Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Application of the microstructure developement model to the multiscale FEM simulation of metal forming processes

100%

Żmudzki A. , Nowak J.

|

tom Vol. 7, No. 1

83-87

EN

Models of recrystallization and grain growth mechanisms in hot forming processes are rarely implemented in commercial finite elements codes. However, most of the software used for metal forming processes simulations gives ability to implement additional modules for specific phenomena calculation. In this paper, an algorithm for recrystallization in hot forming processes and its application in commercial finite element code FORGE2 are presented. Most of commonly used models calculate the microstructure evolution after the deformation. During deformation only the reduction of flow stress described by analytical equaitions is included. In this study the model describing phenomena of dynamic recrystallization during metal forming processes and its direct influence on the flow stress, and grain growth evolution after the static recrystallization, are taken into consideration. The analysis is based on computation of recrystallized fraction and the kinetics of austenite grain growth in micro scale (locally in each integration point of finite elements for specific temperature, strain and strain rate values), and the relation to flow of the material in the macro scale. The influence of holding time on grain size distributions at the end of the process is also shown. Results of FEM calculations combined with microstructural model of hot compression and rolling process has been presented and compared with numerical and experimental results for C-Mn steels, showing good agreement between experiment and numerical prediction.

PL

Modele mechanizmów rekrystalizacji i rozrostu ziarna podczas odkształcenia metali na gorąco są dość rzadko implementowane w oprogramowaniu opartym o Metodę Elementów Skończonych (MES). Jednakże większość z komercyjnego oprogramowania oferuje możliwość dołączania dodatkowych modułów obliczeniowych do modelowania specyficznych zjawisk zachodzących w odkształcanym materiale. W artykule przedstawiono algorytm modelowania zjawiska rekrystalizacji w materiale odkształcanym na gorąco, oraz jego implementację w komercyjnym programie FORGE2 opartym o MES. W większości z powszechnie używanych modeli ewolucja mikrostruktury obliczana jest na podstawie końcowego stanu materiału, po odkształceniu. Natomiast wpływ odbudowy mikrostruktury podczas odkształcenia reprezentowany jest poprzez równania naprężenia uplastyczniającego zawierające człon opisujący mięknięcie materiału. W niniejszym opracowaniu pod uwagę wzięto model opisujący zjawisko rekrystalizacji dynamicznej podczas odkształcenia metalu i jego bezpośredni wpływ na wartość naprężenia uplastyczniającego. Analiza zjawiska oparta jest o obliczenia w skali mikro ułamka objętości zrekrystalizowanej oraz kinetyki zmian wielkości ziarna austenitu, oraz wpływ tych zjawisk na płynięcie metalu w skali makro. Przedstawione zostały wyniki obliczeń MES połączonych z modelem mikrostrukturalnym, procesu spęczania oraz walcowania na gorąco stali węglowomanganowych, oraz porównanie modelu z danymi eksperymentalnymi.

2

Analysis of the Forming Process of Energy-Absorbing Elements made from 7000 Series High-Strength Aluminum Alloy

100%

Jaśkiewicz K. , Skwarski M. , Polak S. , Gronostajski Z. , Krawczyk J. , Kaczyński P. , Chorzępa W. , Jaśkiewicz K. , Skwarski M. , Polak S. , Gronostajski Z. , Krawczyk J. , Kaczyński P. , Chorzępa W.

|

3

Numeryczna kompensacja skrętnych deformacji hartowniczych wytłoczki wyprodukowanej metodą tłoczenia na gorąco

75%

Wróbel I. , Graboś A.

|

tom R. 91, nr 10

904--906

PL

W artykule przedstawiono analizę deformacji hartowniczych typowej belki drzwiowej samochodu osobowego. Opracowano model obliczeniowy procesu tłoczenia na gorąco, który posłużył do symulacji i kompensacji deformacji hartowniczych analizowanej belki.

EN

The article presents an analysis of hardening deformations for a typical door beam of a passenger car. A calculation model for the hot stamping process of the analyzed beam was developed. Such a model was used to simulate which resulted in hardening deformation and to compensate for these deformations.

