Двухуровневая модель для описания неизотермического деформирования двухфазных поликристаллов
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.2.19Ключевые слова:
физические теории пластичности, дуплекс стали, разупрочнение систем скольжения, динамический возврат, рекристаллизацияАннотация
В последние десятилетия во многих областях промышленности широкое применение нашли двухфазные аустенитно-ферритные (дуплекс) стали, обладающие уникальными по сравнению с отдельными фазами поликристалла свойствами. Существенной особенностью высокотемпературного деформирования указанного класса материалов является одновременное протекание процессов упрочнения и разупрочнения, что и обеспечивает высокую пластичность материалов. Вследствие того, что для ферритной фазы характерна высокая энергия дефекта упаковки (ЭДУ), в ней происходит динамический возврат, а в аустенитной фазе (с низкой ЭДУ) релаксация упругих напряжений осуществляется путем рекристаллизации. В работе используется актуальный в настоящее время подход к описанию пластического деформирования, согласно которому в явном виде рассматриваются физические механизмы неупругого деформирования на масштабных уровнях, более низких, чем макроскопический. Для обсуждаемого класса материалов неупругое деформирование реализуется главным образом скольжением краевых дислокаций по кристаллографическим плоскостям и направлениям. На основе физического анализа в постановку задачи введено влияние температуры на подвижность мобильных дислокаций. Принимаются во внимание основные физические механизмы упрочнения кристалла за счет взаимодействия мобильных дислокаций с дислокациями леса, барьеров типа Ломера-Коттрелла и границ зерен. Предложен способ учета явления разупрочнения фаз, связанный с возвратом и рекристаллизацией. Обсуждается модификация физической двухуровневой модели, ориентированной на описание высокотемпературного деформирования дуплекс сталей; дается ее полная математическая постановка. Приведен алгоритм численной реализации модели. Показано, что полученные на ее основе результаты качественно согласуются с данными экспериментов.
Скачивания
Библиографические ссылки
Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. - М.: Атомиздат, 1972. - 600 с.
2.Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. - М.: Мир, 1972. - 408 с.
3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 208 с.
4. Трусов П.В., Волегов П.С. Физические теории пластичности: теория и приложения к описанию неупругого деформирования материалов. Ч. 1: Жесткопластические и упругопластические модели // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2011. - № 1. - С. 5-45.
5. Трусов П.В., Волегов П.С. Физические теории пластичности: теория и приложения к описанию неупругого деформирования материалов. Ч. 2: Вязкопластические и упруговязкопластические модели // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2011. - № 2. - С. 101-131.
6. Трусов П.В., Волегов П.С. Физические теории пластичности: теория и приложения к описанию неупругого деформирования материалов. Ч. 3: Теории упрочнения, градиентные теории// Вестник ПНИПУ. Механика. - 2011. - № 3. - С. 146-197.
7. Bartali A.El., Evrard P., Aubin V., Herenú S., Alvarez-Armas I., Armas A.F., Degallaix-Moreuil S. Strain heterogeneities between phases in a duplex stainless steel. Comparison between measures and simulation // Procedia Engineering. - 2010. - Vol. 2, no. 1. - P. 2229-2237. DOI
8. Cabrera J.M., Mateo A., Llanes L., Prado J.M., Anglada M. Hot deformation of duplex stainless steels // J. Mater. Process. Tech. - 2003. - Vol. 143-144. - P. 321-325. DOI
9. Dakhlaoui R., Braham C., Baczmański A. Mechanical properties of phases in austeno-ferritic duplex stainless steel - Surface stresses studied by X-ray diffraction // Mater. Sci. Eng. A-Struct. - 2007. - Vol. 444, no. 1-2. - P. 6-17. DOI
10. Faccoli M., Roberti R. Study of hot deformation behaviour of 2205 duplex stainless steel through hot tension tests // J. Mater. Sci. - 2013. - Vol. 48, no. 15. - P. 5196-5203. DOI
11. Farnousha H., Momenia A., Dehghania K., Mohandesia J.А., Keshmirib H. Hot deformation characteristics of 2205 duplex stainless steel based on the behavior of constituent phases // Mater. Design. - 2010. - Vol. 31, no. 1. - P. 220-226.
12. Evangelista E., Mengucci P., Bowles J., McQueen H.J. Grain and subgrain structures developed by hot working in as-cast 434 stainless steel // High Temp. Mater. Process. - 1993. -Vol. 12. - P. 57-66.
