Consistent physically-based modeling of dynamic recrystallization under hot working conditions

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Markus Bambach; Professor Dr. Franz Roters
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2016 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 315419526

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Mit dem Forschungsprojekt konnte ein detaillierteres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den Umformbedingungen und der Entwicklung der Fließspannung und der Mikrostruktur während der DRX aufgebaut werden. Mit dem Forschungsprojekt erfolgte eine umfassende Analyse und Diskussion der Sensitivität und Quantifizierung von Feldgrößen versetzungsdichtebasierter Kristallplastizitätsmodelle am Beispiel von DAMASK. Diese Analysen offenbarten Schwächen in der bisherigen numerischen Implementierung und Parametersensitivität solcher Modelle. Dies ermöglichte die zielgerichtete Korrektur. Die Arbeiten erzielten wesentliche Fortschritte hinsichtlich der Genauigkeit und Geschwindigkeit zur Auswertungen räumlicher Datensätze aus Kristallplastizitätssimulationen. Die Methoden wurden auf die experimentellen Ergebnisse angewendet. Diese Studien dokumentierten deutlich schwächere Gradienten, als sie im Projektantrag erwartet wurden. Dennoch wurde der Effekt von Gradienten auf wandernde Korngrenzen in Bikristallgeometrien theoretisch untersucht. Diese Studie dokumentierte Geschwindigkeits-Zeit-Profile der Korngrenzenwanderung, die unter nahezu allen praktischen Umformtemperaturen und -raten eher zuals abnehmen. Diese Untersuchungen sollten in kommenden Projekten durch explizit räumlich aufgelöste gekoppelte Kristallplastizitäts- / Grenzenflächenwanderungs-Modelle näher untersucht werden. Das vorgeschlagene Modell kann die DRX während der Umformung von Metallen mit niedriger bis mittlerer Stapelfehlerenergie nach Erreichen der kritischen Umformbedingungen korrekt abbilden. Durch eine konsistente DRX-Modellierung (d.h. die Vermeidung von bislang bestehenden Inkonsistenzen mit dem Poliak-Jonas Kriterium) konnte gezeigt werden, dass ein breiter Bereich von Umformbedingungen quantitativ korrekt abgebildet und das Konvergenzverhalten bei impliziter FEM verbessert werden kann.

Publications

• (2017) A new model for dynamic recrystallization under hot working conditions based on critical dislocation gradients. Procedia engineering 207: 2107-2112
  Imran, M., Bambach, M.
  
• (2017) Development of a model for dynamic recrystallization consistent with the second derivative criterion. Materials 10(11): 1259
  Imran, M., Kühbach, M., Roters, F., Bambach, M.
  
• (2017) Towards intelligent materials testing with reduced experimental effort for hot forming, Computer Methods in Materials Science 17, 44-50
  Bambach, M., Imran, M., Buhl, J., Härtel, S., Awiszus, B.
  
• (2019) Quantification of 3D spatial correlations between state variables and distances to the grain boundary network in full-field crystal plasticity spectral method simulations
  Kühbach, M., Roters, F.