Popis deformačního odporu za tepla v širokém intervalu termomechanických podmínek

Petr Opěla

Doctoral thesis

Hot Flow Stress Description in Wide Range of Thermomechanical Conditions

Abstract:

Z pohledu správného řízení procesů objemového tváření je mimo jiné velmi důležitá i znalost tzv. přirozeného deformačního odporu (tj. odporu materiálu proti vnějšímu silovému zatížení). Ten je přitom závislý na velikosti deformace udílené danému tvářenému materiálu a dalších termomechanických podmínkách během této deformace panujících (tj. na teplotě deformace a deformační rychlosti). Tyto závislosti jsou pro každý materiál sestavovány experimentálně v požadovaném rozsahu termomechanických podmínek. Tím vzniká vždy unikátní experimentální sada tzv. napěťových křivek. Pro účely matematického modelování intenzivních procesů tváření za tepla je požadováno, aby bylo možné jednotně popsat sadu napěťových křivek, která byla zaznamenána ve velmi širokých rozsazích deformací, deformačních teplot i deformačních rychlostí. Tento typ popisu je nicméně komplikován tvarovou různorodostí jednotlivých napěťových křivek. Ta je dána projevem fyzikálních dějů, jež jsou s procesy tváření za tepla úzce spjaty. V posledních letech bylo vyvinuto mnoho různých modelů, které do jisté míry umožňují sady napěťových křivek popisovat. Nicméně, tyto modely jsou vhodné spíše pro popis křivek, zaznamenaných v užších intervalech tvářecích podmínek (tehdy se jednotlivé křivky tvarově příliš neliší). Model, tak univerzální, že by umožňoval přesný jednotný popis sady, zahrnující křivky větší tvarové různorodosti pak zatím navržen nebyl. Některé dosud odvozené modely sice určitou variabilitu popisu nabízejí, avšak jejich přesnost je menší, než v případě popisu tvarově podobných napěťových křivek. Na základě rozboru doposud navržených modelů se nicméně podařilo odhalit jejich silné i slabé stránky a následnou modifikací jednoho z nich navrhnout unikátní vlastní model. Možnosti popisu nového modelu pak byly testovány na experimentálních napěťových křivkách tří různých materiálu. Nový model byl přitom srovnáván s dosud nejpřesnějšími či nejvyužívanějšími modely. Grafické i statistické srovnání prokázalo, že nově vyvinutý model umožňuje splnit náročné požadavky, které vyplývají z potřeby jednotného popisu sady experimentálních napěťových křivek, zaznamenaných ve velmi širokém intervalu termomechanických podmínek deformace.

Abstract:

From the viewpoint of proper control of bulk-forming processes, so-called natural flow stress (i.e. response of formed material against an external force load) is also, inter alia, a very important knowledge. The flow stress is influenced by a value of strain which was put into the formed material and of other thermomechanical conditions accompanying the deformation (i.e. deformation temperature and strain rate). These dependencies are compiled for each material experimentally in a desired range of thermomechanical conditions. By this way, always a unique flow-curve-set is produced. For purposes of mathematical modeling of intensive hot forming processes, the ability of a united description of the flow-curve-set acquired in a very wide range of strains, of strain rates and of deformation temperatures is required. This type of the description is, however, complicated by a shape-variety of the individual flow curves, which is caused by the influence of physical actions which are closely intertwined with hot forming processes. In recent years, many different models were developed. These models allow a description of flow-curve-sets in some extent. Nevertheless, these models are more appropriate for the description of curves recorded at narrower ranges of the forming conditions, i.e. when the shapes of the curves are less different. Model, so universal that would allow an accurate united description of flow-curve-set consisting of the higher shaped-curve-diversity was not yet developed. Several of the so far derived models offer some variability of the description, but their accuracy is less than in the case of the description of the shape-similar flow curves. It was, however, possible based on the analysis of these so far derived models to reveal their advantages and disadvantages and by the subsequent modification of one of them to propose own unique model. Possibilities of the description of the new model were then tested on the experimental flow-curve-sets of three different materials. The new model was compared with so far most accurate or most frequently used models. Graphical and statistical comparison showed that the newly derived model enables to meet demanding requirements arising from the need of the united description of an experimental flow-curve-set acquired in a very wide range of thermomechanical conditions.

Keywords

Deformační odpor, Napěťové křivky, Popis daformačního odporu

Keywords

Flow stress, Flow curves, Flow stress description

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 2. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2017
• Supervisor: Ivo Schindler
• Reader: Viktor Tittel, Jan Suchánek, Jiří Hrubý

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Metalurgická technologie