4

On micro-damage in hot metal working. Part 1: Experimental investigation

75%

Liu Y. , Foster A. D. , Lin J. , Farrugia D. C. J. , Dean T. A.

|

tom Vol. 54, iss. 4

271-287

EN

An experimental programme was defined and performed to investigate the characteristics of micro-damage for a plain CMn and a free machining steel under hot forming conditions. To investigate damage locations - at grain boundaries and around second phase inclusions - a series of constant strain rate tests were carried out on the free machining steel, which contained manganese sulphide inclusions. Specimens from both materials were strained to failure under tension using a Gleeble material simulator at a constant temperature of 1273 K, with strain rates = 0.01-10 s-1. The damage characteristics of the two different steel microstructures was analysed through microstructural examinations of the tested specimens. Particular attention is focussed on damage locations and features. To investigate the recovery of materials between the intervals of hot deformation, a series of two-step tensile tests were carried out at 1273 K and 10 s-1. The two-step specimens were initially deformed to a strain varying from 0.3-0.7, held for varying recovery periods of 0.3-10 s, then stretched to failure. Flow stress features and strains to failure during the second stage of deformation were analysed with respect to different recovery periods and strain levels at the first stage of deformation. The damage features discovered from the experimentation and microstructural examination provide theoretical evidence to form unified viscoplastic damage constitutive equations for hot forming of free machining steels, which are described in the companion paper.

5

Analiza MES procesu tłoczenia na gorąco słupka B z nakładką

75%

Wróbel I.

Mechanik

|

2019

|

tom R. 92, nr 7

430--432

PL

W artykule przedstawiono analizę procesu tłoczenia na gorąco słupka B z nakładką. Do tego celu opracowano specjalny model dyskretny formatki i nakładki, uwzględniający połączenie zgrzewane oraz dwa typy elementów kontaktowych. Wykonano symulację procesu tłoczenia na gorąco i opracowano wyniki symulacji. Sformułowano wnioski.

EN

The article presents the analysis of the hot stamping process of the B-pillar with patch. Special model of discrete blank and patch has been developed, taking into account the welded connection and two types of contact elements. The simulation of the hot stamping process was carried out and the simulation results were developed. The conclusions were formulated.

6

Modelling of static recrystallization kinetics by coupling crystal plasticity FEM and multiphase field calculations

75%

Güvenci O. , Henke T. , Laschet G. , Böttger B. , Apel M. , Bambach M. , Hirt G.

|

tom Vol. 13, No. 2

368--374

EN

In multi-step hot forming processes, static recrystallization (SRX), which occurs in interpass times, influences the microstructure evolution, the flow stress and the final product properties. Static recrystallization is often simply modeled based on Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) equations which are linked to the visco-plastic flow behavior of the material. Such semi-empirical models are not able to predict the SRX grain microstructure. In this paper, an approach for the simulation of static recrystallization of austenitic grains is presented which is based on the coupling of a crystal plasticity method with a multiphase field approach. The microstructure is modeled by a representative volume element (RVE) of a homogeneous austenitic grain structure with periodic boundary conditions. The grain microstructure is generated via a Voronoi tessellation. The deformation of the RVE, considering the evolution of grain orientations and dislocation density, is calculated using a crystal plasticity finite element (CP-FEM) formulation, whose material parameters have been calibrated using experimental flow curves of the considered 25MoCrS4 steel. The deformed grain structure (dislocation density, orientation) is transferred to the FDM grid used in the multiphase field approach by a dedicated interpolation scheme. In the phase field calculation, driving forces for static recrystallization are calculated based on the mean energy per grain and the curvature of the grain boundaries. A simplified nucleation model at the grain level is used to initiate the recrystallization process. Under these assumptions, it is possible to approximate the SRX kinetics obtained from the stress relaxation test, but the grain morphology predicted by the 2d model still differs from experimental findings.

