Computational modeling to plasticity of engineering material
- Reference number
- SM22-0041
- Project leader
- Li, Xiaoqing
- Start and end dates
- 230101-241231
- Amount granted
- 956 823 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The traditional approach to develop new alloys in terms of accessible parameters implies laborious and expensive trial and error works. My theoretical approach to design the mechanical properties of alloys builds on calculated materials parameters, permits insight into deformation processes, and reveals various phenomena without ambiguity. My recent advances in atomistic modeling of such materials parameters and expertise with the multi-physics simulation tool DAMASK offers unique opportunities for predicting industrially relevant mechanical properties. The ability to harness the power of combining DAMASK and atomistic modeling for industrial product development is an emerging technology that we want to explore in this project. I will present and implement my theoretical developments to scientists and engineers at Alleima AB. Long-standing questions related to crystal plasticity in steels are the main focus of the research visit. My activities will begin with a demonstration stage via seminars and tutorials followed by joint verification efforts and applications. The theoretical predictions will be contrasted with observations for real materials. This program is expected to result in an enhanced academic and practical knowledge of the factors controlling the plastic behavior of steel materials, which will accelerate the development of new steel grades adapted best to the application needs.
Popular science description
Alla material består av ett enormt antal atomkärnor och elektroner. Atomkärnor och elektroner interagerar med varandra på ett mycket komplext sätt via så kallade Coulombkrafter. Man kan säga att rörelsen av elektronerna håller atomerna samman som ett klister. Ofta arrangerar sig atomkärnorna på ett enkelt och regelbundet mönster som kallas gitter. Idag finns det approximativa metoder baserade på täthetsfunktionalteori (Nobelpriset i kemi 1998) som är tillräckligt noggranna för att beskriva växelverkan mellan atomkärnor och elektroner, och således materialets egenskaper. De fundamentala ekvationerna som är centrala för täthetsfunktionalteorin löses med hjälp av kraftfulla datorer. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom vår metodutveckling är nu alla nödvändiga parametrar för att beskriva plastiska beteende hos komplexa legeringar tillgängliga. Således öppnar det dörren för att simulera industriellt relevanta mekaniska egenskaper i en komplex legering med hjälp av ett multifysiksimuleringsverktyg. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom energi, fysik, miljöteknologi och kemi. De nyligen introducerade TWIP-stålen kombinerar hög hållfasthet med extremt hög formbarhet. I många avseenden överträffar TWIP-stål de Transformation Induced Plasticity (TRIP) stålen, som har funnits på marknaden i flera år. TWIP-legeringarna är potentiella kandidater för strukturella tillämpningar, till exempel som bilkaross och ram, eftersom de kan absorbera större mängder energi samtidigt som de behåller sin stabilitet och styrka. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom Alleima AB utveckla nya TWIP-stål med hög hållfasthet och extremt hög formbarhet. Detta är baserat på att förutsäga och förstå mekanismer för plasticitet i TWIP-stålen. Projektet omfattar demonstrations, verifierings, och tillämpningsstegen.