Badanie materiałów polikrystalicznych w aspekcie optymalizacji ich własności

Podobne dokumenty
Badanie mechanizmów rekrystalizacji w metalach

Poprawa właściwości konstrukcyjnych stopów magnezu - znaczenie mikrostruktury

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

Modelowanie Wieloskalowe. Automaty Komórkowe w Inżynierii Materiałowej

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Inżynierskie metody analizy numerycznej i planowanie eksperymentu / Ireneusz Czajka, Andrzej Gołaś. Kraków, Spis treści

Defi f nicja n aprę r żeń

METODY KOMPUTEROWE W MECHANICE

LABORATORYJNE I PRZEMYSŁOWE ZASTOSOWANIA TEKSTUR KRYSTALOGRAFICZNYCH

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

Funkcje charakterystyczne zmiennych losowych, linie regresji 1-go i 2-go rodzaju

Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SPRĘŻYSTOŚĆ MATERIAŁ. Właściwości materiałów. Właściwości materiałów

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Modelowanie Wieloskalowe

Spis treści Rozdział I. Membrany izotropowe Rozdział II. Swobodne skręcanie izotropowych prętów pryzmatycznych oraz analogia membranowa

OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI

Załącznik nr 2 AUTOREFERAT

Zjawisko to umożliwia kształtowanie metali na drodze przeróbki plastycznej.

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. EN :2004

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

7. Modele odkształcenia plastycznego polikryształu

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. PN-B-03264

Rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni podatnej a trwałość podbudowy recyklowanej z dodatkami

Dyfrakcyjny pomiar naprężeń w mikro- i makroskali

Inżynierskie metody numeryczne II. Konsultacje: wtorek 8-9:30. Wykład

2. WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA ZMIANĘ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI

BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA. Stateczność kręgosłupa

Dr inż. Janusz Dębiński

Charakterystyka mechaniczna cynku po dużych deformacjach plastycznych i jej interpretacja strukturalna

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

ROZWÓJ TEKSTURY ODKSZTAŁCENIA I REKRYSTALIZACJI W STOPIE CuZn30 UZYSKANYM W OPERACJACH ODLEWANIA CIĄGŁEGO. KRYTYCZNA ROLA PASM ŚCINANIA

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Tekstura krystalograficzna pomocna w interpretacji wyników badań materiałowych

Rozkłady wielu zmiennych

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

ENERGIA DYSYPACJI W SPRĘŻYSTOLEPKIM PRĘ CIE PRZY HARMONICZNYCH OBCIĄŻENIACH

MES w zagadnieniach ośrodka ciągłego 2D i 3D

Wykorzystanie programu COMSOL do analizy zmiennych pól p l temperatury. Tomasz Bujok promotor: dr hab. Jerzy Bodzenta, prof. Politechniki Śląskiej

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

ALGORYTM STATYCZNEJ ANALIZY MES DLA KRATOWNICY

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Metody obliczeniowe - modelowanie i symulacje

Metoda elementów skończonych

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo. Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek

ODKSZTAŁCENIE I REKRYSTALIZACJA METALI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Spis treści Przedmowa

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

ODKSZTAŁCANIE NA ZIMNO I WYŻARZANIE MATERIAŁÓW

Pręt nr 4 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

ORIGIN 1. E 10GPa - moduł Younga drewna. 700 kg m 3. g - ciężar właściwy drewna g m s 2. 6cm b2 6cm b3 5cm 12cm h2 10cm h3 8cm. b1 h1.

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

9.0. Wspornik podtrzymujący schody górne płytowe

Międzynarodowa aktywność naukowa młodej kadry Wydziału Metali Nieżelaznych AGH na przykładzie współpracy z McMaster University w Kanadzie

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

Spis treści. Przedmowa 11

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

PLASTYCZNOŚĆ W UJĘCIU KOMPUTEROWYM

LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Konstrukcje metalowe Wykład VI Stateczność

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

LABORATORIUM DYFRAKCJI RENTGENOWSKIEJ (L-3)

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

Tematyka badań. Analiza tekstur krystalograficznych i związane z nimi zagadnienia (A. Morawiec, K. Kudłacz)

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

Pręt nr 0 - Płyta żelbetowa jednokierunkowo zbrojona wg PN-EN :2004

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

Metody dużego odkształcenia plastycznego

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Narzędzia do geometrycznej charakteryzacji granic ziaren. K. Głowioski

Wytrzymałość Materiałów I studia zaoczne inŝynierskie I stopnia kierunek studiów Budownictwo, sem. III materiały pomocnicze do ćwiczeń

