Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: ultrafine grained metals

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Modelling microstructure evolution during equal channel angular pressing (ECAP) of Mg alloys using cellular automata finite element (CAFE) method

Gzyl M., Rosochowski A., Milenin A., Olejnik L.

Computer Methods in Materials Science

2013

Vol. 13, No. 2

357--363

Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most popular methods of obtaining ultrafine grained (UFG) metals. However, only relatively short billets can be processed by ECAP due to force limitation. A solution to this problem could be recently developed incremental variant of the process, so called I-ECAP. Since I-ECAP can deal with continuous billets, it can be widely used in industrial practice. Recently, many researchers have put an effort to obtain UFG magnesium alloys which, due to their low density, are very promising materials for weight and energy saving applications. It was reported that microstructure refinement during ECAP is controlled by dynamic recrystallization and the final mean grain size is dependent mainly on processing temperature. In this work, cellular automata finite element (CAFE) method was used to investigate microstructure evolution during four passes of ECAP and its incremental variant I-ECAP. The cellular automata space dynamics is determined by transition rules, whose parameters are strain, strain rate and temperature obtained from FE simulation. An internal state variable model describes total dislocation density evolution and transfers this information to the CA space. The developed CAFE model calculates the mean grain size and generates a digital microstructure prediction after processing, which could be useful to estimate mechanical properties of the produced UFG metal. Fitting and verification of the model was done using the experimental results obtained from I-ECAP of an AZ31B magnesium alloy and the data derived from literature. The CAFE simulation results were verified for the temperature range 200-250 °C and strain rate 0.01-0.5 s-1; good agreement with experimental data was achieved.

Równokanałowe wyciskanie kątowe (equal channel angular pressing – ECAP) jest jedną z najpopularniejszych metod otrzymywania ultra drobnoziarnistych metali. Jednak z powodu dużych sił potrzebnych do przeprowadzenia procesu, tylko relatywnie krótkie wstępniaki mogą być wyciskane. Rozwiązaniem problemu może być opracowany inkrementalny wariant tego procesu, tzw. I-ECAP. Ze względu na to, że przy użyciu I-ECAPu mogą być przetwarzane nieskończenie długie elementy, może on znaleźć szerokie zastosowanie w praktyce przemysłowej. Mechanizm rozdrobnienia ziarna podczas przeróbki plastycznej stopów magnezu różni się znacząco od metali takich jak aluminium lub miedź i ich stopy. Ostatnie wyniki wskazują, że mechanizm rozdrobnienia ziarna podczas ECAPu jest sterowany przez proces rekrystalizacji dynamicznej, a ostateczna średnia wielkość ziarna jest zależna głównie od temperatury procesu. W niniejszej pracy sprzężona metoda automatów komórkowych i elementów skończonych (cellular automata finite element – CAFE) została wykorzystana do opisu rozwoju mikrostruktury podczas czterech przejść ECAPu i jego inkrementalnego wariantu, I-ECAPu. Dynamika zmian w przestrzeni automatów komórkowych jest determinowana przez reguły przejścia, których parametrami są odkształcenie, prędkość odkształcenia oraz temperatura – uzyskane z symulacji metodą elementów skończonych. Model zmiennej wewnętrznej opisuje wzrost całkowitej gęstości dyslokacji i przekazuje tę informację do przestrzeni automatów komórkowych. Opracowany model CAFE oblicza średnią wielkość ziarna oraz generuje cyfrowy obraz mikrostruktury, co może być przydatne w wyznaczaniu własności mechanicznych otrzymanego materiału. Dopasowanie oraz weryfikacja modelu zostały wykonane przy wykorzystaniu wyników uzyskanych z przeprowadzonego procesu inkrementalnego ECAPu stopu magnezu AZ31B oraz danych literaturowych. Wyniki symulacji metodą CAFE zostały zweryfikowane dla zakresu temperatur 200-250°C oraz prędkości odkształcenia 0.01-0.5 s-1; uzyskano bardzo dobrą zgodność z wynikami eksperymentalnymi.

Technika wytwarzania ultradrobnoziarnistych metali i stopów metodą przeciskania przez kanał kątowy

