بررسی ریزساختاری و بافت آلومینیوم خالص تجاری تحت تغییرشکل پیچشی به کمک شبیه‌سازی کریستال پلاستیسیته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

سیم‌های آلومینیومی، با توجه به کاربرد فراوان در صنایع گوناگون، به خصوص در صنعت انتقال برق، از اهمیت بسزایی برخوردار بوده‌اند. یکی از موثرترین روش‌ها برای بررسی ریزساختار، استفاده از تئوری کریستال پلاستیسیته است. در این پژوهش، تحولات ریزساختاری یک سیم آلومینیومی سری 1000 (گرید 1350) با قطر چهار میلی‌متر تحت بارگذاری پیچشی با استفاده از حل‌گر طیفی (تبدیل فوریه سریع) نرم‌افزار داماسک مورد بررسی قرار می‌گیرد. به این منظور، حل کریستال پلاستیسیته طیفی بر روی یک نماینده المان حجمی با تعداد 100 دانه انجام می‌شود. بافت اولیه غیرتصادفی به صورت اعداد چهاروجهی به نماینده المان حجمی اختصاص داده شده و سپس به کمک حل طیفی کریستال پلاستیسیته، اعداد چهاروجهی تغییرشکل یافته در اثر تغییرشکل برش استخراج می‌گردند. با استفاده از بسته نرم‌افزاری ام‌تکس موجود در متلب، این اعداد به اشکال قطبی، اشکال قطبی معکوس و تابع توزیع جهت‌گیری دانه‌ها تبدیل شده و ترسیم گردید. صحت‌سنجی نتایج شبیه‌سازی کریستال پلاستیسیته طیفی به کمک مقایسه نتایج تجربی آزمایش پراکنش الکترون برگشتی با نتایج شبیه‌سازی انجام شده است. مقایسه نتایج نمونه 𝜋 رادیان چرخش نشان داد که جزء‌های   ، ، ، ،  و  در نتایج شکل قطبی مشاهده می‌شوند اما جزء محسوسی از نتایج تابع توزیع جهت در هر دو نمونه آزمون‌های تجربی و شبیه‌سازی کریستال پلاستیسیته دیده نمی‌شود.
سیم‌های آلومینیومی، با توجه به کاربرد فراوان در صنایع گوناگون، به خصوص در صنعت انتقال برق، از اهمیت بسزایی برخوردار بوده‌اند. یکی از موثرترین روش‌ها برای بررسی ریزساختار، استفاده از تئوری کریستال پلاستیسیته است. در این پژوهش، تحولات ریزساختاری یک سیم آلومینیومی سری 1000 (گرید 1350) با قطر چهار میلی‌متر تحت بارگذاری پیچشی با استفاده از حل‌گر طیفی (تبدیل فوریه سریع) نرم‌افزار داماسک مورد بررسی قرار می‌گیرد. به این منظور، حل کریستال پلاستیسیته طیفی بر روی یک نماینده المان حجمی با تعداد 100 دانه انجام می‌شود. بافت اولیه غیرتصادفی به صورت اعداد چهاروجهی به نماینده المان حجمی اختصاص داده شده و سپس به کمک حل طیفی کریستال پلاستیسیته، اعداد چهاروجهی تغییرشکل یافته در اثر تغییرشکل برش استخراج می‌گردند. با استفاده از بسته نرم‌افزاری ام‌تکس موجود در متلب، این اعداد به اشکال قطبی، اشکال قطبی معکوس و تابع توزیع جهت‌گیری دانه‌ها تبدیل شده و ترسیم گردید. صحت‌سنجی نتایج شبیه‌سازی کریستال پلاستیسیته طیفی به کمک مقایسه نتایج تجربی آزمایش پراکنش الکترون برگشتی با نتایج شبیه‌سازی انجام شده است. مقایسه نتایج نمونه 𝜋 رادیان چرخش نشان داد که جزء‌های   ، ، ، ،  و  در نتایج شکل قطبی مشاهده می‌شوند اما جزء محسوسی از نتایج تابع توزیع جهت در هر دو نمونه آزمون‌های تجربی و شبیه‌سازی کریستال پلاستیسیته دیده نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Microstructure and texture investigation of commercial pure aluminium subjected to torsion deformation using crystal plasticity simulation

نویسندگان [English]

  • Erfan Maddah
  • Mohammad Javad Rezaei
  • Mohammad Sedighi
School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Aluminum wires, due to their extensive use in various industries, particularly in the electrical industry, have been of significant importance. One of the most effective methods for investigating microstructure is the utilization of crystal plasticity theory. In this study, the microstructural changes of a 1000 aluminum wire (grade 1350) with a diameter of 4 mm under torsional loading are examined using a spectral solver (Fast Fourier Transform) in DAMASK software. For this purpose, Crystal Plasticity Fast Fourier Transform (CPFFT) is applied to a Representative Volume Element (RVE) containing 100 grains. The initial non-random texture is assigned to the Representative Volume Element (RVE) as quaternion numbers, and then, using a crystal plasticity spectral solver, the deformed quaternion numbers due to shear deformation are extracted. Using the MTEX toolbox available in Matlab, these numbers are transformed into pole figures (PF), inverse pole figures (IPF), and orientation distribution functions (ODF) of grains were converted and plotted. The accuracy of CPFFT results is validated against experimental results from Electron Backscatter Diffraction (EBSD) tests. Comparison of the results for a 𝜋-radian rotation sample shows that components A، A^*1 ، A^*2، B and Bً are created at the pole figure results, but did not indicate any component from the orientation distribution function in both EBSD and CPFFT test samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crystal plasticity
  • Texture
  • Microstructural evolution
  • Numerical spectral solver