PL

W wielostopniowych procesach obróbki plastycznej, rekrystalizacja statyczna (ang. static recrystallization - SRX) występująca w czasach przerw między odkształceniami, wpływa na rozwój mikrostruktury, naprężenie uplastyczniające oraz właściwości gotowego produktu. Statyczna rekrystalizacja jest często modelowana korzystając z równania Johnson-Mehl- Avrami-Kolmogorov (JMAK), które jest powiązane z lepkoplastycznym płynięciem materiału. Taki pół-empiryczny model nie jest w stanie przewidzieć mikrostruktury ziaren dla SRX. W niniejszym artykule przedstawiono podejście do symulacji statycznej rekrystalizacji austenitu wykorzystujące połączenie plastyczności kryształów z metodą pola wielofazowego. Mikrostruktura jest modelowana za pomocą reprezentatywnych elementów objętości (ang: Representative Volume Element - RVE) jednorodnej struktury ziaren austenitu z okresowymi warunkami brzegowymi. Mikrostruktura jest generowana za pomocą wieloboków Voronoi. Obliczenia odkształcenia RVE są prowadzone połączonymi metodami plastyczności kryształów i MES, z uwzględnieniem rozwoju orientacji ziaren oraz gęstości dyslokacji. Parametry modelu materiału wyznaczono na podstawie doświadczalnych krzywych płynięcia dla stali 25MoCrS4. Odkształcona struktura ziaren (gęstość dyslokacji, orientacja) jest przekazywana do siatki różnic skończonych w modelu pola wielofazowego stosując metodę interpolacji. W obliczeniach pola faz, siły pędne dla statycznej rekrystalizacji są obliczane na podstawie średniej energii w ziarnie i krzywizny granic ziaren. W celu zainicjowania rekrystalizacji stosowany jest uproszczony model zarodkowania na poziomie ziarna. Przy tych założeniach możliwe było oszacowanie kinetyki SRX na podstawie badań relaksacji naprężeń. Z drugiej strony przewidywana w modelu 2D morfologia ziaren wciąż odbiega od wyników doświadczalnych.

7

Prognozowanie mikrostruktury stopów aluminium w procesach przeróbki plastycznej na gorąco.

63%

Richert J.

|

tom R. 46, nr 3

118-124

PL

Dokonano krytycznej oceny komputerowych symulacji wykorzystywanych obecnie do prognozowania mikrostruktury w procesach przeróbki plastycznej. Zaproponowano nowy sposób określania ciepła generowanego odkształceniami plastycznymi. W tym celu opracowano specjalne zależności określające zmienne wartości energii zmagazynowanej w kotlinie odkształcenia. Do szczegółowej analizy zagadnienia przyjęto stop aluminium PA30(AlCu2Mg2Ni1). Stwierdzono, że wprowadzenie do bilansu cieplnego zmiennych wartości energii zmagazynowanej zapewnia prawidłowe prognozowanie struktury stopów aluminium metodą elementów skończonych.

EN

Critical evaluation of computer simulations for prediction of microstructure in metal forming has been presented. A new way of determination of the heat generated by plastic deformation was proposed. Special relations of calculation the varied values of the stored energy in a deformation zone was applied. The aluminium alloy of AA2618 (AlCu2Mg2Ni1) was chosen to perform detailed consideration of the problem. It has been found, that introduction of varied values of the stored energy to the thermal energy balance, allows to predict a microstructure of aluminium alloys by FEM solutions.

8

Wybrane własności fizyczne spieku aluminium w wysokich temperaturach

63%

Pokorska I.

|

2008

|

tom R. 53, nr 3

177-180

PL

Celem pracy jest analiza doświadczalna uplastycznienia spieku czystego aluminium w podwyższonych temperaturach. Badanie polegało na badaniu naprężeń podczas odkształcenia plastycznego spieków o różnej porowatości początkowej. Przedstawiono zależność naprężenia uplastyczniającego materiału spiekanego od naprężenia uplastyczniającego dla materiału bazowego.

EN

The purpose of the paper is to analyze the yielding of pure aluminum P/M specimen at high temperatures. The identification is based on strain and stress measurements during plastic deformation of P/M specimen for various initial porosities. The relation between apparent yield stress of P/M material and the base material is presented.

