Possibilities of the mechanical behavior modeling of structures after severe plastic deformation

• Autorzy: Muszka K. , Doniec K. , Majta J.

Warianty tytułu

PL

Własności mechaniczne materiałów ultradrobnoziarnistych wytworzonych techniką SPD - możliwości modelowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Prediction of the mechanical response of the materials using computer simulation is well known and widely used as a tool to optimize their mechanical properties. This method seems to be especially important for ultrafine grained materials obtained using severe plastic deformation techniques, that are characterized by high strength but also poor ductility. Understanding of the deformation and strengthening mechanisms that govern their mechanical response can be done by establishment of the proper constitutive equations i.e. the flow stress model. In case of heavily deformed microstructures characterized also by high inhomogeneity of microstructure and mechanical properties, existing flow stress models need to be modified in order to take those effects into consideration. Presented paper shows some modeling results of the mechanical behavior of specimens subjected to severe plastic deformation using MaxStrain system. Different grades of steels were examined and their mechanical response was simulated using modified Khan-Huang-Liang (KHL) flow stress model that was implemented into Abaqus Explicit code via user subroutine. An effect of various deformation conditions was discussed with respect to the microstructure evolution and its influence on final mechanical properties. Different states of microstructure (i.e. high angle boundaries stability, volume fraction of low angle boundaries) were analyzed and their influence on the flow stress were discussed. Comparison of the measured and calculated results showed that presented model can be used for the modeling of mechanical response of heavily deformed ultrafine grained structures.

PL

Modelowanie własności mechanicznych materiałów z wykorzystaniem symulacji komputerowej stwarza bardzo dobre narzedzie do ich optymalizacji. Wydaje się to być szczególnie istotne dla materiałów o strukturach silnie rozdrobnionych uzyskanych na drodze silnej akumulacji odkształcenia plastycznego (SPD). Materiały te charakteryzują się bardzo wysoką wytrzymałością. Ograniczeniem ich zastosowania w skali przemysłowejj są jednak ich niskie własności plastyczne. Zrozumienie mechanizmów odkształcenia i umocnienia, działającychw tych materiałach jest kluczowe dla poprawy ich własności plastycznych. Wykorzystanie w tym celu metody elementów skończonych wymaga poprawnie zdefiniowanego modelu reologicznego. W przypadku struktur silnie rozdrobnionych charakteryzujących się głównie dużą niejednorodnością mikrostrutury i własności mechanicznych, konieczne jest zaproponowanie nowych, bądź zmodyfikowanych modeli naprężenia uplastyczniającego. Przedstawione badania dotyczą modelowania własności mechanicznych materiałów poddanych silnemu odkształceniu plastycznemu z wykorzystaniem systemu MaxStrain. Analizie poddano różne gatunki stali, a do reprezentacji ich własności mechanicznych wykorzystano zmodyfikowany model naprężenia uplastyczniającego Khan-Huang-Liang (KHL). Model ten został zaimplementowany do programu Abaqus Explicit (za pomocą procedury użytkownika YUMAT). Poddano dyskusji wpływ różnych warunków odkształcania na rozwój mikrostruktury oraz na końcowe własności mechaniczne materiału. Do oceny własności plastycznych w próbie rozciągania wykorzystano model oparty o kryterium niestabilności plastycznej (Considere). Porównanie wyników symulacji z wynikami z rzeczywistej próby rozciągania dało dobrą zgodność, co wskazuje, iż zaprezentowane rozwiązania mogą być z powodzeniem wykorzystane do oceny własności plastycznych materiałów ultradrobnoziarnistych wytworzonych techniką SPD.

Słowa kluczowe

EN

ultrafine-grained materials; mechanical response; ductility; Considere criterion

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, No. 1
• Strony: 85--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Muszka K.

autor

Doniec K.

autor

Majta J.

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

Bibliografia

• 1.          ABAQUS Analysis Users Manuał, Hibbitt, Karlsson & Sorensen, 2003, Pawtucket.
• 2.          Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill, Boston, MA, 1986.
• 3.          Johnson,  G.R.,  Cook,  W.H.,  Fracture  characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates temperatures and pressures, Eng. Fract. Mech., 21, 1985, 31-48.
• 4.          Khan, A.S., Suh, Y.S., Chen, X., Takacs, L., Zhang, H.,Nanocrystalline aluminum and iron: Mechanical behavior at quasi-static and high strain rates, and  constitutive modeling, Int. J. Piast., 22, 2006, 195-209.
• 5.          Muszka, K., Wpływ rozdrobnienia struktury na mechanizmy umocnienia stali niskoweglowych odkształcanych plastycznie, PhD thesis, AGH, Kraków, 2008 (in Polish).
• 6.          Muszka, K., Majta, J., Hodgson, P.D., Study of the grain size effect on the deformation behavior of mciroalloyed Steels, Proc. Materials Science and Technology 2007, Detroit, 6, 2007, 3942-3953.
• 7.          Muszka, K., Majta, J., Hodgson, P.D., Modeling of the mechanical behavior of nanostructured HSLA steels, ISIJ Int., 47, 2007, 1221-1227.
• 8.          Ohmori, A., Torizuka, S., Nagai, K., Strain-hardening due to dispersed cementite for Iow carbon ultrafme-grained steels, ISIJ Int., 44, 2004, 1063-1071.
• 9.          Ponge, D., Song, R., Raabe, D., The formation of ultrafme grained microstructure in a plain C-Mn steel, International Symposium on Utrafine Grained Steels 2007, Kitakyushu, 2007, 2.
• 10.         Sabirov,  L,  Estrin,  Y.,  Barnett, M.R.,  Timonkhina,  L, Hodgson, P.D., Enhanced tensile ductility of an ultra-fine-grained aluminium alloys, Ser. Mater., 58, 2008, 163-166.
• 11.         Song, R., Ponge, D., Raabe, D., Speer, J.G., Matlock, D.K.,Overview of processing, microstructure and mechanical properties of ultrafine grained bbc steels, Mater. Sci. Eng., A 441, 2006, 1-17.
• 12.         Tsuji, N., Takata, N., Ueji, R., Koyama, H., Fabrication of multi-phase ultrafine grained steels for managing both strength and ductility, International Symposium on Ultrafine Grained Steels 2007, Kitakyushu, 2007, 5.