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

ROZWIĄZANIE PROBLEMU NIELINIOWEGO

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

α k = σ max /σ nom (1)

iglidur J Na najwyższych i na najniższych obrotach

MES w zagadnieniach ośrodka ciągłego 2D i 3D

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Ćwiczenie 11. Moduł Younga

Transkrypt:

WydziałFizyki i Informatyki Stosowanej Badanie materiałów polikrystalicznych w aspekcie optymalizacji ich własności dr inż. Sebastian Wroński

Ośrodki współpracujące

Modyfikacja własności poprzez: Deformacje (walcowanie, ścinanie, rozciąganie itp.) Obróbka termiczna (wygrzewanie, rekrystalizacja itp. opracowano według M.F. Ashby ego

Metody badawcze Mikroskopia optyczna i elektronowa Dyfrakcja promieniowania X Dyfrakcja promieniowania neutronowego Wsteczne rozpraszanie elektronów (Electron Backscatter Diffraction EBSD) Testy mechaniczne (rozciąganie, ściskanie, ścinanie, pomiar mikrotwardości itp.)

Dyfrakcja promieniowania X Tekstura krystalograficzna Naprężenia <ε Q > { hkl} = < d > d { hkl} d 0 { hkl} 0 { hkl} 0.8083 <d>{420} [A] 0.8082 0.8081 0.8080 0.8079 < 1 2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 sin 2 Ψ 2 2 2 0 d ( ψ, ϕ) > hkl = s2( σ11 cos ϕ + σ22 sin ϕ)sin ψ + s1( σ11 + σ22) d + hkl d 0 hkl

Dyfrakcja promieniowania neutronowego

EBSD (Electron Backscatter Diffraction)

EBSD (Electron Backscatter Diffraction)

EBSD (Electron Backscatter Diffraction) Cambridge S360 Zeiss Supra 40VP

Odkształcana i rekrystalizowana miedź TD RD

Modelowanie Deformacji w skali makro przy użyciu metody elementów skończonych (MES) w skali krystalograficznej używając modelu odkształcenia polikryształu (model LW, self-consistent ) połączone modele makro i krystalograficzny Rekrystalizacji Model oparty na koncepcji zorientowanego wzrostu zarodków Modele oparte na metoda Monte-Carlo Model rekrystalizacji typu Vertex

Podział kontinnum na elementy Modelowanie w skali makro Wprowadzenie reguł opisujących przemieszczenie węzłów oraz warunków brzegowych Wynik

Modelowanie w skali krystalograficznej Mechanizmy odkształcenia plastycznego Poślizg krystalograficzny Bliźniakowanie (Twinning) x x x τ = τ cr Prawo Schmida z z z i ij j τ cr = H γ j Umocnienie systemów poślizgu a) b) c) Obrót krystalitów w wyniku deformacji

Modelowanie w skali krystalograficznej Model deformacji plastycznej Σ ij, Eij σ ij, ε ij * pl pl ij = Σij + Lijkl ( E kl ε kl σ ) Sachs model L * = 0 - brak oddziaływań między ziarnami jednorodny rozkład naprężeń σij = Σ ij Taylor model L * - jednorodna deformacja ziaren w całej próbce ε pl ij = E pl ij LW model (with compromise interaction) L * = αµ - oddziaływanie bliskie rzeczywistemu (µ moduł ścinana α współczynnik akomodacji elasto-plastycznej)

Modelowanie w skali krystalograficznej Model samouzgodniony (self-consistent model) W części elastycznej : Σ ij = C ijkl E kl and σ = I ij c I ijkl ε I kl W części plastycznej : Σ ij = L ijkl E kl and σ I ij = l I ijkl ε I kl Tensor koncentracji : I ε ij = A I ijkl E kl I I σ ij = Bijkl Σ kl

Połączenie modeli makro i krystalograficznych

Modelowanie rekrystalizacji Etapy rekrystalizacji : Zdrowienie Rekrystalizacja pierwotna Rekrystalizacja wtórna Rekrystalizacja trzecio-rzędowa Modele rekrystalizacji Model oparty na koncepcji zorientowanego wzrostu zarodków model rekrystalizacji statystycznej Modele oparte na metoda Monte-Carlo Model rekrystalizacji typu Vertex Rekonfiguracji dyslokacji Ziarno o orientacji g1 zanika na rzecz rozrastających się ziaren g2- g7 Rozkład sił działający na każdy vertex Vertexowa reprezentacja mikrostruktury