9

Effects of manufacturing methods and production routes on residual stresses of rectangular and square hollow steel sections: a review

63%

Abathun M. Z. , Han J. , Yu W.

|

tom Vol. 21, no. 3

246--264

EN

Rectangular and square hollow steel sections can be manufactured using either a “direct forming” or an “indirect forming” method. The production route for both “direct forming” and “indirect forming” techniques can be conducted at room temperature (cold forming) or elevated temperature (hot forming). It might also start by forming at room temperature and subsequently followed by heat treatment (hot-finishing). The manufacturing method and production route choice cause the final products that are roll-formed from the same material to possess different mechanical properties. One of the main reasons for the disparity of mechanical properties is the variation of residual stress induced during forming processes. In this paper, available numerical and experimental studies of different rectangular and square steel hollow sections manufacturing methods and production routes on residual stresses are comprehensively reviewed. Furthermore, studies on the effects of roll-forming parameters on product quality and residual stresses are integrated. Moreover, future research activities aiming to manufacture residual stresses-free rectangular and square hollow sections are recommended.

10

Wpływ parametrów kształtowania na gorąco na wybrane własności wyrobów z proszku aluminium i kompozytów na jego osnowie wzmocnionych włóknami ceramicznymi

63%

Szczepanik S. , Wojtaszek M.

|

tom R. 45, nr 2

120-126

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów kształtowania na gorąco w procesach przeróbki plastycznej proszku aluminium i kompozytów na jego osnowie wzmocnionych włóknami ceramicznymi na gęstość i strukturę wyrobów. Materiały do badań zostały wytworzone przez zagęszczanie w matrycach zamkniętych lub wyciskanie. Odkształcanie w zakresie temperatur 400-500 stopni C wyprasek z proszku aluminium RAl-1 umożliwia uzyskanie materiału o dużym zagęszczeniu. Wyciskany materiał w temperaturze 400 stopni C ma porowatość poniżej 1,3 %, a w 500 stopni C poniżej 2,0 %. Na końcową gęstość kształtowanego na gorąco materiału z proszku RAl-1 ma wpływ temperatura, nacisk jednostkowy i czas jego oddziaływania. W procesie wyciskania na gorąco otrzymano materiały kompozytowe na osnowie proszku aluminium RAl-1 wzmocnione włóknami ceramicznymi Belcotex. Określono wpływ zawartości włókien, temperatury i współczynnika wyciskania na gęstość, strukturę oraz własności otrzymanych wyrobów.

EN

The results of investigations of the influence of hot forming parameters in plastic working processes of aluminium powder and composites based on it, strengthened with ceramic fibres, on density and structure are presented. Test material was prepared by locked die thickening or by extrusion. Working of the RA1-1 aluminium powder compacts in the temperature range of 400-500 degrees C enables obtainment of highly densified material. The material, extruded at 400 degrees C, has porosity below 1,3 %, extruded at 500 degrees C - below 2 %. Temperature, unit pressure value and time have influence on final density of hot formed RA1-1 powder material. RA1-1 aluminium powder based composites, strengthened with Belcotex ceramic fibres, were obtained by hot extrusion. The influence of fibre content and production parameters (temperature, extrusion coefficient) on density, structure and properties of obtained products were evaluated.

11

Bi-axial stress state hot bulging behavior and plane-stress visco-plastic material modelling of TA32 sheets

63%

Peng H. , Luo Z. , Qu S. , Shi W. , Fu K. , Xiao W. , Zheng K.

|

tom Vol. 23, no. 3

art. no e167, 2023

EN

Bi-axial state is the dominant stress state experienced by the sheet metal during various forming processes, which requires a thorough understanding and modelling for process designs. In this paper, effects of equal bi-axial stress-state on the hot deformation behavior of titanium alloys are thoroughly investigated using hot bulging tests, and is further compared to the uniaxial stress state. Firstly, a specific hot bulging test device enabling a uniform temperature field and constant control of strain rate was established, using which, systematic hot bulging tests at various temperatures (750–850 °C) and strain rates (0.001–0.1 s−1) of the near-alpha phase TA32 sheets were conducted to determine the hot equal bi-axial bulging behavior. Based on the testing data of force and geometry variations of bulged domes, the equivalent stress–strain curves were calculated. Secondly, a plane-stress visco-plastic plane-stress model of near-alpha TA32 sheets was developed for the first time, enabling both the uniaxial and biaxial flow behavior and forming limits to be precisely predicted. The prediction accuracies for uniaxial and biaxial cases are 93.5% and 89%, respectively. In the end, the uniform deformation resulting from the strain and strain rate hardening was determined, which contributes to the understanding of the stress-state effect on hardening preliminarily. The plane stress visco-plastic model provides an efficient and reliable material model for finite element (FE) simulations of hot forming titanium alloy sheets.

