Wpływ historii odkształcenia na mechanizmy umocnienia materiałów
wielofazowych i umacnianych wydzieleniowo
W pracy dyskusji poddano podstawowe związki pomiędzy zastosowanymi parametrami procesowymi i mikrostrukturą materiału oraz ich wpływem na podstawowe mechanizmy umocnienia materiałów umacnianych cząstkami faz obcych. Zidentyfikowane zostały źródła zmian obserwowanych w mechanizmach umocnienia, wywołanych zmienną drogą odkształcenia dla różnych materiałów. Szczegółowej analizie poddane zostały mechanizmy umocnienia odkształceniowego oraz wydzieleniowego. Omówiono efekty związane z działaniem tych mechanizmów podczas złożonej historii odkształcenia, a przede wszystkim ich wpływ na przebudowę struktury dyslokacyjnej. Przedstawiono również istniejące modele naprężenia uplastyczniającego dla analizowanych w pracy procesów, poddając dyskusji podstawy fizyczne oraz warunki ich zastosowania w modelowaniu komputerowym procesów charakteryzujących się zmienną drogą odkształcenia. W części doświadczalnej pracy, przeprowadzono szereg badań wykorzystujących złożoną historię odkształcenia dla pięciu gatunków stali mikrostopowych i niskowęglowych. W celu określenia wpływu zastosowanych parametrów na mikrostrukturę i własności materiału wykonane zostały zarówno cykliczne badania plastometryczne z różnymi schematami odkształcenia, jak i rzeczywiste procesy przeróbki plastycznej obejmujące proces walcowania nawrotnego oraz złożony proces wytwarzania (ciągnienie i spłaszczanie drutu). Dodatkowo, szczegółowej analizie został poddany wpływ odkształcenia zastępczego w cyklu na reorganizację struktury dyslokacyjnej, poprzez analizę udziału objętościowego oraz rozkładu dyslokacji geometrycznie niezbędnych obserwowanych w strukturze materiału po procesie odkształcania. Wykorzystując wyniki zrealizowanych badań doświadczalnych oraz analizy teoretycznej dokonano weryfikacji istniejących modeli naprężenia uplastyczniającego z wykorzystaniem programu Abaqus Standard. Następnie, w oparciu o uzyskane wyniki
zaproponowano modyfikację jednego z analizowanych modeli (model RGB) poprzez zmianę sposobu opisu gęstości dyslokacji oraz dodanie składowej opisującej wpływ umocnienia wydzieleniowego. Skuteczność działania zmodyfikowanego modelu zweryfikowano poprzez porównanie wyników uzyskanych na drodze doświadczalnej z obliczeniowymi.
In the dissertation, the basic relationships between the applied process parameters and microstructure as well as their influence on the basic strengthening mechanisms of precipitation strengthened steels, were discussed. The sources of changes observed in the strengthening mechanisms caused by the variable path of deformation for various materials were identified. The mechanisms of deformation and precipitation strengthening were analyzed in details. Related effects are discussed with the operation of these mechanisms during the complex strain path history, and above all, their effect on the rearrangement of the dislocation structure. The existing models of yield stress for the processes analyzed in the work were also presented, discussing physical bases and conditions of their application in computer modeling of processes characterized by a complex path of deformation. In the experimental part of the work, a series of tests was carried out using a complex history of deformation for five grades of microalloyed and low carbon steels. In order to determine the impact of the applied parameters on the microstructure and material properties, both cyclic plastometric tests with different deformation schemes were performed, as well as real metal forming processes including the reversal rolling process and a complex manufacturing process (wire drawing and flattening). Additionally, a detailed analysis has been performed with respect to the influence of equivalent plastic strain in the deformation cycle on the reorganization of the dislocation structure, through the analysis of the volume fraction and the distribution of geometrically necessary dislocations observed in the material structure after the deformation process. Using the results of experimental research and theoretical analysis, existing yield stress models were verified using the Abaqus Standard software. Next, based on the obtained results, a modification of one of the analyzed models (RGB model) was proposed by changing the way of dislocation density description and adding a component describing the influence of precipitation strengthening. The effectiveness of the modified model was verified by comparison of experimental and modelling results.
