DIGIMU® permette di prevedere le evoluzioni microstrutturali che si verificano durante i processi termomeccanici utilizzando modelli fisici all'avanguardia.
COS'È IL FENOMENO DELLO ZENER PINNING?
Lo Zener Pinning è l'effetto della dispersione di particelle fini di seconde fasi (ossidi o precipitati) sul movimento dei bordi dei grani in un materiale policristallino. Per molte industrie manifatturiere, soprattutto nel settore aeronautico, il controllo del fenomeno dello Zener pinning è cruciale in quanto può avere un impatto sul recovery, sulla ricristallizzazione e sulla crescita dei grani. Pertanto, la modellazione del meccanismo di Zener è utile ai progettisti e agli ingegneri delle leghe che cercano di controllare la dimensione dei grani e, di conseguenza, le proprietà finali del pezzo.
IL CONTRIBUTO DI DIGIMU®
Il pinning delle particelle viene spesso modellato stimando una pressione di pinning equivalente, o un parametro di trascinamento che contrasta le altre forze motrici, la capillarità e la migrazione del bordo grano indotta dalla deformazione.
Tuttavia, DIGIMU® modella questo fenomeno direttamente inserendo la popolazione reale di particelle di seconde fasi nel materiale policristallino e utilizzando solo l'effetto di capillarità del modello standard di migrazione dei bordi grano. Non sono necessari parametri supplementari e il modello è più vicino alla realtà. L'evoluzione dei grani sarà valida non solo alla fine del processo (dimensione finale dei grani allo stato stazionario), ma anche durante la fase transitoria all'inizio del trattamento termico.
PUNTI FORTI PER I PROGETTISTI DI LEGHE: MODELLAZIONE MULTISCALA E SPERIMENTAZIONE DIGITALE
Con DIGIMU® è possibile generare facilmente materiali policristallini con diverse distribuzioni di particelle di seconde fasi (raggi, frazioni) ed eseguire sperimentazioni digitali per prevedere la dimensione finale dei grani. La sostituzione della maggior parte della progettazione delle sperimentazioni (DOE) con la simulazione digitale aumenterà drasticamente il rapporto “precisione/costo” dello studio.
Successivamente, è possibile dedurre facilmente modelli fenomenologici di campo medio ed alimentarli con parametri perfettamente adattati alla lega. Questi modelli di campo medio possono essere ulteriormente utilizzati per ottimizzare le proprietà della lega e le modalità di lavorazione.
ESEMPIO: TRATTAMENTO TERMICO DI UN ACCIAIO RINFORZATO CON DISPERSIONE DI OSSIDO
- Acciaio ferritico + nanoparticelle Y2Ti2O7 (ossidi)
- Struttura iniziale laminata (grani allungati e incruditi)
- Distribuzione dimensionale eterogenea delle particelle
ANALISI DEI RISULTATI
- Descrizione precisa dei bordi dei grani grazie a metodi level-set accoppiati con remeshing anisotropico adattivo completamente automatizzato
- L'effetto delle particelle di seconde fasi è dovuto esclusivamente alla loro geometria e non viene aggiunto alcun altro parametro
- Ottima corrispondenza tra i risultati della simulazione e della sperimentazione
Controllo della dimensione dei grani durante il trattamento termico di un acciaio rinforzato con dispersione di ossidi, previa deformazione. (F. Villaret, B. Hary, Y. de Carlan, T. Baudin, R. Logé, M. Bernacki)
Evoluzione del diametro medio equivalente dei grani
Previsione estremamente precisa del diametro medio dei grani alla fine del trattamento termico
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DI DIGIMU®
- Previsione accurata dell'effetto Zener pinning sulla migrazione dei bordi dei grani, sia per la fase transitoria che per la dimensione finale dei grani
- Non è necessario utilizzare parametri supplementari, poiché basta descrivere la popolazione di particelle di seconde fasi
- L'utilizzo di sperimentazioni digitali aumenta drasticamente il rapporto precisione/costo del DOE
- Perfettamente adatto all'ottimizzazione dei progetti di leghe e dei processi di trattamento termico