مراجع

  1. Kiessling, F., Nefzger, P., Nolasco, J. F., and Kaintzyk, U., Overhead Power Lines: Planning, Design, Construction, vol. 759, Springer, 2003.
  2. Pourbashiri, M., Poletti, M. C., Sedighi, M., and Sommitsch, C., “Strengthening Mechanisms of Al Wires Processed by Equal Channel Angular Torsion Drawing”, Materials Science and Technology, Vol, 36, No. 1, pp. 65-82, 2019.
  3. Valiev, R. Z., “Developing SPD Methods For Processing Bulk Nanostructured Materials with Enhanced Properties”, Metals and Materials International, Vol. 7, No. 5, pp. 413–420, 2001.
  4. Sedighi, M., Vaezi, A., and Pourbashiri, M., “Influence of Different Torsion Pitch on Microstructural Evolution and Strengthening Mechanism of Al Wires”, Archives of Metallurgy and Materials, Vol, 63, No. 2, pp. 625-632, 2018.
  5. Ebrahimi, M., and Safarzadeh, A., and Alipour, S., “Severe Plastic Deformation Processes for Producing Ultrafine-Grained and Nanostructured Wires”, 3rd Conference on Recent Innovations in Industrial and Mechanical Engineering, Tehran, 2016. https://civilica.com/doc/594568
  6. Roters, F. and et al., “DAMASK–The Düsseldorf Advanced Material Simulation Kit for Modeling Multi-Physics Crystal Plasticity, Thermal, and Damage Phenomena from The Single Crystal Up to The Component Scale”, Computational Materials Science, Vol. 158, pp. 420–478, 2019.
  7. Khamsuk S., Park N., Gao, S., Terada, D., Adachi, H., and Tsuji, N., “Mechanical Properties of Bulk Ultrafine Grained Aluminum Fabricated by Torsion Deformation at Various Temperatures and Strain Rates”, Materials Transactions, Vol. 55, No. 1, pp. 106–113, 2014.
  8. Wang, C., Li, F., Li, J., Dong, J., and Xue, F., “Microstructure Evolution, Hardening and Thermal Behavior of Commercially Pure Copper Subjected to Torsion Deformation”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 598, pp. 7–14, 2014.
  9. Li, J., Li, F., Zahid Hussain, M., Wang, C., and Wang, L., “Micro-structural Evolution Subjected to Combined Tension–Torsion Deformation for Pure Copper”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 610, pp. 181–187, 2014.
  10. Caruso, S., and Ambrogio, G., “Novel Drawing System Approach to Manufacture Performant Commercially Pure Aluminium Fine Wires”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 118, No. 3–4, pp. 1101–1109, 2022.
  11. Sheikh, H., Ebrahimi, R., and Bagherpour, E., “Crystal plasticity Finite Element Modeling of Crystallographic Textures in Simple Shear Extrusion (SSE) Process”, Materials & Design, Vol. 109, pp. 289–299, 2016.
  12. Rezaei, M. J., Sedighi, M., and Pourbashiri, M., “Developing a New Method to Represent the Low and High Angle Grain Boundaries by Using Multi-Scale Modeling of Crystal Plasticity”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 939, p. 168844, 2023.
  13. Eisenlohr, P., Diehl, M., Lebensohn, R. A., and

 

  1. Roters, F., “A spectral Method Solution to Crystal Elasto-Viscoplasticity at Finite Strains”, International Journal of Plasticity, Vol. 46, pp. 37–53, 2013.
  2. Diehl, M., Wicke, M., Shanthraj, P., Roters, F., Brueckner-Foit, A., and Raabe, D., “Coupled Crystal Plasticity–Phase Field Fracture Simulation Study on Damage Evolution Around a Void: Pore Shape Versus Crystallographic Orientation”, JOM, Vol. 69, No. 5, pp. 872–878, 2017.
  3. Haouala, S., Lucarini, S., Lorca, J. L., and Segurado, J., “Simulation of the Hall-Petch Effect in FCC Polycrystals by Means of Strain Gradient Crystal Plasticity and FFT Homogenization”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 134, p. 103755, 2020.
  4. Khan, A. S., Liu, J., Yoon, J. W., and Nambori, R., “Strain Rate Effect of High Purity Aluminum Single Crystals: Experiments and Simulations”, International Journal of Plasticity, Vol. 67, pp. 39–52, 2015.
  5. Fu, W., Li, Y., Hu, S., Sushko, P., and Mathaudhu, S., “Effect of loading Path on Grain Misorientation and Geometrically Necessary Dislocation Density in Polycrystalline Aluminum Under Reciprocating Shear”, Computational Materials Science, Vol. 205, p. 111221, 2022.
  6. Beyerlein, I. J., and Tóth, L. S., “Texture evolution in Equal-Channel Angular Extrusion”, Progress in Materials Science, Vol. 54, No. 4, pp. 427–510, 2009.
  7. Li, S., Beyerlein, I. J., and Bourke, M. A. M., “Texture Formation During Equal Channel Angular Extrusion of Fcc and Bcc Materials: Comparison with Simple Shear”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 394, No. 1, pp. 66–77, 2005.

 

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی