Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Study of Technology for Ultrafine-Grained Materials for Usage as Materials in Nuclear Power

Naizabekov Abdrakhman, Arbuz Alexandr, Lezhnev Sergey, Panin Evgeniy, Knapiński Marcin

New Trends in Production Engineering

|

2019

|

Vol. 2, Iss. 2

114-125

EN

Nuclear power is associated with great environmental risks. In many cases, the problem of accidents of nuclear power plants is related to the use of materials that do not fully meet the following requirements: high corrosion resistance; high temperature resistance; creep resistance; fracture toughness; stability of structure and properties under irradiation. Therefore, studies aimed at finding materials that can withstand long-term loads at high temperatures, aggressive environment and gradual structural degradation under the influence of radiation are relevant. One of the structural materials, which has high resistance to radiation, is austenitic stainless steel. And one of the ways to increase the radiation resistance of parts made of this steel grade is to grind its microstructure to ultra-fine-grained state. Such structures provide a combination of a high level of strength characteristics with high plasticity, which distinguishes such materials from their coarse-grained counterparts. Also, numerous grain boundaries serve as runoff surfaces for radiation defects, preserving the structure, which causes their increased radiation resistance. From all methods for producing sub-ultra-fine grained materials the most promising is the severe plastic deformation (SPD), which can be implemented in the metal in various ways, including radial-shear rolling. This paper presents the results of studies of the process of radial-shear rolling on the mill SVP-08 and its effect on the microstructure and properties of austenitic stainless steel. During the study, bars with a diameter of 13 mm from AISI-321 steel with a grain size of 300-600 nm were obtained, while the mechanical properties increased more than 2 times compared to the initial values.

2

Modelling aspects of laser cladding of bioactive glass coatings on ultrafine-grained titanium substrates

Bajda Szymon, Krzyzanowski Michal

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 3

138--149

EN

Titanium alloys, due to their exceptional mechanical properties and biocompatibility, are commonly used to produce medical implants nowadays. However, the presence of such elements as aluminium and vanadium can be harmful to human health. One of the possible solutions could be replacing the titanium alloys with ultrafine-grained commercially pure titanium (cpTi). The yield and also the ultimate strength of cpTi can exceed 1000 MPa. One of the most promising methods in manufacturing medical implants with improved biological fixation is laser cladding in which bioactive glass coatings are imposed on metallic substrates. The aim of this work is development of a 3D numerical model of the above mentioned additive manufacturing process. The obtained model is able to predict the stress-strain and temperature distributions during the processing. A sequentially coupled finite element (FE) model of laser cladding has been developed by applying element birth and death technique to calculate the transient temperature fields used in the stress analysis. The concentrated volumetric heat source from the laser beam moving along the metal surface has been represented by the Gaussian distribution in the radial and exponential decay in the depth direction. The developed FE based numerical model is capable to support the optimal design of such advanced multi-layered structural materials using the laser cladding technique.

PL

Stopy tytanu są obecnie powszechnie stosowane do produkcji implantów medycznych ze względu na wyjątkowe własności mechaniczne i biokompatybilność. Jednakże obecność takich pierwiastków jak aluminium i wanad może być szkodliwa dla zdrowia ludzkiego. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu może być zastąpienie stopów tytanu ultradrobnoziarnistym komercyjnie czystym tytanem (cpTi), którego granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie cpTi może przekraczać nawet 1000 MPa. Jedną z najbardziej obiecujących metod produkcji implantów medycznych jest napawanie laserowe, w którym powłoki szkła bioaktywnego są nakładane na podłoża metaliczne. Celem pracy było opracowanie modelu numerycznego 3D w/w procesu wytwarzania przyrostowego. Otrzymany model jest w stanie przewidywać rozkłady naprężeń, odkształceń i temperatur występujących w trakcie procesu. Opracowano model sekwencyjny napawania laserowego wykorzystując metodę elementów skończonych (MES) i technikę dezaktywacji i aktywacji elementów skończonych, co pozwoliło obliczyć przejściowe pola temperatury, które wykorzystano następnie do analizy naprężeń. Skoncentrowane objętościowe źródło ciepła wiązki laserowej przemieszczającej się wzdłuż powierzchni metalu było opisane za pomocą rozkładu Gaussa. Opracowany model numeryczny może wspomóc projektowanie i wytwarzanie zaawansowanych wielowarstwowych materiałów z wykorzystaniem techniki napawania laserowego.

3

Metody otrzymywania nanostruktur w metalach i stopach oraz mechanizmy odkształcenia plastycznego stopów nanostrukturalnych

Burian W., Garbarz B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2009

|

T. 61, nr 1

1-8

PL

Artykuł zawiera krótki opis metod otrzymywania materiałów z metali i stopów o strukturze nanokrystalicznej i ultradrobiwziarnistej, których właściwości zależą decydująco od elementów struktury o wielkości nanometrycznej i mikronowej oraz przegląd wyników badań dotyczących mechanizmów odkształcenia plastycznego w tych materiałach, wpływających na możliwy do uzyskania poziom właściwości mechanicznych. Z przeprowadzonej analizy stanu badań i technologii wynika, że materiały nanokrystaliczne i ultradrobnoziarniste charakteryzują się dużymi potencjalnymi możliwościami zastosowań. Ich właściwości mechaniczne przewyższają znacznie właściwości materiałów o strukturze konwencjonalnej. Aby konstrukcyjne materiały nanokrystaliczne i ultradrobnoziarniste zostały wdrożone do produkcji przemysłowej, niezbędne jest opracowanie technologii pozwalających na ich produkcję na skalę masową, przy zapewnieniu standardów przemysłowych takich jak powtarzalność i opłacalność produkcji. W artykule zaproponowano kierunki i tematykę badań z dziedziny konstrukcyjnych materiałów nano-krystalicznych i ultradrobnoziarnistych, które należałoby zaliczyć do priorytetowych, w tym następujące: wpływ rozkładu wielkości ziarna na właściwości mechaniczne, mechanizmy odkształcenia plastycznego, wydajne technologie wytwarzania z zastosowaniem odkształcenia o dużej intensywności, technologie wytwarzania z wykorzystaniem odlewania z dużym stopniem przechłodzenia.

EN

This article includes a short description of the methods for obtaining metal and alloy materials with nanocrystal-line and ultrafine-grained structure the properties of which depend decisively on the structure elements of nanometric and micronic sizes and a review of the results of examinations on plastic deformation mechanisms in these materials that affect the obtainable level of mechanical properties. It results from the analysis of the state of egzaminations and technologies that nanocrystalline and ultrafine-grained materials are characterised by the extensive potential applications. Their mechanical properties significantly exceed those of the materials with conventional structure. In order for the structural nanocrystalline and ultrafine-grained materials to be put into industrial production it is necessary to develop technologies that would allow their production on a mass scale and provide the industrial standards such as repeatability and cost-effectiveness of the production. In this article, the directions and subject matters, that should be counted among the priority ones, of the examinations in the field of structural nanocrystalline and ultrafine-grained materials were proposed, including but not limited to: influence of grain size distribution on mechanical properties, plastic deformation mechanisms, efficient production technologies using high-intensity deformation, production technologies using casting with high superfusion degree.

4

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

Muszka K., Doniec K., Majta J.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 1

85-91

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.

5

Texture characteristics of ultrafine-grained Al and Cu samples obtained by means of ECA pressing.

Kuśnierz J., Baudin T., Jasieński Z., Penelle R.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 4

517-520

EN

A prototype equipment was used to realise pressing at right angle up to ultra-high plastic deformation on Equal-Channel Angular (ECA) pressing apparatus with the aim to obtain ultra-fine-grained (UFG, nanocrystalline) materials. Experiments, performed for Cu and Al with pressing up to equivalent deformation epsilon about 8, provided UFG aluminium samples with the grain size d=0,3-1,0 micrometer and UFG copper samples with d=0,1-1,0 micrometer. In order to obtain the crystallographic texture characteristics, the orientation distribution functions of crystallites were calculated from X-ray measured poles figures with ND along the sample axis and perpendicular to the pressing direction RD. For both materials the main components {110}<1-11> were observed after pressing to epsilon about 4. Pressing to higher deformation degree caused the increase of disorientation in case of copper.

PL

Wykorzystano prototypowe urządzenie do zrealizowania wyciskania do bardzo wysokiego stopnia odkształcenia w kanale pod kątem prostym (ECA pressing method) w celu otrzymania ultra-drobnokrystalicznego (UFG, nanokrystalicznego) materiału. Przeprowadzone doświadczenia dla Cu i Al z wyciskaniem do epsilon około 8, dostarczyły próbek Al, o UFG strukturze z ziarnem o średnicy d=0,3-1,0 mikrometra i próbek Cu, z ziarnem o średnicy d=0,1-1,0 mikrometra. Charakterystykę rozkładów orientacji krystalograficznych określono na podstawie obliczonych funkcji rozkładów orientacji wyznaczonych ze zmierzonych metodą rentgenowską figur biegunowych z normalną ND równoległą do osi próbki i kierunkiem RD równoległym do kierunku nacisku. W obu materiałach obserwowano główną składową {110}<1-11> po wyciskaniu do epsilon około 4. Wyciskanie do większych odkształceń powodowało wzrost dezorientacji w przypadku miedzi.