13. Cizek P., Wynne B.P. A mechanism of ferrite softening in a duplex stainless steel deformed in hot torsion // Mater. Sci. Eng. A-Struct. - 1997. - Vol. 230, no. 1-2. - P. 88-94. DOI
14. Iza-Mendia A., Piñol-Juez A., Urcola J.J., Gutiérrez I. Microstructural and mechanical behavior of a duplex stainless steel under hot working conditions // Metall. Mater. Trans. A. - 1998. - Vol. 29, no. 12. - Р. 2975-2986. DOI
15. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических сплавов. - М.: Металлургия, 1971. - 496 с.
16. Трусов П.В., Ашихмин В.Н., Швейкин А.И. Двухуровневая модель упругопластического деформирования поликристаллических материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2009. - Т. 15. № 3. - С. 327-344.
17. Трусов П.В., Швейкин А.И., Нечаева Е.С., Волегов П.С. Многоуровневые модели неупругого деформирования материалов и их применение для описания эволюции внутренней структуры // Физ. мезомех. - 2012. - Т. 15, № 1. - С. 33-56.
18. Трусов П.В., Швейкин А.И. Теория пластичности. - Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2011. - 419 с.
19. Трусов П.В., Волегов П.С. Определяющие соотношения с внутренними переменными и их применение для описания упрочнения в монокристаллах // Физ. мезомех. - 2009. - Т. 12, № 5. - С. 65-72.
20. Кондратьев Н.С., Трусов П.В. Физическая модель неупругого деформирования двухфазных поликристаллов // Вестник Тамбовского университета. - 2013. - Т. 18, № 4 - С. 1873-1874.
21. Лубенец С.В. Динамический возврат и кинетика релаксации напряжений в кристаллах при низких и высоких гомологических температурах // ФТТ. -2002. - Т. 44, № 1. - С. 72-77.
22. Kuhlmann D., Masing G., Raffelsieper J. Zur Theorie der Erholung // Zeitschrift für Metallkunde. - 1949. - Vol. 40. - P. 241-246.
23. Фридель Ж. Дислокации. - М.: Мир. - 1967. - 644 с.
24. Трусов П.В., Волегов П.С., Янц А.Ю. Двухуровневые модели поликристаллов: приложение к анализу сложного нагружения // Физ. мезомех. - 2013. - Т. 16. № 6. - С. 43-50.
25. Кондратьев Н.С., Трусов П.В. О мере разориентации систем скольжения соседних кристаллитов в поликристаллическом агрегате // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2012. - № 2. - С. 112-127.
26. Кондратьев Н.С., Трусов П.В. Описание упрочнения систем дислокационного скольжения за счет границ кристаллитов в поликристаллическом агрегате // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2012. - № 3. - С. 78-97.
27. Кондратьев Н.С., Трусов П.В. Моделирование неупругого деформирования поликристаллических материалов с учетом упрочнения за счет границ кристаллитов // Вестник ПГУ. Серия: Физика. - 2012. - № 4 (22). - С. 92-100.
28. Орлов А.Н., Перевезенцев В.Н., Рыбин В.В. Границы зерен в металлах. - М.: Металлургия. - 1980. - 156 с.
29. Куксин А.Ю., Янилкин А.В. Атомистическое моделирование движения дислокаций в металлах в условиях фононного трения // ФТТ. - 2013. - Т. 55, № 5. - С. 931-939.
30. Kocks U.F., Argon A.S., Ashby M.F. Thermodynamics and kinetics of slip / Progress in materials science. - Pergamon Press, 1975. - Vol. 19. - 291 p.
31. Нечаева Е.С., Трусов П.В. Конститутивная модель частично кристаллического полимерного материала. Алгоритм реализации модели мезоуровня // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2011. - Т. 4, № 1. - С. 74-89. DOI
32. Нечаева Е.С., Трусов П.В. Конститутивная модель частично кристаллического полимерного материала. Алгоритм реализации для представительного объема макроуровня // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2011. - Т. 4, № 2. - С. 82-95. DOI
33. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы математической физики. - М.: Научный мир, 2000. - 315 с.
34. Trusov P.V., Volegov P.S., Shveykin A.I. Constitutive elasto-viscoplastic model of FCC-crystals: Theory and application algorithms. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publ., 2011. - 147 p.
35. Charles J., Vincent B. Duplex stainless steels for chemical tankers // Duplex Stainless Steels’97 Proceedings, 5th World conference, Maastricht, Netherlands, 21-23 October 1997. - Vol. 2. - P. 727-736.
36. Dobrzañski L.A., Brytan Z., Actis Grande M., Rosso M. Properties of duplex stainless steels made by powder, http://www.archivesmse.org/vol28_4/2844.pdf (дата обращения: 03.06.2014).
37. Herrera C., Ponge D., Raabe D. Characterization of the microstructure, crystallographic texture and segregation of an as-cast duplex stainless steel slab // Steel Research International. - 2008. - Vol. 79, no. 6. - P. 482-488. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.