Stal dwufazowa 0.0035 0.0030 Ferrite exp Austenite exp. 0.0025 Σ 11 ph,σ <ε 11 > hkl 0.0020 0.0015 DL DN 0.0010 DT 0.0005 Σ 11 0.0000 0 100 200 300 400 500 600 700 Σ 11 (MPa) Damage in ferritic phase after elast-oplastic deformation (SEM). <ε> {hkl} 0.012 0.010 0.008 0.006 Austenite 111-experiment 200-experiment 220-experiment 311-experiment 222-experiment 111-model 200-model 220-model 311-model <ε> {hkl} 0.012 0.010 0.008 0.006 110-experiment 200-experiment 211-experiment 220-experiment 110-model 200-model 211-model Ferrite 0.004 0.004 0.002 0.002 0.000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0.000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Σ 11 (corrected) Σ 11 (corrected)

Stal dwufazowa Orientation map (alpha and gamma) IQ map (alpha and gamma) Materiał Materiał odkształcony nieodkształcony

Stal dwufazowa < hkl [ I NP ] 0 0 Fij ( Rij, ψ, ϕ) σij + < ε33 '( ψ, ϕ) > hkl d d hkl hkl d( ψ, ϕ) > = + Austenite Ferrite Damage in ferritic phase after elast-oplastic deformation (SEM).

Optymalizacja procesów przemysłowych Walcowanie asymetryczne

Walcowanie asymetryczne Zalety Mniejsza siła nacisku Mniejszy moment siły Jednorodna tekstura Wady Wygięcie próbki F/F sym 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 def 10% def 20% def 30% 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 ω 1 /ω2 bend flash 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12 def 10% def 20% def 30% 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 ω 1 /ω2 M/M sym 1.04 1.00 0.96 0.92 0.88 def 10% def 20% def 30% 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 ω 1 /ω2

Symulacja procesu walcowania Walcowanie symetryczne Walcowanie asymetryczne ω1/ω2=1.3

Rozkład naprężeń Symulacja procesu walcowania

MES + krystalograficzny model deformacji Walcowanie asymetryczne Symetryczne Asymetryczne Tekstura Tekstura modelowa eksperymentalna

Badanie efektów starzenia

Wykład obieralny dla studentów WFiIS Wprowadzenie do metody elementów skończonych czym jest MES, idea podziału ośrodka na elementy, przykład prostej kratownicy budowa macierzy sztywności, agregacja, wprowadzanie warunków brzegowych Metody aproksymacyjnego rozwiązywania równań różniczkowych Metoda Ritza Metoda Rayleigha Ritza Metody ważonych rezidów (Metoda kolokacyjna, Metoda najmniejszych kwadratów, Metoda Galerkina ) Typ elementów skończonych i ich własności Elementy 1D, 2D, 3D, pierwszego i drugiego rzędu. MES w zagadnieniach dynamicznych Błędy w rozwiązaniach MES Ćwiczenia praktyczne z zastosowaniem systemu ABAQUS

Obliczenia MES wykład obieralny dla studentów WFiIS Ćwiczenie 1 statyczna analiza prostej kratownicy 2D Ćwiczenie 2 statyczna analiza wspornika 2D

Obliczenia MES wykład obieralny dla studentów WFiIS Ćwiczenie 3 analiza materiałów anizotropowych 3D Maszyna rozciągająca użyta podczas eksperymentu a) próbka przed odkształceniem b) próbka rozciągana w kierunku poprzecznym b) próbka rozciągana w kierunku walcowania Experimental Predicted by model Stress [MPa] 350 300 250 200 150 100 50 0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 Strain Stress [MPa] 350 300 250 200 150 100 50 0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 Rolling direction Transverse direction Strain

Obliczenia MES wykład obieralny dla studentów WFiIS Ćwiczenie 4 analiza dynamiczna (wyznaczanie częstotliwości Initial Mode1 Mode2 drgań własnych) Mode Natural Frequency [MHz] 1 9.407 2 9.557 3 9.568 4 10.027 5 10.033 Mode3 Mode4 Mode5

Obliczenia MES wykład obieralny dla studentów WFiIS Ćwiczenie 5 analiza walcowania asymetrycznego 3D

Obliczenia MES wykład obieralny dla studentów WFiIS Ćwiczenie 6 analiza wydzielania ciepła pod wpływem przepływu prądu Rozkład gęstości prądu Rozkład temperatury Bezpiecznik samochodowy Rozkład gęstości prądu (A/mm 2 ) Rozkład temperatury ( 0 C)