12

Struktura i wybrane własności kompozytu z gradientem składu chemicznego otrzymanego z proszku aluminium i stopu Al-Si-Fe-Cu-Mg

51%

Szczepanik S. , Krawiarz J.

|

tom R. 8, nr 4

369-374

PL

Zakres możliwości materiałowych elementów konstrukcyjnych i narzędzi znacznie poszerzają materiały gradientowe, które umożliwiają wytwarzanie wyrobów o mniejszej masie i ukierunkowanych własnościach. W grupie tych tworzyw postrzegane są materiały kompozytowe na osnowie aluminium i jego stopów. W pracy przedstawiono wyniki badań wytwarzania kompozytów z proszku aluminium i stopu Al17Si5Fe3Cu1,1Mg0,6Zr, obrabianego cieplnie przez przesycanie i starzenie. Wypraski z proszków materiałów wyjściowych i ich mieszanek z gradacją 20% proszku stopowego od 0 do 100% mas. i proszku aluminium odkształcano w matrycach zamkniętych, w warunkach izotermicznych. Dla otrzymanych materiałów opracowano struktury i własności mechaniczne po odkształcaniu. Wytworzono również kompozyt z gradientem składu chemicznego. Wyroby otrzymane zarówno z samego proszku aluminium RAl-1, jak i stopu Al17 oraz ich mieszanek są praktycznie pozbawione porowatości. Wraz ze wzrostem zawartości proszku stopu Al17 w tworzywach rośnie wytrzymałość na ściskanie oraz następuje umocnienie, w wyniku zmniejsza się plastyczność otrzymanych materiałów. Udział powierzchni przełomu kruchego zwiększa się z rosnącą zawartością stopu Al17 w materiałach. W wytworzonym kompozycie z gradientem składu chemicznego uzyskano kierunkową wytrzymałość na ściskanie. Jest ona znacznie większa podczas obciążenia próbki siłą przyłożoną prostopadle do gradientu składu chemicznego niż równolegle.

EN

Gradient materials are a unique type of composite, formed from two distinct constituents, which exhibits a graded composition, appearing to transform from one material to another, thus producing gradual changes in characteristics and resultant new exploitable functional properties. Accordingly they extend the range of solutions for constructional components. Research to extend the development of these materials are directed mainly towards obtaining experimental data necessary for working out their optimum chemical composition, microstructure and properties, and also developing methods of manufacture and processes of forming semi and finished products. Aluminium and aluminium alloys form an important group of gradient materials with potential for manufacture of low density construction parts. Aim of this research was, using Powder Metallurgy and subsequent plastic work and heat treatment, the production of composite with gradient chemical composition from the aluminium and its alloy Al-Si-Fe-Cu-Mg. Gradient composite preforms were manufactured by cold pressing aluminium, RAl-1, and aluminium alloy Al17Si5Fe3Cu1.1Mg0.6Zr, designated Al17, powders. Concentration changed from 0 to 100% alloy at 20% intervals. The performs were closed - die forged at a temperature of 490° C and their structures and mechanical properties after forging and additional heat treatment studied. Materials from RAl-1, aluminium alloy Al17 and some mixtures were without porosity. The influence of chemical composition gradient on material flow and tensile, bend and compression properties was examined. Increase in Al17 content increases the compressive strength, but decreases plasticity: on fractographs the increase in brittle regions is visible. Chemical composition of the specimens influenced stress-strain dependence during compression test. In gradient materials there was a pronounced anisotropy in compressive strength with values perpendicular to the concentration gradient being approximately double compared to parallel to the gradient. Optimum strengths were for Al-80% Al17 material: tensile - 219 MPa and compressive - 620 MPa, respectively. The value of compressive strength for the gradient material, measured perpendicular to the concentration gradient and plasticity are comparable with the Al-60%Al17 material.