ich rotację i rozrost, co pozwala na uzyskanie struktury bliskiej do rzeczywistej. Dwa warianty procesu ciągnienia o różnej historii zmiany temperatury rozpatrzono w pracy. Wyniki symulacji potwierdziły przydatność modelu opartego o FCA do uzasadnienia i wyboru racjonalnych warunków technologicznych ciągnienia cienkich drutów za stopu MgCa08. W pracy przedstawiono również praktyczną implementację procesu ciągnienia.

Słowa kluczowe

EN

modeling; FCA; microstructure; MgCa08; drawing; thin wires

PL

modelowanie; FCA; mikrostruktura; MgCa08; ciągnienie; cienki drut

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2721--2728
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Svyetlichnyy D. S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Kustra P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Milenin A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] F. W. Bach, R. Kucharski, D. Bormann, Eng. Biomat. 56-57, 58 (2006).
• [2] J. M. Seitz, E. Wulf, P. Freytag, D. Bormann, F.W. Bach, Adv. Eng. Mater. 12, 1099 (2010).
• [3] A. Milenin, J. M. Seitz, Fr. W. Bach, D. Bormann, P. Kustra, Wire Journal Int. 6, 74 (2011).
• [4] A. Milenin, P. Kustra, Steel Res. Int. 81, 125 (2010).
• [5] A. Milenin, P. Kustra, Arch. Metall. Mater. 58, 55 (2013).
• [6] A. Milenin, P. Kustra, M. Pietrzyk, Key Engineering Materials. 622-623, 651 (2014).
• [7] A. Milenin, P. Kustra, D. Byrska-Wojcik, Adv. Eng. Mater. 16, 202 (2014).
• [8] A. Milenin, D. J. Byrska, O. Grydin, Computers & Structures 89 spec. iss. 11-12, 1038-1049 (2011).
• [9] M. Rappaz, C-A. Gandin, Acta Metall. Mater. 41, 345 (1993).
• [10] D. Raabe, Acta Mater. 52 2653(2004)
• [11] A. Burbelko, E. Fraś, W. Kapturkiewicz, E. Olejnik, Mater. Sci. Forum 508, 405 (2006).
• [12] A. A. Burbelko, E. Fraś, W. Kapturkiewicz, D. Gurgul, Mater. Sci. Forum 649, 217 (2010).
• [13] D. Szeliga, K. Kubiak, A. Burbelko, R. Cygan, W. Ziaja, Solid State Phen. 197, 83 (2013).
• [14] D. S. Svyetlichnyy, Cellular automata - Innovative modelling for science and engineering, InTech, Croatia, doi: 10.5772/15773, 176 (2011).
• [15] P. J. Hurley, F.J. Humphreys, Acta Mater. 51, 3779 (2003).
• [16] Qian M, Guo Z.X. 2004 Cellular automata simulation of microstructural evolution during dynamic recrystallization of an HY-100 steel Mater. Sci. Eng. A 365, 180-185 (2004).
• [17] Kumar M, Sasikumar R, Kesavan N. P. 1998 Competition between nucleation and early growth of ferrite from austenite - studies using cellular automation simulations Acta Mater. 46, 6291-6303 (1998).
• [18] F. Chen, K. Qi, Cui Z. S., Lai X. M. Comput. Mater. Sci. 83, 331 (2014).
• [19] D. S. Svyetlichnyy, Comput. Mater. Sci. 50, 92 (2010).
• [20] P. Macioł, J. Gawąd, R. Kuziak, M. Pietrzyk, Int. J. Multiscale Comp. Eng. 8, 267 (2010).
• [21] D. S. Svyetlichnyy, ISIJ Int. 52, 559 (2012).
• [22] K J Song, Y H Wei , Z B Dong, X H Zhan, W J Zheng , K Fang, Comput. Mater. Sci. 72, 93 (2013).
• [23] D. S. Svyetlichnyy, A.I. Mikhalyov, ISIJ Int. 54, 1386 (2014).
• [24] D. Svyetlichnyy, J. Majta, K. Muszka, Steel Res. Int. 79, 452-458 (2008).
• [25] D. S. Svyetlichnyy, Mater. Sci. Forum 638-642, 2772 (2010).
• [26] D. Svyetlichnyy, J. Majta, K. Muszka, Ł. Łach, AIP Conf. Proc. 1315, 1473 (2010).
• [27] D.S. Svyetlichnyy, Comp. Mater. Sci. 77, 408 (2013).
• [28] C. Zheng, D. Raabe, D. Li, Acta Mater. 60, 4768 (2012).
• [29] F. Chen, Z. Cui, J. Liu, W. Chen, S. Chen, Mater. Sci. Eng. A527, 5539. (2010).
• [30] D. S. Svyetlichnyy, Comp. Mater. Sci. 60, 153 (2012).
• [31] D. S. Svyetlichnyy, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 22, 085001 (doi: 10.1088/0965-0393/22/8/085001) (2014).
• [32] D. S. Svyetlichnyy, K. Muszka, J. Majta, Experimental study of MaxStrain technology of microalloyed steel (Y) and simulation by three-dimensional frontal cellular automata model Comp. Mater. Sci. (in press) (2014).
• [33] M. Krzyzanowski, D. Svyetlichnyy and W M Rainforth Powder bed generation in integrated modelling of additive layer manufacturing of orthopaedic implants submitted to Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. (in press) ().
• [34] U. F. Kocks, J. Eng. Mater. Technol. 98, 76 (1976).
• [35] Y. Estrin, H. Mecking, Acta Metal. 32, 57 (1984).
• [36] G. A. Malygin, Phys. Stat. Sol. (a) 119, 423 (1990).
• [37] E. Nes, K. Marthinsen, Mater. Sci. Eng. A. 322, 176 (2002).
• [38] D. S. Svyetlichnyy, ISIJ Int. 45, 1187 (2005).
• [39] D. S. Svyetlichnyy, Mater. Sci. Technol. 25, 981 (2009).
• [40] J. Nowak, D. S. Svyetlichnyy, Ł. Łach, Appl. Mech. Mater. 117-119, 582 (2011).
• [41] D. S. Svyetlichnyy, J. Majta, J. Nowak, Mater. Sci. Eng. A. 576, 140 (2013).
• [42] E. Nes, Acta Metall. Mater. 43, 2189 (1995).
• [43] A. Milenin, P. Kustra, patent application, RP P.397292, (2011).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.