Wieloskalowy model procesu walcowania na gorąco z uwzględnieniem dynamicznej rekrystalizacji

W pracy przedstawiono zastosowanie wieloskalowej metody CAFE w symulacji procesu walcowania na gorąco. Metoda CAFE jest połączeniem Metody Elementów Skończonych (ang. FE) i Automatów Komórkowych (ang. CA). Opierając się na metodzie Automatów Komórkowych skonstruowano model 2D zjawiska dynamicznej rekrystalizacji, opisujący zachowanie materiału w skali mikro. Za pomocą podejścia typu RVE model ten włączono do kodu MES, rozwiązującego problem mechaniczny i transportu ciepła na siatce Eulera. Na podstawie rozwiązania MES wyznaczono linie płynięcia materiału, wzdłuż których wyliczono odkształcenie, prędkość odkształcenia i temperaturę w kolejnych chwilach czasowych. Dla każdej linii płynięcia przeprowadzono oddzielne obliczenia za pomocą modelu w skali mikro. Zademonstrowano ulepszenia w interpretacji wyników otrzymanych z metody CA. Dla wybranych warunków walcowania na gorąco stali węglowo-manganowej przeprowadzono obliczenia CAFE oraz wykonano doświadczenie na walcarce laboratoryjnej. Porównano wielkości ziarna uzyskane w wyniku modelowania numerycznego i doświadczenia, uzyskując zadowalającą zgodność.

---

An application of a multi-scale CAFE approach to hot rolling process is described in the paper. CAFE method couples cellular automata (CA) and finite element (FE) methods. The CA micro-scale model of dynamic recrystallization (DRX) was introduced into the thermal-mechanical FE code using RVE methodology. Presented CAFE model simulates the rolling process using steady state Eulerian approach and provides a prediction of thermomechanical parameters and microstructure development. Several CA spaces were created at the cross section of the sample and their state was calculated using changes of the external variables along the flow lines. Current local values of temperature, strain, strain rate and stress were calculated by the macro-scale FE model and then passed to micro-scale CA simulations. Improvements in analysing of average grain size in CA simulation were introduced. The CAFE calculations were performed for hot rolling of the carbon-manganese steel. Experiments were carried out on the laboratory two-high rolling mill for corresponding process conditions. The resulting grain sizes after the process were compared with the experimental data, achieving a satisfactory agreement.