Application of the microstructure developement model to the multiscale FEM simulation of metal forming processes

• Autorzy: Żmudzki A. , Nowak J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie modelu rozwoju mikro­struktury w wieloskalowej symulacji MES procesów przeróbki plastycznej metali

• Konferencja: 14th KomPlasTech Conference, Zakopane, January 14-17, 2007
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Models of recrystallization and grain growth mechanisms in hot forming processes are rarely implemented in commercial finite elements codes. However, most of the software used for metal forming processes simulations gives ability to implement additional modules for specific phenomena calculation. In this paper, an algorithm for recrystallization in hot forming processes and its application in commercial finite element code FORGE2 are presented. Most of commonly used models calculate the microstructure evolution after the deformation. During deformation only the reduction of flow stress described by analytical equaitions is included. In this study the model describing phenomena of dynamic recrystallization during metal forming processes and its direct influence on the flow stress, and grain growth evolution after the static recrystallization, are taken into consideration. The analysis is based on computation of recrystallized fraction and the kinetics of austenite grain growth in micro scale (locally in each integration point of finite elements for specific temperature, strain and strain rate values), and the relation to flow of the material in the macro scale. The influence of holding time on grain size distributions at the end of the process is also shown. Results of FEM calculations combined with microstructural model of hot compression and rolling process has been presented and compared with numerical and experimental results for C-Mn steels, showing good agreement between experiment and numerical prediction.

PL

Modele mechanizmów rekrystalizacji i rozrostu ziarna podczas odkształcenia metali na gorąco są dość rzadko implementowane w oprogramowaniu opartym o Metodę Elementów Skończonych (MES). Jednakże większość z komercyjnego oprogramowania oferuje możliwość dołączania dodatkowych modułów obliczeniowych do modelowania specyficznych zjawisk zachodzących w odkształcanym materiale. W artykule przedstawiono algorytm modelowania zjawiska rekrystalizacji w materiale odkształcanym na gorąco, oraz jego implementację w komercyjnym programie FORGE2 opartym o MES. W większości z powszechnie używanych modeli ewolucja mikrostruktury obliczana jest na podstawie końcowego stanu materiału, po odkształceniu. Natomiast wpływ odbudowy mikrostruktury podczas odkształcenia reprezentowany jest poprzez równania naprężenia uplastyczniającego zawierające człon opisujący mięknięcie materiału. W niniejszym opracowaniu pod uwagę wzięto model opisujący zjawisko rekrystalizacji dynamicznej podczas odkształcenia metalu i jego bezpośredni wpływ na wartość naprężenia uplastyczniającego. Analiza zjawiska oparta jest o obliczenia w skali mikro ułamka objętości zrekrystalizowanej oraz kinetyki zmian wielkości ziarna austenitu, oraz wpływ tych zjawisk na płynięcie metalu w skali makro. Przedstawione zostały wyniki obliczeń MES połączonych z modelem mikrostrukturalnym, procesu spęczania oraz walcowania na gorąco stali węglowomanganowych, oraz porównanie modelu z danymi eksperymentalnymi.

Słowa kluczowe

EN

dynamic recrystallization; multiscale analysis; hot forming

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 7, No. 1
• Strony: 83--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Żmudzki A.

autor

Nowak J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Hot Working Conditions, Proc. Conf. THERMEC '88, Tokyo, 1,59-69.
• Kuziak, R., Cheng, Y.-W., Głowacki, M., Pietrzyk, M., 1997, Modeling of the Microstructure and Mechanical Properties of Steels during Thermomechanical Processing, NIST Technical Note 1393, Washington.
• Pietrzyk, M., Madej, Ł., Żmudzki, A., 2005, Komputerowe modelowanie procesów przetwórstwa metali: analiza wieloskalowa, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 72, 238-246 (in Polish).
• Sellars, C.M., 1990, Modelling Microstructural Development During Hot Rolling, Mat. Sci. Techn., 6, 1072-1081.
• Hodgson, P. D., 1993, Mathematical Modeling of Recrystalization Process During the Hot Rolling of Steels, Ph. D. Thesis, University of Queensland, Brisbane.
• Nowak, J., Kędzierski, Z., Pietrzyk, M., 2000, Selected aspects of modelling of microstructure evolution in austenitic steels during hot forming, Proc. Conf. Forming '2000, Ustroń, 191-196.
• Liu, Y., Lin, J., 2003, Modelling of microstructural evolution in multipass hot rolling, J. Mat. Proc. Techn. 143-144, 723-728.