Экспериментальное исследование поведения алюминиевого сплава АА5083 при высокотемпературном растяжении под действием осциллирующей нагрузки

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13307 (2023) Цитировать эту статью

238 Доступов

Подробности о метриках

Поведение течения алюминиевого сплава АА5083 при температуре 450°С было исследовано в условиях квазистатического нагружения с наложенной осциллирующей нагрузкой и без нее. Образцы подвергались растягивающей нагрузке при постоянных скоростях деформации в диапазоне от 0,001 до 0,3 с\(^{-1}\. Приспособление было разработано для генерации необходимых синусоидальных колебаний и прикреплено к машине для испытания на растяжение MTS вместе с вторичным высокочувствительным датчиком нагрузки. Частоты налагаемых колебаний составляли от 5 до 100 Гц с амплитудой от 0,02 до 0,5-Н. Было замечено, что наложение колебаний влияет на деформационное поведение материала. Хотя предел текучести и предел прочности остаются относительно постоянными, общее удлинение при воздействии осциллирующей нагрузки увеличивается на 8–23%. Кроме того, были исследованы профили распределения толщины по расчетной длине растянутых образцов и отмечено, что при наличии колебаний распределение толщины происходит более равномерно. Был сделан вывод, что наличие наложенной осциллирующей нагрузки приведет к большей возможности деформации перед разрушением и отсрочит возникновение повреждения по сравнению с традиционным формованием. Это явление было дополнительно исследовано с использованием пользовательской подпрограммы для материалов, разработанной для решателя конечных элементов LS-DYNA для моделирования проводимых испытаний на растяжение при постоянной нагрузке.

Алюминий АА5083 — это нетермообрабатываемый алюминиевый сплав, обладающий превосходной способностью к холодной штамповке и способный достигать умеренного уровня сверхпластичности1. Этот сплав доступен по цене, обладает приемлемой устойчивостью к воздействию окружающей среды и хорошими механическими свойствами, что делает его идеальным для применения в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности2.

В связи с высоким спросом и развитием деталей и изделий в автомобильной и авиационной промышленности резко возросла потребность в легких деталях и улучшенных процессах формовки. Поэтому проводится множество исследований по улучшению легких алюминиевых сплавов, таких как АА5083, и различных процессов его формования. Говорят, что материал демонстрирует сверхпластическое поведение, когда он демонстрирует значительную пластическую деформацию (удлинение \(> 200%\)) при повышенной температуре без образования шейки перед разрушением3. Как механические свойства (удлинение, UTS, оптимальные температуры формовки, зависимость скорости деформации и т. д.), так и микроструктурные характеристики сверхпластичных алюминиевых сплавов были тщательно исследованы4,5,6,7,8,9,10. Для достижения сверхпластичности необходимы три основных аспекта: высокие температуры формовки (приблизительно половина температуры плавления материала), мелкий и стабильный размер зерна (менее 10 мкм), а также низкая и контролируемая температура. скорость деформации, обычно от 10\(^{-4}\) до 10\(^{-2}\) с\(^{-1}\). Было проведено множество исследований по оптимизации этих аспектов. Хоссейнипур провел тесты для получения оптимальных температур и скоростей деформации и пришел к выводу, что 450 \(^\circ \)C и скорости деформации 10\(^{-3}\) s\(^{-1}\) достигли оптимальных результатов11. Йогеша и др.12 сообщили об аналогичных сочетаниях требований к высокой температуре и низкой скорости деформации для сверхпластической деформации.

Особый интерес представляют опубликованные исследования, показавшие эффективность и результаты сверхпластической деформации листов AA508311,13. Сильные деформации, возникающие при сверхпластической формовке, в первую очередь достигаются за счет зернограничного скольжения (GBS). Кроме того, высокие уровни зернограничного скольжения сопровождаются дополнительным механизмом аккомодационной деформации, и традиционные модели GBS разделяются на две категории: GBS 14 с диффузионной аккомодацией и дислокационной аккомодацией. Несмотря на очень большие деформации, которые могут быть достигнуты, основным недостатком Широкое распространение сверхпластической формовки связано со значительным временем, необходимым для формирования промышленной детали, от двух до десяти минут15. Это ограничивает количество деталей, которые можно формовать, особенно в автомобильной промышленности, что значительно увеличивает стоимость детали.