Testy odniesienia dla numerycznych analiz przyrostowego przeciskania przez kanał kątowy (metoda I-ECAP)
Celem naukowym projektu jest rozszerzone modelowanie MES przyrostowego odkształcania prętów przerabianych metodą przyrostowego przeciskania przez kanał kątowy (ang. Incremental Equal Channel Angular Pressing, I-ECAP), która służy do wytwarzania w materiale struktury ultradrobnoziarnistej (UFG). Modelowanie nazwano „rozszerzonym”, ponieważ w projekcie zostanie przebadane pod kątem połączenia jego pierwotnego zastosowania z kształtowaniem gotowych wyrobów, np. przez zmianę grubości obrabianego materiału. I-ECAP jest unikalnym w skali światowej procesem opracowanym przez pracowników PW, pierwotnie na potrzeby rozdrabniania ziarna. Obecnie I-ECAP jest silnie rozwijany na Wydziałach Inżynierii Produkcji (WIP-PW) i Inżynierii Materiałowej (WIM-PW) z zamiarem wytwarzania z metali UFG półwyrobów płaskich i prętowych. Próba testowa w zgłaszanym projekcie zostanie opracowana na podstawie przeciskania prętów o przekroju 10 x 10 mm z miedzi o czystości technicznej. Planuje się w metodzie I-ECAP zastosować różne wielkości skoku, stanowiącego 10% oraz 25% grubości materiału.
Żeby uwypuklić potencjał technologiczny metody I-ECAP i jednocześnie pokazać umiejętność symulowania przeciskania z kształtowaniem, pręty będą około 5% pocieniane i 10%-20% pogrubiane. Należy podkreślić, że wielkość redukcji grubości w stosunku do rozmiaru poprzecznego wsadu ma decydujące znaczenie dla jednorodności właściwości w przekroju poprzecznym. W literaturze naukowej zagadnienie niejednorodności podnoszone jest najczęściej w odniesieniu do walcowania. Poszukuje się relacji rozpiętości kotliny walcowniczej i gniotu do grubości wsadu wykonanego z materiału o określonych właściwościach. Analogiczne badania dla płaskiego stanu odkształcenia można prowadzić dla nowych materiałów w proponowanej przez nas próbie. Rozpiętość kotliny walcowniczej symuluje wielkość skoku, a jej wpływ można badać równocześnie z pocienieniem i pogrubieniem wsadu, odniesionym do początkowej grubości.
W celu zrozumienia zagadnienia przyrostowego odkształcenia i jego niejednorodności zostanie zastosowane modelowanie MES. Dzięki temu możliwe będzie uzyskanie map rozkładu odkształceń dla zaplanowanego zakresu zmienności skoku oraz grubości. Opanowanie symulacji numerycznej umożliwi analizowanie różnorodnych efektów niejednorodności lokalnych, które przy zmianie skoku i grubości występują w objętości odkształcanego wsadu, jak również lokalnie na powierzchni styku ze stemplem i matrycą, bez potrzeby wykonywania czasochłonnych doświadczeń. Żeby zoptymalizować oprogramowanie MES dla prawidłowego symulowania procesu przyrostowego przeciskania, modelowanie zostanie uzupełnione badaniami mikrostrukturalnymi oraz mechanicznymi. Szczegółowe badania mikrostrukturalne zostaną wykonane korzystając z techniki EBSD, która daje opis ilościowy parametrów tj. wielkość i kształt ziarna, tekstury krystalograficznej, a także wyznacza doświadczalne mapy odkształceń. Planowane jest wykonanie trójwymiarowych map EBSD do porównań z rozkładami 3D odkształceń z symulacji MES. Właściwości mechaniczne zostaną określone poprzez wykonanie map mikrotwardości na przekroju pręta, a także na podstawie właściwości mechanicznych i krzywych umocnienia określonych na podstawie wyników próby jednoosiowego rozciągania miniaturowych próbek.
Dane podstawowe
- Kierownik projektu: dr inż. Jacek Goliński
- Budżet projektu: 192941,18 PLN
- Czas trwania projektu: 1.07.2020 do 31.12.2021.
