Компьютерное моделирование реальной структуры металлических материалов при исследовании процессов деформации и разрушения

• Автор: Воронин, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.02.01, 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 167 с.

ВВЕДЕНИЕ.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ И ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИРАЗРУШЕНИЯ.

1.1. Характеристика типовых структур металлов

1.2. Модели структуры металлов и ряда других материалов

1.3. Влияние учета реальной структуры на процессы деформации и разрушения.

1.4. Учет реальной структуры материалов при компьютерном моделировании процессов деформацииразрушения

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Описание алюминиевых сплавов АМгб, , АД1М.

2.2. Металлографические исследования.

2.3. Механические и технологические свойства сплавов.

2.4. Компьютерные исследования.

2.5. Рентгеноструктурный анализ
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ПОСТРОЕНИЯ 2 И 3 КЭМ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
3.1. Построение 2 КЭМ объектов с учетом реальной структуры на основе геометрической модели
3.1.1. Построение 2 КЭМ объектов с учетом реальной структуры путем воспроизведения границ некоторых структурных составляющих в виде кривых линий
3.1.2. Построение 2 КЭМ объектов с учетом реальной структуры.
на основе геометрии, полученной конвертированием изображения микроструктуры
3.2. Построение 2 и 3 КЭМ объектов с учетом реальной структуры путем задания конечным элементам свойства структурных составляющих.
3.2.1. Построение 2 и 3 КЭМ объектов с учетом реальной структуры путем ручного пошагового задания конечным элементам свойства структурных составляющих.
3.2.2. Построение 2 и 3 КЭМ объектов с учетом реальной структуры путем автоматизированного задания конечным элементам свойства структурных составляющих.
4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА.
4.1. Компьютерное моделирование процесса растяжения сплава АМгб
и АД1 с учетом его реальной структуры
4.2. Компьютерное моделирование процесса осадки цилиндрической заготовки из сплава АМгб
4.3. Компьютерное моделирование процесса прокатки плоских образцов из сплава АМгб с учетом реальной структуры материала.
4.4. Компьютерное моделирование процесса вытяжки полых цилиндрических деталей
4.4.1. Исследование процесса вытяжки капсюля из алюминиевого сплава АД1М с учетом анизотропии листового материала.
4.4.2. Компьютерное моделирование процесса вытяжки полых цилиндрических деталей из сплава АМгб с учетом реальной структуры материала.
5. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ХРУПКОГО
РАЗРУШЕНИЯ С УЧЕТОМ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА.
ВЫВОДЫ.
Список используемой литературы


Совершенно очевидно, что разные по характеру распределения и форме фазы, составляющие металл, не могут не сказываться на свойствах металла, его прочности, способности деформироваться . Строение однофазного металла составляет основу строения двухфазных металлов и сплавов, на которой располагаются частицы или зерна второй фазы. Поэтому методически правильным будет такое изучение свойств поликристаллического металла, когда на основе знания свойства однофазного металла изучаются особенности и искажения, появляющиеся при воздействии образовавшихся дополнительных фаз , , . Роль границ зерен при пластической деформации исследована во многих зарубежных и отечественных работах. Авторы сравнивали поведение монокристальных и поликристаллических образцов металлов при одноосном растяжении. Поскольку каждый кристаллит имеет ориентировку в пространстве, отличную от ориентировок соседей, это приводит к различию в их поведении, в результате чего соседние зерна накладывают ограничения на деформацию друг друга , , 7. Известны данные о влиянии размера зерна на сопротивление пластической деформации и на склонность к хрупкому разрушению многих металлов, особенно с центрированной кристаллической решеткой , 5. В результате становится вероятным преждевременное разрушение в них, что отражается на уровне общей прочности такого металла. Также неоднократно фиксировалась неравномерность распределения деформаций внутри отдельных зерен ,9, 1. Принято считать, что металлы, которые обычно применяются в технике, состоят из зерен, кристаллическая решетка которых произвольно ориентирована в пространстве. Благодаря свойствам кристаллического строения каждое зерно анизотропно, т. Кроме того, предел упругости, механические свойства, пластичность будут зависеть от направления вырезки образцов 3, ,. Если сплав состоит из двух, отличающихся по свойствам фаз, то прочность и пластичность сплава будет определяться механическими свойствами этих фаз. Если одна фаза, значительно тверже чем другая, то она, будет в меньшей степени пластически деформироваться, чем мягкая , 1. Измельчение зерен одной из фаз оказывает значительное влияние на механизм деформации металлов с двухфазной структурой. Вследствие разной способности к деформированию фазы будут взаимно влиять друг на друга, искажая процессы пластической деформации, свойственные этим фазам по отдельности . Среди двухфазных металлов с дисперсной второй фазой различают варианты строения, где дисперсная фаза равномерно распределена в объеме металла и варианты, где она преимущественно расположена на границах зерен основной фазы. Очевидно, в этом случае поведение металла под нагрузкой может очень резко отличаться , . В случае двухфазных металлов со сплошным залеганием второй фазы по границам зерен возможны два варианта пограничная фаза более мягкая, чем основная, и наоборот пограничная фаза более твердая , . Прочность будет также определяться, с одной стороны, свойствами и особенностями фаз, составляющих сплав, и, с другой стороны, соотношением свойств фаз. Чем более резко будут отличаться свойства фаз между собой, тем более резко это проявляется в свойствах и прочности сплава в целом. Данный факт связан с неравномерностью распределения пластической деформации в объеме деформируемого металла. Деформация мягкой пограничной фазы будет опережать деформацию твердой фазы. Разрушение такой стали, согласно выводам ряда работ, происходит путем локализации деформации в сетке мягкой фазы и последующим образованием трещин разрыва в ней , . Двухфазные металлы с полосчатой структурой часто встречаются в стальном листовом, фасонном и прутковом прокате. Процесс образования полосчатой двухфазной структуры представляется в следующем виде столбчатые дендриты, свойственные поверхностным слоям слитков в результате горячей деформации при прокатке вытягиваются параллельно плоскости прокатки, осевые зоны дендритов и металл в междендритных пространствах существенно отличаются между собой по химическому составу легированию, содержанию примесей и по свойствам . Структура двухфазных металлов с игольчатой формой второй фазы часто встречается в сталях аустенитного класса, когда основная фаза недостаточно устойчива.