Wieloskalowy numeryczny model ciągnienia na zimno drutów z niskoplastycznych stopów magnezu z uwzględnieniem mechanizmu utraty spójności

• Autorzy: Milenin A. , Byrska-Wójcik D. J.

Warianty tytułu

EN

The multiscale numerical model of cold wiredrawing process for magnesium alloys with low ductility with considering the fracture mechanism

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozpatrywane stopy Mg zostały opracowane w celu wytworzenia resorbowalnych bio implantów. Ich skład chemiczny cechuje się dodatkami takimi jak Ca i Li (MgCa0,8, A×30, LA63). Te dodatki zwiększają biozgodność stopu, optymalizują intensywność korozji, ale obniżają technologiczną plastyczność przy przeróbce plastycznej [1, 2]. Technologia produkcji nici chirurgicznych zawiera etapy wyciskania półwyrobu, ciągnienia w podgrzewanych ciągadłach oraz przewiduje ciągnienie na zimno w celu kształtowania odpowiedniej jakości powierzchni i własności. Problem stanowi jednak niska plastyczność rozpatrywanych stopów w temperaturze pokojowej, co utrudnia ostatni etap cyklu produkcyjnego [3]. Celem pracy jest opracowanie numerycznego modelu ciągnienia na zimno niskoplastycznych stopów magnezu z uwzględnieniem mechanizmu utraty spójności w skali mezo i wykorzystanie go do optymalizacji technologicznych parametrów procesu. Model utraty spójności opracowano za pomocą metody elementów brzegowych. Model został skalibrowany za pomocą badań in situ. Walidacja wykonana została na podstawie porównania mikrostruktury i powstających defektów w drucie z wynikami symulacji.

EN

Magnesium alloys with high biocompatibility containing Ca, Li and rare earths are the alternative for nowadays used materials for implants and surgical threads. The main advantage of those alloys are properties similar to properties of human bones. However the low ductility in cold deformation of this alloys is a problem [1-3]. In the case of production of surgical threads the high temperature causes an oxidation of the surface, but cold deformation is very difficult because of the low plasticity. In work [4] the technology of thin surgical threads production from magnesium alloys is proposed. The described technology contains: extrusion to diameter 1 mm, hot drawing to diameter 0.1-0.2 mm and cold drawing to diameter 0.1-0.05 mm to improve the surface quality. The last stage of presented technology requires the development of the mathematical model of the process, because identification of the parameters is very difficult for materials with such low plasticity. Furthermore, the experimental research proved, that the model in the macro scale is not adequate [5, 6]. The developed model in macro scale use the finite element method, and the model in meso scale use the boundary element method and considers the microstructure mechanisms: intergranular fracture mechanism, grain orientation and the effect of micro cracks on the plasticity restoring during annealing. The macro and meso models are coupled and finally the multiscale model is obtained.

Słowa kluczowe

PL

stopy magnezu; modelowanie wielkoskalowe; próba in situ

EN

magnesium alloys; multiscale modeling; in situ test

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 58, nr 11
• Strony: 731--736
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il.

Twórcy

autor

Milenin A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Byrska-Wójcik D. J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Heublein B., Rohde R., Niemeyer M., Kaese V., Hartung W., Röcken C., Hausdorf G.: Degradation of Magnesium Alloys: A new principle in cardiovascular implant technology. Paper TCT-69, 11. Annual Symposium “Transcatheter Cardiovascular Therapeutics”, The American Journal of Cardiology, Expcerpta Media Inc. 1999.
• 2. Haferkamp H., Kaese V., Niemeyer M., Phillip K., Phan-Tan T., Heublein B., Rohde R.: Exploration of magnesium alloys as new material for implantation. Mat.-wiss. u. Werkstofftech, 32: Wiley- VCH Verlag GmbH. 2001, s. 116-120.
• 3. Thomann M., Krause Ch., Bormann D., N. von der Hoh, Windhagen H., Meyer-Lindenberg A.: Comparison of the resorbable magnesium alloys LAE442 and MgCa0.8 concerning their mechanical properties, their progress of degradation and the boneimplant- contact after 12 months implantation duration in a rabbit model. Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2009, t. 40, nr 1-2.
• 4. Kustra P.: Numeryczne modelowanie za pomocą MES procesu ciągnienia drutów z niskoplastycznych stopów magnezu do wykorzystania w chirurgii : rozprawa doktorska. 2011.
• 5. Milenin A., Byrska D. J., Grydin O., Schaper M.: The experimental research and the numerical modeling of the fracture phenomena in micro scale. Computer Methods in Materials Scinece. 2010, t. 10, nr 2, s. 61-68.
• 6. Milenin, A., Byrska, D. J., Grydin, O.: The multi-scale physical and numerical modeling of fracture phenomena in the MgCa0.8 alloy. Computers and Structures. 2011, t. 89, nr 11-12, s. 1038-1049.
• 7. Bao Y, Wierzbicki T.: On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxility space. International Journal of Mechanical Sciences. 2004, nr 46, s. 81-98.
• 8. Milenin A.: Program komputerowy Drawing2d – narzędzie do analizy procesów technologicznych ciągnienia wielostopniowego. Hutnik —Wiadomości Hutnicze 2005, t. 72, nr 2, s. 100-104.
• 9. Milenin A., Kustra P., Byrska-Wójcik D.: The physical and numerical mesoscale modeling of cold wire drawing process of hardly deformable biocompatible magnesium alloys. Archives of Metallurgy and Materials. 2012, t. 57, nr 4, s. 1117-1126.
• 10. Rabotnov Y.: Creep problems in structural members. North-Holland, 1969.
• 11. Milenin A., Kustra P., Byrska-Wójcik D. J.: FEM-BEM Code for the Multiscale Modeling and Computer. Advanced Engineering Materials. Advanced Engineering Materials. 2013, DOI: 10.1002/ adem.201300279.