Physical and mathematical modeling of static recrystallization process in the wires of MgCa08 alloy after drawing in heated dies

• Autorzy: Milenin A. , Kustra P. , Byrska-Wójcik D. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Fizyczne i matematyczne modelowanie procesu rekrystalizacji statycznej podczas ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach drutów ze stopu magnezu MgCa08

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modeling of the manufacturing process of thin wires made of MgCa08 alloy is described in the paper. This process is composed of 25 drawing passes in heated dies for initial wire diameter of 1.0 mm and final diameter of 0.1 mm. Parameters of drawing process were chosen in such a way that complete recrystallization of the wireoccurred in all passes. The model of static recrystallization (SRX) for MgCa08 alloy was developed to enable design of the drawing process. The parameters of the model were determined on the basis of stress relaxation tests. The tests were performed on GLEEBLE 3800 physical simulator for three temperatures 250, 300, 350ºC and three strains 0.1, 0.2 and 0.3. SRX model was implemented into Drawing2D software, which allows simulation of drawing processes in heated dies. Two variants of drawing process were simulated. In the first variant all passes were performed with the die temperature of 350ºC. In the second variant one pass were carried out with the die temperature of 21ºC. The verification of simulations was done on the basis of microstructures observed in experiments and it was showed in the paper that the model predicts correctly final microstructure. Performed experiments and numerical simulations showed that contribution of the dynamic recrystallization is small and it may be neglected in simulation of multi-pass hot drawing of MgCa08 alloy. The results of simulations of the SRX showed that in this process only every second pass has to be realized in a hot die. After each cold pass the hot pass is required in order to restore the plasticity by recrystallization.

PL

Praca poświęcona jest modelowaniu numerycznemu procesu ciągnienia cienkich drutów ze stopu magnezu MgCa08. Opisywany proces składa się z 25 przepustów wykonanych w gorących ciągadłach przy początkowej średnicy drutu 1 mm oraz końcowej .1 mm. Parametry procesu ciągnienia dobrano w taki sposób, by w czasie ciągnienia zachodziła pełna rekrystalizacja. Dlatego konieczne było opracowanie modelu rekrystalizacji statycznej (SRX). Parametry modelu SRX określono na podstawie badań taksacji, które zostały wykonane na symulatorze GLEEBLE 800 dla trzech różnych temperatur 250, 300, 350 °C i trzech wartości odkształcenia 0.1, 0.2 oraz 0.3. Model rekrystalizacji statycznej został zaimplementowany do oprogramowania Drawing2D, które umożliwia symulację procesu ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach. Wykonano dwa warianty symulacji procesu ciągnienia. W pierwszym wszystkie przepusty w procesie ciągnienia zostały wykonane w temperaturze 50 °C, w drugim zaś jeden z przepustów wykonano w temperaturze pokojowej. Weryfikacja modelu rekrystalizacji została wykonana w oparciu o zdjęcia mikrostruktur drutów po procesie ciągnienia. Przeprowadzone badania doświadczalne i symulacje numeryczne wykazały, że udział rekrystalizacji dynamicznej w badanym procesie jest niewielki i może ona zostać pominięta w modelu. Wyniki symulacji rekrystalizacji statycznej pokazały, że w procesie wielostopniowego ciągnienia drutów ze stopu MgCa08 wystarczy, jeżeli co drugi przepust jest wykonywany w podgrzewanym ciągadle. Po każdym przepuście w temperaturze otoczenia wymagany jest przepust w podgrzewanym ciągadle.

Słowa kluczowe

EN

recrystallization; magnesium alloys; MgCa08; drawing; numerical modelling

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.4
• Strony: 481--491
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Milenin A.

• AGH University of Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kustra P.

• AGH University of Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Byrska-Wójcik D.

• AGH University of Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pietrzyk M.

