Internal state constitutive models describing the flow stress of metallic materials

• Autorzy: Mydlarczyk W. , Polak S.

Warianty tytułu

PL

Równania konstytutywne opisujące naprężenie uplastyczniające uwzględniające stan wewnętrzny materiału

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of the paper is to give a review of different constitutive models with the internal state of the material as a base parameter for the computation of the changes in the flow stress-strain relationship. Some models are so complicated that on the basis of, the nowadays knowledge of phenomena taking place during the deformation processes of metals and alloys, their application is in practice very difficult or even impossible. Several typical models have been presented. They differ in their treatment of the factors that influence on the course of the flow stress curves. Each of them allows determining the dependence of the flow stress on the internal state and the deformation conditions. All the presented models differ in their range of applications. Also, the accuracy reached in the description of the real flow stress curve is different in each of them. Some models have been described in detail. Moreover, one of them was used for calculation of the flow stress strain relationship. Owing the introduction of the conception of the internal state, that model could take into account the strain hardening, dynamic and static kinetics of softening, slow and sudden changes of the strain rate and temperature, as well as the influence of the interruption in the deformation. Some models can be applied to the large plastic strains in a wide range of the deformation conditions and not only for hot and warm deformation temperatures, but also for the low temperature, where the softening processes do not hold. So far no model has been built which would incorporate all the thermo-mechanical and structural processes that occur during and after the deformation. Therefore, the researches aimed at improving the existing models, which describe the reactions of the material to complex deformation conditions, are still very attractive.

PL

Zasadniczym celem pracy jest przedstawienie różnych modeli konstruktywnych opisujących zależności pomiędzy naprężeniem uplastyczniającym a odkształceniem uwzględniające stan wewnętrzny materiału jako główny parametr. Niektóre modele są tak złożone, że ich praktyczne zastosowanie jest bardzo trudne a nawet niemozliwe przy obecnej wiedzy o zjawiskach i ich wzajemnym oddzialywaniu podczas odkształcania metali i stopów. Typowe modele rózniące sie w ujęciu czynników określających przebieg napreżenia uplastyczniajacego zostały przedstawione. każdy z nich umożliwia okreslenie naprężenia uplastyczniajacego w zależności od stanu wewnętrznego i warunków odkształcenia. Modele różnią się w zakresie ich zastosowania i dokładności opisu rzeczywistych przebiegów naprężenia uplastyczniającego. Kilka modeli zostało dokladniej opisane i jeden z nich został użyty do obliczenia zależności pomiedzy naprężeniem uplastyczniajacym a odkształceniem. Modele poprzez uwzględnienie stanu wewnętrznego umożliwiają określenie umocnienia kinetyki dynamicznego i ststycznego osłabienia, poolnych i szybkich zmian prędkości odkształcania i temperatury, przerw w procesie odkształcania. Niektórezmodele moga być zastosowane do dużych odksztalceń plastycznych w szerokim zakresie warunków odkształcania, zarówno w procesach kształtowania na ciepło jak i gorąco jak również na zimno po wyeliminowaniu procesów osłabienia.

Słowa kluczowe

EN

constitutive model; flow stress

PL

model konstytutywny; naprężenie uplastyczniające

• 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: 2004
• Tom: Vol. 49, iss. 4
• Strony: 927--948
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., rys.

Twórcy

autor

Mydlarczyk W.

• Wrocław University of Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Polak S.

