Controlling deformation inhomogeneity in the Accumulative Angular Drawing Process assisted by constitutive and multiscale numerical modelling

• Autorzy: Lisiecka-Graca Paulina , Kwiecień Marcin , Madej Łukasz , Muszka Krzysztof , Majta Janusz , Wynne Bradley P.

Warianty tytułu

PL

Kontrolowanie niejednorodności odkształcenia w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia wspomagane modelowaniem konstytutywnym i symulacją wieloskalową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ultrafine-grained structure was produced in the Accumulative Angular Drawing(AAD) process in which the complex strain path was applied. The microalloyed steel wire rods were produced using multi-pass wire drawing process where the high strain accumulation is used as a way to achieve much higher microstructure refinement level compared to the conventional wire drawing (WD) process. The wires after both AAD process and WD process were examined in order to assess mechanical properties and microstructure development. In order to evaluate the effects of complex deformation on microstructure development and mechanical properties of the drawn wires, a numerical model of the torsion tests were conducted using Abaqus software. The cyclic torsion tests were performed to study the effects of the applied hardening rule - described as a function of dislocations density and the accuracy of the prediction of material behaviour subjected to strain path change during AAD. It has been shown that an additional advantage of presented approach is its capability of tracking evolution of dislocation density during the deformation process. The initial dislocation densities used in the performed calculations were taken from the microstructural analysis using high resolution EBSD. During strain reversal, annihilation of the dislocations (Bauschinger effect) is a common phenomenon that leads to the decrease in dislocation density and affects the final strength. Finally, based on the proposed constitutive description, multiscale finite element modelling combined with Digital Material Representation (DMR) was used as a tool for prediction of the deformation and microstructure inhomogeneity in the drawn wires.

PL

W pracy przedstawiono badania wpływu złożonej ścieżki odkształcenia na rozdrobnienie mikrostruktury w drutach poddanych procesowi Kątowego Wielostopniowego Ciągnienia (AAD Accumulative Angular Drawing). Druty ze stali mikrostopowej zostały poddane procesowi wielostopniowego ciągnienia, w którym niejednorodna, silna akumulacja odkształcenia powoduje wystąpienie efektów rekrystalizacji in situ, co z kolei powoduje lokalny wzrost stopnia rozdrobnienia mikrostrutury w porównaniu z konwencjonalnym procesem ciągnienia (WD Wire Drawing). Druty wytworzone w procesach AAD oraz WD zostały poddane badaniom porównawczym własności mechanicznych oraz analizie mikrostrukturalnej. W celu zapewnienia poprawnej oceny wpływu złożonej ścieżki odkształcenia na rozwój mikrostruktury i własności mechaniczne w ciągnionych drutach, zastosowano symulacje numeryczne z wykorzystaniem komercyjnego pakietu Abaqus oraz modeli procesu skręcania. Symulacje procesu cyklicznego skręcania wykonano w celu oceny zdolności proponowanego modelu umocnienia odkształceniowego, opartego na zmianach gęstości dyslokacji, do symulacji zmiennej ścieżki odkształcenia podczas procesu AAD. Dodatkową zaletą zaproponowanego podejścia jest możliwość śledzenia rozwoju gęstości dyslokacji podczas procesu odkształcania. Początkowa gęstość dyslokacji wykorzystana w obliczeniach wyznaczona została z analizy mikrostrukturalnej z wykorzystaniem wysokorozdzielczej techniki EBSD. Podczas zmiany kierunku odkształcenia, proces anihilacji dyslokacji (efekt Bauschingera) jest częstym zjawiskiem prowadzącym do spadku gęstości dyslokacji, a w konsekwencji do obniżenia umocnienia odkształceniowego. W celu wyznaczenia niejednorodności mikrostrukturalnej oraz niejednorodności odkształcenia w drutach po procesie ciągnienia, zastosowano modelowanie wielkoskalowe w połączeniu z cyfrową reprezentacją obrazu (DMR).