• AGH University of Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Ambroziński, M., Rauch, L, Packo, M., Gronostajski, Z., Kaczyński, P., Jaśkiewicz, K., Krawczyk, J., 2016, Komputerowe wspomaganie projektowania procesu tłoczenia w podwyższonych temperaturach na przykładzie wytwarzania elementu ze stopu magnezu AZ31 dla przemysłu motoryzacyjnego, Mechanik, 89, (in Polish, in press).
• Avrami, M., 1939, Kinetics of phase change. I. General theory, Journal of Chemical Physics, 1, 1103-1112.
• De Pari Jr., L., Misiołek, W.Z., Forsmark, J.H., Luo, A.A., 2010, Flow stress numerical modeling for large strain deformation in magnesium, Computer Methods in Materials Science, 10, 108-129.
• Friedrich, H. E., Mordike, B. L., 2006, Magnesium Technology, Metallurgy, Design Data, Applications, Springer, New York.
• Johnson, W.A., Mehl, R.F., 1939, Reaction kinetics in processes of nucleation and growth, Transactions AIME, 135, 416-442.
• Karjalainen, L.P., Perttula, J., 1996, Characteristics of static and metadynamic recrystallization and strain accumulation in hot-deformed austenite as revealed by the stress relaxation method, IS1 J International, 36, 729-736.
• Kawalla, R., Stolnikov, A., 2004, Deformation behaviour and microstructure development of magnesium AZ31 alloy during hot and semi-hot deformation, Advanced Engineering Materials, 6, 525-529.
• Kolmogorov, A., 1937, A statistical theory for the recrystallisation of metals, Akad. Nauk SSSR, Izv., Ser. Matem, 1, 355-359.
• Milenin, A., Byrska, D.J., Grydin, O., 2011, The multi-scale physical and numerical modeling of fracture phenomena in the MgCa0.8 alloy, Computers & Structures, 89, 1038-1049.
• Milenin, A., Kustra, P., 2013a, Sposób i urządzenie do realizacji procesu ciągnienia cienkich drutów z niskoplastycznych stopów magnezu, Biuletyn Urzędu Patentowego, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica w Krakowie: B21C 1/02, ISSN: 0137-8015, 12, 9-10 (in Polish).
• Milenin, A., Kustra, P., 2013b, Numerical and experimental analysis of wire drawing for hardly deformable biocompatible magnesium alloys, Archives of Metallurgy and Materials, 58, 55-62.
• Milenin, A., Kustra, P., Byrska-Wojcik, D., 2014a, FEM-BEM code for the multiscale modeling and computer aided design of wire drawing technology for magnesium alloys, Adv. Eng. Mater., 16, 2, 202-210.
• Milenin, A., Kustra, P., Pietrzyk, M., 2014b, Model MES procesu ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach drutów ze stopów Mg z uwzględnieniem procesów rekrystalizacji w skali makro, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 81, 1,7-10 (in Polish).
• Milenin, A., Kustra, P., Pietrzyk, M., 2014c, Physical and numerical modelling of wire drawing process of Mg alloys in heated dies accounting for recrystallization, Key Engineering Materials, 622-623, 651-658.
• Mordike, B.L., Ebert, T., 2001, Magnesium properties - applications - potential, Material Science and Engineering A, 302, 37-45.
• Pietrzyk, M.,1992, Metody numeryczne w przeróbce plastycznej metali, Wydawnictwo AGH, Skrypt Uczelniany nr 1303.
• Sellars, C. M., 1979, Physical metallurgy of hot working, Int. Conf. on Hot Working and Forming Processes, The Metals Society, London, 3-15.
• Svyetlichnyy, D. S., Milenin, A., Kustra, P., Pidvysots'kyy, V., 2015, Modeling with FCA-based model of microstructure evolution in ultra-thin wires of MgCa08 alloy during drawing, Proc. XIII Int. Conf. on Computational Plasticity, Fundamentals and Applications, COMPLAS XIII, eds, Oiiate, E., Owen, D.R.J., Peric, D.,Chiumenti, M., Barcelona, 963-973.