Olejnik L.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

2011

z. 240

3-126

Właściwości mechaniczne polikrystalicznych materiałów metalowych zależą od wielu czynników. Przydatność metali do obróbki plastycznej określają głównie naprężenie uplastyczniające σp oraz wielkość ziarna. Wpływ odkształcenia plastycznego na σp opisuje równanie krzywej umocnienia, a wpływ wielkości ziarna równanie - Halla-Petcha. Uzyskanie połączonego działania obu tych czynników wzrostu σp, a więc umocnienia materiału i rozdrobnienia jego ziarna, jest możliwe przez zastosowanie specjalnych metod obróbki plastycznej. Najbardziej znaną specjalną metodą odkształcenia plastycznego jest jego przeciskanie przez kanał kątowy. W pracy przedstawiono 3 technologiczne formy praktycznej realizacji tego przeciskania. Dwie są dobrze znane z literatury: popularne przeciskanie prowadzone sposobem wsadowym i przeciskanie ciągłe. Obie wykorzystują stacjonarne płynięcie plastyczne metalu w strefie odkształcania zdefiniowanej przez kształt i wymiary nieruchomego narzędzia. Trzecia forma, nazwana kształtowaniem przyrostowym, jest nową propozycją. W tym przypadku wielkość strefy uplastycznionego materiału jest definiowana przez wymiary narzędzi, jak również przez ich ruch. Różnica między tymi formami polega na zmianie relacji między siłą potrzebną do przeciskania a siłami tarcia. W klasycznej, wsadowej metodzie ECAP, w której siła procesu podaje i odkształca materiał, siły tarcia przeszkadzają przeciskaniu. W procesach ciągłych częściowo siły tarcia są wykorzystywane do podawania materiału. Przyrostowe przeciskanie pozwala na rozdzielenie oporów odkształcenia i tarcia. Te różnice wymuszają odmienne realizacje. W pracy omówiono najlepsze rozwiązania techniczne i technologiczne dla przeciskania wsadowego i przyrostowego. Podstawowym celem pracy jest intensyfikacja wytwarzania metali UFG i opracowanie takich metod produkcyjnych, które będą mogły być zaakceptowane przez przemysł. Do przewidywania sposobu odkształcania i wizualizacji plastycznego płynięcia materiału stosowano symulacje procesów. Głównym narzędziem modelowania jest metoda elementów skończonych, chociaż wykorzystywano również modelowanie fizyczne i metodę wizjoplastyczności. Dopiero po sprawdzeniu koncepcji za pomocą tego modelowania przystępowano do wykonania narzędzi w metalu i podejmowano próby na rzeczywistych materiałach. Rezultaty w postaci rozdrobnienia ziarna metalu sprawdzano eksperymentalnie. Prowadzono obserwacje metalograficzne i badano właściwości mechaniczne. W pierwszej części rozprawy przedstawiono metale UFG i nakreślono kierunki rozwoju metod ich wytwarzania. Następnie przedyskutowano przydatność produkcyjną metod stosujących niekonwencjonalnie duże wartości odkształcenia plastycznego. Wykazano, że tylko ECAP ma szanse na powodzenie w uzyskiwaniu metalu UFG o jakości odpowiedniej dla zastosowań przemysłowych. Metoda ta zapewnia prowadzenie odkształcenia w kontrolowany sposób i jest podatna na modyfikacje, których liczne przykłady zaprezentowano w rozdziale 4. Na bazie metody ECAP opracowano wydajne procesy technologiczne rozdrabniania ziarna w metalach i ich stopach, które zaprezentowano w kolejnym rozdziale 5. Zaproponowano również przyrostowy sposób realizacji metody ECAP. Przydatność tego sposobu sprawdzono przy użyciu specjalnie do tego celu zbudowanych przyrządów. Opracowano również konstrukcję specjalnej maszyny do prowadzenia operacji przyrostowego przeciskania, której budowę zaprezentowano w rozdziale 6. Otrzymane wyniki w pełni potwierdzają przydatność przeciskania przez kanał kątowy do wydajnego wytwarzania metali UFG. Dotyczy to zarówno stacjonarnej metody ECAP, jak i jej przyrostowej odmiany IECAP. Uwiarygodniają to osiągnięcia badawcze, podane za pomocą przywołania licznych publikacji opracowanych w zespole kierowanym przez autora. Za dorobek naukowy w dziedzinie rozwoju techniki wytwarzania ultradrobnoziamistych metali zespół został wyróżniony w roku 2009 nagrodą Rektora Politechniki Warszawskiej. W prace zaangażowane były laboratoria dwóch wydziałów mechanicznych Politechniki Warszawskiej, mianowicie Wydział Inżynierii Produkcji i Wydział Inżynierii Materiałowej. Prezentowany w niniejszym opracowaniu dorobek został wzbogacony przez współpracę z zagranicznymi ośrodkami badawczymi zajmującymi się rozwojem technik wytwarzania (austriacki Leichtmetall Kompetenzzentrum Ranshofen) i przetwarzania materiałów (Austrian Research Centers Seibersdorf) oraz zaawansowanymi technikami obróbki plastycznej (brytyjski University of Stratchclyde).

Mechanical properties of metals depend on many factors. Flow stress σp and grain size of polycrystalline material are the most important ones. Strain hardening curves are used to describe the impact of plastic strain on σp, whereas Hall-Petch equation describes the impact of the grain size. Special methods of cold working, namely Severe Plastic Deformation (SPD) processes, have to be employed to obtain a combined effect of both these factors on σp. Equal channel angular pressing (ECAP) is the most known SPD method. Three different technological forms of practical implementation of the method are presented in this work. Two of them are well known from literature: batch ECAP and continuous ECAP, both carried out as steady-state processes by using stationary dies. The third form, performed as an incremental process, is a new proposal. In this case, the size of the shearing strain zone is defined both by the dimensions of tools and by their movement. The main difference between these three types of ECAP consists in dissimilar relationship between the process force and frictional forces. In the classic ECAP, in which the process force both deforms and feeds the material, friction disturbs the flow. In continuous ECAP processes friction is partially employed for feeding the material. Incremental ECAP allows to separate process forces from the friction force. This enables a variety of practical realizations of the ECAP process. The best technical solutions for ECAP technology are discussed in the presented work. The primary objective of the work is to deliver industrially viable ECAP processes with enhanced productivity. Different simulation techniques were used to analyze material flow in ECAP and to develop optimal grain refinement technology. Finite element method was the main tool for process simulation, although, physical modeling and visioplasticity were also used. After checking the process concept and tool design, the experimental trials have been carried out. Results of grain refinement were investigated in metallurgical and mechanical tests. Methods for manufacture of bulk UFG metals were outlined. It has been shown that only ECAP has capability for industrial use. Based on this method some efficient technological processes were developed, including incremental processing. Process tooling has been designed and successfully used for grain refinement. Also a special 4-axis machine has been developed to carry out the incremental ECAP operation. The results obtained confirm feasibility of the proposed methods to manufacture bulk UFG metals by both steady-state pressing and incremental one. Achievements of the research team led by the author at the Warsaw University of Technology are extensively described in numerous publications cited.