توصيفگر ها :
تبلور مجدد ديناميكي , شبيه‌سازي ريزساختار , سلولار اتوماتا , مهاجرت مرزدانه متاثر از كرنش , جوانه زني متاثر از ذرات , آلياژ منيزيم AZ61
چكيده فارسي :
كنترل و پيش بيني پديده تبلور مجدد ديناميكي در حين فرايندهاي تغييرشكل داغ به منظور دستيابي به خواص مكانيكي مطلوب از اهميت بسزايي برخوردار است كه بررسي اين تحولات ريزساختاري در دما و نرخ كرنش بالا بسيار پرهزينه است. از اين رو توسعه شبيه‌سازي تحولات ريزساختاري امكان بررسي اثر تغيير پارامترهاي فرايند بر ريزساختار را در هر لحظه با كاهش زمان و هزينه براي آلياژهاي مختلف امكان پذير مي‌كند. در اين پژوهش از روش شبيه سازي مزوسكوپي سلولار اتوماتا با استفاده از روابط كارسختي، تبلور مجدد و ارتباط بين آن‌ها توسعه يافت و مدلي كارامد با الگوريتم‌هاي توليد ريزساختار اوليه، جوانه‌زني، رشد دانه و تغيير توپولوژي براي شبيه سازي تبلور مجدد ديناميكي ناپيوسته آلياژ منيزيم 61 AZدر حين آزمون فشار داغ در نرم افزار متلب ايجاد شد. سپس با انجام مقايسه بين نتايج شبيه‌سازي و داده‌هاي تجربي اعتبارسنجي آن صورت گرفت. روش سلولار اتوماتا قادر به پيش بيني مورفولوژي، توزيع دانيسته نابجايي در دانه‌ها و نمودار سيلان ماده با گسسته‌سازي زمان و فضا به گام‌هاي زماني و سلول است. بدين منظور از معادله كارسختي و بازيابي ديناميكي كاكس-مكينگ-استرين براي بررسي تغييرات دانسيته نابجايي‌ها و از دو مكانيزم جوانه زني مهاجرت مرزدانه متاثر از كرنش و جوانه زني متاثر از ذرات به ترتيب با كسر 95/0 و 05/0 با مكان جوانه زني روي مرزدانه ها و اطراف ذرات رسوب استفاده شد. همچنين براي ايجاد تغييرات توپولوژي دانه‌ها در آزمون فشار داغ الگوريتم نزديك‌ترين همسايه بكار گرفته شد. با كاهش اندازه سلول، گام كرنش كاهش و وضوح و حجم محاسبات افزايش يافت. بنابراين اندازه سلول 1 ميكرون و گام كرنش 001/0 با همگرايي منحني‌هاي سيلان به عنوان حدود آستانه استفاده شدند. براي ايجاد ريزساختار اوليه و دانه‌هاي هم محور همسايگي هفت سلولي به دليل ماهيت احتمالي و تعداد سلول كافي رشد هم محور جوانه‌ها نسبت به ساير انواع همسايگي را موجب گرديد. با تغيير مورفولوژي جوانه‌ها با انحنا و چگالي نابجايي متفاوت نتايج نشان داد كه براي هر چند ضلعي و شكل هندسي جوانه، روابط به كار گرفته شده صادق است. همچنين فشار ناشي از اختلاف چگالي نابجايي بر روي مرزدانه در مقياس 1 تا چند مگاپاسكال است در حالي كه فشار ناشي از انحنا چند ده برابر كمتر از اين ميزان است كه براي جوانه‌هاي كوچك چند ميكروني به دليل انحناي زياد در حين تبلور مجدد ديناميكي اهميت دارد. فشار انحنا در رئوس جوانه‌ها با مورفولوژي‌هاي متفاوت به سمت مركز جوانه و در مرزهاي انحنا دار به سمت مركز تقعر است كه برايند آن‌ها شكل جوانه را تعيين مي‌كند. در همه مورفولوژي‌ها تمايل به داشتن مرز محدب و دايره‌اي شكل شدن جوانه وجود دارد كه اين تمايل در جوانه سه ضلعي بيشتر است. به دليل كارسختي و بازيابي فشار وارد بر مرزدانه و سرعت مرز در حين تبلور مجدد ثابت نخواهد بود و نرخ رشد تابعي از ماده و شرايط تغييرشكل است. نتايج حاصل از شبيه سازي، تطابق ميان ريزساختار، توزيع اندازه دانه، كسر تبلور مجدد و ميانگين قطر دانه را با نتايج تجربي نشان دادند بطوريكه قطر دانه اوليه در حالت تجربي و شبيه سازي به ترتيب 6/44 و 7/44 ميكرون بدست آمدند. قطر ميانگين دانه‌ها در دماي °C400 و نرخ كرنش 1-s 1/0 در حالت تجربي در دو نقطه متفاوت نمونه آزمون فشار داغ به ترتيب 51/7 و 16/5 ميكرون بودند كه در شبيه‌سازي سلولار اتوماتا به ترتيب مقدار 08/7 و 82/5 ميكرون بدست آمدند. همچنين با توجه به غلبه نرخ جوانه زني بر نرخ رشد در اين پارامتر زنر هولومان، كسر تبلور مجدد ديناميكي به ترتيب 79/0 و 63/0 مطابق نتايج تجربي حاصل شد. از اين رو روش سلولار اتوماتا ابزاري قدرتمند در زمينه شبيه‌سازي تحولات ريزساختاري و تبلور مجدد ديناميكي آلياژ منيزيم 61AZ تشخيص داده شد.
چكيده انگليسي :