• Wrocław University of Technology, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Z. Gronostajski, Constitutive equations applied in sheet metal forming processes. Proc of Int. Conf. Advances in Materials and Processing Technologies, AMPT'95, 919-925 Guimaraes, Portugal. (1997).
• [2] Z. Gronostajski, Model describing the flow stress of silicon bronzes below critical strain. J. of Mater. Proc. Technol. 64, 157-168 (1997).
• [3] Z. Gronostajski, Constitutive model of silicon bronzes for finite element analysis. Proc. of the 4th Int. Conf. Sheet Metal 1996, 229-238 Twente (1996).
• [4] Z. Gronostajski, Model describing the characteristic values of flow stress and strain of brass M63 and aluminium bronze BA93, J. of Mater. Proc. Technol. 78, 84-89 (1998).
• [5] Z. Gronostajski. Równania konstytutywne stosowane w warunkach obróbki plastycznej na zimno blach, Obróbka Plastyczna Metali 8 19-23 (1997).
• [6] Z. Gronostajski, Z. Misiołek, Model describing flow stress by means of structural processes and internal state of materials. Archive of Metallurgy 40. 399-418 (1995).
• [7] Z. Marciniak, A. Konieczny, Modelling the variation of the yield stress within the temperature range typical for cold and warm metal forming, J. Mech. Work. Technol. 15, 15-37 (1987).
• [8] M. Pietrzyk, Propozycja modelu opisującego umocnienie metali w procesach plastycznej przeróbki na gorąco i uwzględniającego historie odkształcenia, Mat. Międz. Konf. Plast'96 1-10 Ustroń (1996).
• [9] M. Pietrzyk, Zastosowanie modelu konstytutywnego wykorzystującego zmienną wewnętrzną do symulacji metodą elementów skończonych procesów plastycznej przeróbki na gorąco. Proc. Int. Conf. Forming 2000 1 Ustroń (2000).
• [10] M. Pietrzyk, P. D. Hodgson, Internal variable model applied to the prediction of grain size during thermomechanical processing of C-Mn steel, Inżynieria Materiałowa, 19, 645-650 (1998).
• [11] F. Grosman, The characteristics of materials technological plasticity, rozdział w monografii pt. Plasticity of Metallic Materials, Deformation Behaviour. Structure Development. Testing, Modeling. Red. E. Hadasik i I. Schindler, Wydawnictwo Politechniki Sląskiej, 11-40 Gliwice (2004).
• [12] A. K. Mille, Unified constitutive equations for creep and plasticity, Elsevier, London (1987).
• [13] Z. Gronostajski, Selected Models Descrbing Flow Stress in Conditions of Plastic Working Processes, Proc. of 14th Int. Sc. Conf. Advanced Materials and Technologies, AMT'95, 141-148 Zakopane (1995).
• [14] Z. Gronostajski, Modelling of the Flow Stress of Copper Silicon Alloys. Proc. of Int. Conf. Advances in Materials and Processing Technologies, AMPT'95, Dublin 765-774 (1995) .
• [15] C. M. Sellars, Role of computer modelling in thermomechanical processing, Inżynieria Materiałowa 19, 100-107 (1998).
• [16] C. M. Sellars, J. A. Whiteman, Recrystallization and grain growth in hot rolling, Metal. Sci, 13, 187-194 (1979).
• [17] U. F. Kocks, H. Mecking, Physics and phenomenology of strain hardening: the FCC case, Progress In Mat. Sci. 48, 171-273 (2003).
• [18] E. W. Hart, Micromechanical basis for constitutive equations with internal state variables. Trans, of ASME 106. 322-325 (1984).
• [19] L. Anand, Constitutive equations for the rate-dependent deformation of metals at elevated temperatures, Trans, of ASME 104, 12-17 (1982).
• [20] M. Zhou, M. P. Clode, Modeling of high temperature viscoplastic flow of aluminium alloys by hot torsion testing. Mat. Science and Technol. 13. 818-824 (1997) .
• [21] P. Perzyna, A. Sawczuk, Problems of thermoplasticity. Nuclear Eng. Design, 24,1-6 (1973).
• [22| R. Sandström, R. Langeborg, A model for hot working occurring by recrystallizatin, Acta Met. 23, 387-398 (1975).
• [23] Y. Estrin, H. Mecking, A unified phenomenological description of work hardening and creep base on one-parameter models. Acta Metali. 32, 57-70 (1984).
• [24] H. Mecking. U. F. Kocks, Kinetics of flow and strain hardening. Acta Metali. 29 (1981) 1865-1875.