Słowa kluczowe

EN

accumulative angular drawing; physically-based modelling; multiscale model; digital material representation

PL

rysunek kątowy; modelowanie fizyczne; model wieloskalowy; cyfrowa reprezentacja materiału

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 19, No. 3
• Strony: 113--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Lisiecka-Graca Paulina

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kwiecień Marcin

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Madej Łukasz

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Muszka Krzysztof

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Majta Janusz

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wynne Bradley P.

• The University of Sheffield, Mappin St, S1 3JD Sheffield, United Kingdom

Bibliografia

• Graca, P., Muszka, K., Majta, J., Stefańska-Kądziela, M., Dziedzic, D., Kwiecień, M., 2014, Mechanical response of microalloyed steel subjected to nonlinear deformation, Key Engineering Materials, 622-623, 314-321.
• Harsha, R.N., Mithun Kulkarni, V., Satish Babu, B., 2018, Severe Plastic Deformation – A Review, Materials Today: Proceedings, 5, 22340-22349.
• Lisiecka-Graca, P., Muszka, K., Majta, J., 2019, Assessment of the strengthening mechanisms operating in microalloyed steels during cyclic deformation using high resolution electron backscatter diffraction, TMS 2019 : 148th annual meeting & exhibition supplemental proceedings, San Antonio, 537-547.
• Madej, Ł, Rauch, Ł., Perzyński, K., Cybułka, P., 2011, Digital Material Representation as an efficient tool for strain inhomogeneities analysis at the micro scale level, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 11(3), 661-679.
• Majta, J., Muszka, K., Kwiecien, M., Stefańska-Kądziela, M., Graca, P., 2014, Characterization of UFG microalloyed steel produced by combined SPD treatment, Key Engineering Materials, 622-623, 249-256.
• Muszka, K., Perzyński, K., Madej, Ł., 2008, Application of the cyclic plasticity hardening law to metal forming, Computer Methods in Materials Science, 8(4), 165-170.
• Muszka, K., 2013, Modelling of deformation inhomogeneity in the angular accumulative drawing process — multiscale approach, Materials Science and Engineering A ̧ 559, 635-642.
• Muszka, K., Madej, Ł., 2013, Application of the three dimensional digital material representation approach to model microstructure inhomogeneity during processes involving strain path changes, Computer Methods in Materials Science, 13, 258-263.
• Rauch, E.F., Gracio, J.J., Barlat, F., 2007, Work-hardening model for polycrystalline metals under strain reversal at large strains, Acta Materialia, 55, 2939-2948.
• Sellars, C.M., 2011, From trial and error to computer modelling of thermomechanical processing, Ironmaking & Steelmaking, 38, 250-257.
• Schmitt, J.-H., Iung, T., 2018, New developments of advanced high strength steels for automotive applications, Comptes Rendus Physique, 19, 641-656.
• Song, R., Ponge, D., Raabe, D., Speer, J.G., Matlock, D.K., 2000, Overview of processing, microstructure and mechanical properties of ultrafine grained bcc steels, Material Science and Engineering A, 441, 1-17.
• Sun, L., Muszka, K., Wynne, B.P., Palmiere, E.J., 2013, On the interactions between strain path reversal and dynamic recrystallisation in 316L stainless steel studied by hot torsion, Material Science and Engineering A, 568, 160-170.
• Toth, L.S., Molinari, A., Estrin, Y., 2002, Strain hardening at large strains as predicted by dislocation based polycrystal plasticity model, Journal of Engineering Materials and Technology, 124, 71-77.
• Wielgus, M., Majta, J., Łuksza, J., Paćko, P., 2010, Effect of strain path on mechanical properties of wire drawin products, steel research international, 81, spec. issue, 13th Int. Conf. Metal Forming, Toyohashi, 490-493.
• Zhao, J. Jiang, Z., 2018, Thermomechanical processing of advanced high strength steels, Progress in Materials Science, 94, 174-242.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).