Control and prediction of dynamic recrystallization phenomenon during hot deformation processes in order to achieve the desirable mechanical properties is significant, while the study of these microstructural changes at high temperatures and strain rates is costly. Therefore, the development of simulation of microstructural evolutions makes it possible to investigate the effect of changing process parameters on the microstructure by reducing time and cost for different alloys. In this study, the cellular automata mesoscopic simulation method using recovery and recrystallization equations and the relationship between them was developed in MATLAB software by employing initial microstructure generating, nucleation, grain growth and topology deformation algorithms to simulate the discontinuous dynamic recrystallization of AZ61 magnesium alloy during hot compression test. Then, its validation was done by comparing the simulation results with experimental data. The cellular automata method is able to predict materials morphology, distribution of dislocation density in grains and flow curves of materials by discretizing time and space into time steps and cells. For this purpose, the Kocks-Mecking-Estrin equation was used to study the change of dislocation densities and strain-induced boundary migration and particle stimulated nucleation mechanisms were employed with the fraction of 0.95 and 0.05 at grain boundaries and around the particles, respectively. The nearest neighbor interpolation algorithm was also used to make changes in the grain topology of the hot compression test. As the cell size decreased, the strain step decreased and the resolution and computational time increased. Therefore, cell size of 1 micron and strain step of 0.001 with the convergence of flow curves were used as threshold limits. In order to match the simulated and the experimental morphologies, the seven-cell neighborhood (hexagonal) was used due to its commonplacenessand sufficient number of cells to the equiaxed growth of nuclie. The results showed that for all polygons and geometric shapes of neclie with different curvatures and dislocation densities, the employed equations calculated the pressure of disloccation density on the grain boundaries with acceptable accuracy. These calculations are important for small nuclie with size of few microns due to their high curvature during dynamic recrystallization. The pressure of curvature at the vertices of the nuclie with different morphologies is towards the center of the nuclie and at the curved boundaries towards the center of concave. The pressure gradient results determine the shape of the final nuclie. In all morphologies, there is a tendency to have a convex boundaries and to form circle shapes, which is more substantial in the triangular nuclie. Pressure on the grain boundary and the boundary velocity are not constant during recrystallization, due to the sequential work hardening and recovery. Therefore, the growth rate is a function of material and deformation conditions. The results showed a correlation between microstructure, grain size distribution, dynamic recrystallization fraction and average grain diameter. The average diameter of grains at 400 °C and the strain rate of 0.1 s-1 at two different points of the hot compression test sample were achieved 7.51 and 5.16 microns, respectively. By using the cellular automata simulation these diameters were 7.08 and 5.82 microns, respectively. Also, due to the dominance of nucleation rate over grain growth rate, dynamic recrystallization fraction was 0.79 and 0.63, respectively. Therefore, the cellular automata method was recognized as a powerful tool in the field of simulation of microstructural simulation and dynamic recrystallization of AZ61 magnesium alloy.