• [25] Y. Estrin, Dislocation density related constitutive modelling. In Unified Constitutive Laws of Plastic Deformation, Eds. Krausz A.S. and Krausz K.. Academic Press. 1996.
• [26] H. Mecking, B. Nicklas, N. Zarubova, U. F. Kocks, A "universal" temperature scale for plastic flow. Acta Metali. 34, 527-530 (1986).
• [27] E. S. Palma. O. Voehringer, Modelagem da tensao de escoamento de materials metalicos em funcao da temperature e velocidade de deformacao, J. of the Braz. Soc. Mechanical Sciences 17, 77-88 (1995).
• [28] C. H. J. Davies, Dynamics of the evolution of dislocation populations. Scr. Met. Mater. 30, 349-353 (1994).
• [29) J. Kusiak, R. Kawalla, M. Pietrzyk, H. Pircher, Inverse analysis applied to the evaluation of material parameters in the history dependent flow stress equation in hot forming of metals, J. Mat. Proc. Technol. 60, 455-461 (1996).
• [30] M. Pietrzyk, J. Kusiak, Nowa wersja programu Comp-axi pozwalająca na automatyczne wyznaczanie krzywych umocnienia metali i stopów odkształcanych plastycznie na gorąco. Mat. Konf. Zastosowanie Komputerów w Zakładach Przetwórstwa Metali. Koninki 49-54 (1996).
• [31] J. Ordon, R. Kuziak, M. Pietrzyk, History dependent constitutive law for austenitic steel. Proc. Int. Conf. Metal Forming'20(X). Kraktów.
• [32] L. Tabourot, M. C. FiveI, E. F. Rauch, Physically based constitutive equations for fee single crystals, Proc. of Int. Conf. PIasticity'99, 1-4 Mexico, (1998).
• [33] Z. Gronostajski, Development of constitutive equations of copper- silicon alloys. J. of Mat. Proc. Techn. 60, 621-627 (1996).
• [34] Z. Gronostajski, Z. Misiolek. Constitutive equations of silicon bronzes, J. of Mat Proc. Techn. 62. 133-139 (1996).
• [35] L. Błaż, A. KorbeI, Wysokotemperaturowe odksztalcanie miedzi i mosiądzu (34.4%Zn), Archiwum Hutnictwa 27, 285-312 (1982).
• [36] Z. Gronostajski, Wyznaczanie naprężenia uplastyczniającego w próbie skręcania z uwzględnieniem osłabienia materiału, Mat. Konferencji Projekty Badawcze z Zakresu Przeróbki Plastycznej, Metaloznawstwa i Technologii Spiekowych, Szklarska Poręba 51-55 (1997).
• [37] Z. Gronostajski. Analiza wyznaczania naprężenia uplastyczniającego w próbie skręcania, Rudy i Metale Nieżelazne, 44, 236-242 (1999).
• [38] E. Hadasik, A. Ptachta, I. Schindler, Z. Gronostajski. Analysis of methodology for determination of the flow stress in hot torsion test, Proc. of 11th Int. Metallurgical and Materials Conf., Metal'2002. Hradec and Moravici, (2002) 1-8.
• [39] E. Hadasik, A. Płachta, Z. Gronostajski, Analiza sposobów wyznaczania naprężenia uplastyczniającego w próbie skręcania na gorąco. Rudy i Metale Nieżelazne 46, 504-507 (2001).
• [40] Z. Gronostajski, E. Hadasik, I. SchindIer, Analiza próby skręcania na gorąco metodą elementów skończonych. Mat. 9 Konf. KomPlasTech'2002. Szczawnica, 103-109 (2002).
• [41] Z. Gronostajski. Analiza metodą elementów skończonych plastometrycznej próby skręcania. Informatyka w Technologii Materiałów 2, 64-54 (2002).
• [42] Z. Gronostajski, Symulacja MES rozkładu temperatury w skręcanych próbkach. Mat. 7 Konf. Zastosowanie Komputerów w Zakładach Przetwórstwa Metali, KomPlas-Tech'2000 247-254 Krynica (2000).
• [43] Z. Gronostajski, A general model describing flow stress of copper alloys in different deformation conditions, J. Mat. Proc. Technol. 142 684-691 (2003).
• [44] Z. Gronostajski, Model opisujący zmiany naprężenia uplastyczniającego uwzględniający osłabienie materiału. Przegląd Mechaniczny 60 9-12 (2001).
• [45] Z. Gronostajski, Modele konstytutywne opisujące zachowanie się wybranych stopów miedzi w zakresie dużych odkształceń plastycznych, Monograph. Ed. Oficyna Wydawnicza of Wroclaw University of Technology. (2000).
• [46] S. Garofalo, An empirical relation defining the stress dependence of minimum creep rate in metals. Trans. AIME 227, 351-355 (1963) .
• [47] Z. Gronostajski, Metody badania kinetyki osłabienia statycznego i dynamicznego, Rudy i Metale Nieżelazne 47, (2002) 11-16.
• [48] Z. Gronostajski, Badania stosowane w zaawansowanych procesach kształtowania plastycznego, Ed. Oficyna Wydawnicza of Wrocław University of Technology. Wrocław (2003) 1-207.