Effect of high strain rate on the dislocation structure of microalloved and if steels

• Autorzy: Stefańska-Kądziela M. , Majta J. , Dymek S. , Muszka K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dużej prędkości odkształcenia na strukturę dyslokacyjną stali mikroskopowej IF

• Konferencja: Scientific Seminar Integrated Study on the Foundations of Plastic Deformation of Metals PLASTMET'06 (5; 28.11-01.12.2006; Łańcut, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of quality and quantity evaluation of dislocation structure under very high strain rates was analyzed. The investigation was performed for two steels of common application: high strength microalloyed Nb(Y) steel and interstitial free (IF) steel. Investigation of microalloyed steel allowed the analysis of dislocation structure evolution in strengthened material (both via precipitations and solid solution). In such conditions, the dislocation movement is difficult and forming substructures are significantly different from those observed in IF steel. In present studies, for suitable evaluation of dislocation structure, an attempt of modification of existing relationships was made. Bergstr¨om’s proposition was utilized and relationships between dislocation cell size and mean dislocation density were determined. The axisymmetrical compression tests were performed with different strain rates at room temperature using static and dynamic testing machines and dropweight. The analysis of microstructure of deformed materials was also performed using transmission electron microscopy (TEM). The estimation of the effect of strain rate on microstructure evolution and, first of all, on dislocation cell structure, was made. It was observed that dislocation structure evolution depends on thermomechanical history of deformed material, strain and strain rate. On the basis of measurements and characteristics of dislocation structure and using B e r g s t r ¨o m’s model it is possible to determine the total dislocation density, taking into account basic process parameters including strain rate under dynamic loading conditions. Obtained results showed a good accuracy of established model to estimate dislocation density on the basis of dislocation cell size.

PL

W pracy podjęto problem oceny jakościowej i ilościowej struktury dyslokacyjnej powstałej w wyniku zastosowania bardzo dużych prędkości odkształcenia. Badania przeprowadzono dla dwóch szeroko stosowanych gatunków stali: mikrostopowej o podwyższonej wytrzymałości (Nb(Y)) oraz IF. Badanie stali mikrostopowej umożliwiło przeprowadzenie analizy rozwoju struktury dyslokacyjnej w materiale umocnionym wydzieleniowo oraz przez roztwór stały. W takich warunkach przemieszczanie się dyslokacji jest utrudnione, a tworzące się podstruktury różnią się znacząco od tych obserwowanych w stali IF. Dla właściwej oceny struktury dyslokacyjnej w obecnych badaniach podjęto próbę modyfikacji istniejących zależności. Wykorzystując propozycje Bergstr¨oma, wyznaczono związki pomiędzy wielkością komórek dyslokacyjnych a średnią wartością gęstości dyslokacji. Przeprowadzono testy osiowosymetrycznego spęczania z różnymi prędkościami odkształcenia, w temperaturze pokojowej przy użyciu statycznej i dynamicznej maszyny wytrzymałościowej oraz młota spadowego. Odkształcony materiał poddano badaniom mikrostruktury z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej. Ocenie poddano wpływ prędkości odkształcenia na rozwój mikrostruktury, w tym przede wszystkim na strukturę komórkową. Zaobserwowano, że rozwój struktury dyslokacyjnej uzależniony jest od rodzaju odkształcanego materiału oraz wielkości i prędkosci odkształcenia. Na podstawie pomiarów i charakterystyki struktury dyslokacyjnej oraz wykorzystując wzór B e r g s t r ¨o m a można wyznaczyć całkowitą gśstość dyslokacji z uwzględnieniem podstawowych parametrów procesu, w tym z uwzględnieniem prędkości odkształcenia w dynamicznych warunkach obciążenia. Otrzymane wyniki wskazują na poprawność przyjętego modelu do oceny gęstości dyslokacji na podstawie pomiarów wielkości komórek dyslokacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

high strain rate; dislocation structure; dislocation density

PL

prędkość odkształcenia; struktura dyslokacyjna; gęstość dyslokacji

• 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: 2007
• Tom: Vol. 52, iss. 2
• Strony: 223--229
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Stefańska-Kądziela M.

autor

Majta J.

autor

Dymek S.

autor

Muszka K.

• AGH University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] K. Muszka, P. D. Hodgson, J. Majta, A physical based modeling approach for the dynamic behavior of ultrafine grained structures, J. Mater. Process. Technol. 177, 456 (2006).
• [2] J. Majta, M. Stefanska-Kadziela, K. Muszka, Modeling of strain rate effects on microstructure evolution and mechanical properties of HSLA and IF-Ti Steels, The 5th International Conference on HSLA Steels, HSLA Steels 2005, 8–10 November 2005, Sanya, Hainan, China, Proceedings in: Iron & Steel Supplement 40, 518 (2005).
• [3] D. A. Hughes, N. Hansen, D. J. Bamann, Geometrically necessary boundaries, incidental dislocation boundaries and geometrically necessary dislocations, Scripta Mater. 48, 147 (2003).
• [4] D. A. Hughes, N. Hansen, High angle boundaries formed by grain subdivision mechanisms, Acta Mater. 45, 3871 (1997).
• [5] N. Tsuji, N. Kamikawa, R. Ueji, Formation Mechanisms of Ultrafine Grained Structure in Severe Plastic Deformation of Low Carbon Steel, The 5th International Conference on HSLA Steels, HSLA Steels 2005, 8–10 November 2005, Sanya, Hainan, China, Proceedings in: Iron & Steel Supplement 40, 954 (2005).
• [6] P. B. Prangnell, J. R. Bowen, A. Gholinia, The formation of submicron and nanocrystalline grain structures by severe deformation, The 22nd Riso International Symposium on Materials Science, Eds. A.R. Dinesen et al. Roskilde, Denmark (2001).
• [7] Y. Bergström, H. Hallén, An Improved Dislocation Model for the Stress-Strain Behaviour of Polycrystalline _-Fe, Mater. Sci. Eng. 55, 49 (1982).
• [8] Y. Bergström, A Dislocation Model for the Stress-Strain Behaviour of Polycrystalline α-Fe with Special Emphasis on the Variation of the Densities of Mobile and Immobile Dislocations. Mater. Sci. Eng. 5, 193 (1969/1970).
• [9] M. Stefanska-Kadziela, Metal forming under dynamic loading, PhD. thesis, AGH University of Science and Technology (2006).
• [10] M. Somani, P. Karjalainen, Physical Modelling of the Transient Behaviour of Flow Stress in Ferrite under Abrupt Strain Rate Change Conditions, The 5th International Conference on HSLA Steels, HSLA Steels 2005, 8–10 November 2005, Sanya, Hainan, China, Proceedings in: Iron & Steel Supplement 40, 542 (2005).
• [11] J. Yanagimoto, A. Yanagida, J. S. Liu, Analytical model for the prediction of microstructure evolution in the hot forming of steel using severe plastic deformation, ICTP 2005 Advanced Technology of Plasticity 2005, Proceedings of the 8th International Conference on Technology of Plasticity, Verona, October 9–13, 2005, ed. P. F. Bariani. - Italy: Edizioni Progetto Padova, 401 (2005).
• [12] D. L. Holt, Dislocation Cell Formation in Metals, J. Appl. Phys. 41, 3197 (1970).