بررسی رفتار ترمومکانیکی، استخراج مدل آرنیوسی و نقشه فرایندی ورق آلیاژ Al-7.5Mg

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

2 گروه مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: تعیین معادلات ساختاری توصیف کننده تنش سیلان مواد، بررسی ریزساختار و تهیه نقشه فرایندی، جهت طراحی و بهینه‌سازی در شکل‌دهی فلزات ضروری است. هدف در این مقاله، دست‌یابی به یک رابطه میان تنش، کرنش، دما و نرخ کرنش برای آلیاژ Al-7.5Mg جهت استفاده از آن در فرایند شکل‌دهی می‌باشد.  
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، از نمودار‌های تنش- کرنش در چهار دما و سه نرخ کرنش و حذف اصطکاک با روش‌های تجربی و محاسباتی، استفاده شد. مقدار انرژی فعال‌سازی تغییر شکل داغ در مدل آرنیوسی محاسبه گردید. نقشه فرایندی جهت برقراری ارتباط میان تنش، دما و نرخ کرنش، در کرنش 0/6 ترسیم و منطقه ناپایداری در دما و نرخ کرنش مشخص، تعیین شد. جهت مطالعه ریزساختار آلیاژ نیز از عملیات متالوگرافی استفاده گردید.
یافته‌ها: با افزایش میزان کرنش، مقدار انرژی فعال‌سازی تغییر شکل داغ در مدل آرنیوسی افزایش یافت. همچنین، کاهش دما و افزایش نرخ کرنش منجر به صعودی‌شدن پارامتر زنر- هولمن گردید. نقشه فرایندی ترسیم‌شده نشان داد که با افزایش دما و کاهش نرخ کرنش، منطقه ناپایداری گسترش می‌یابد. نتایج آزمون متالوگرافی نشان داد که به دلیل محتوای بالای منیزیم در این آلیاژ، تبلور مجدد دینامیکی در آن رخ داده است. 
نتیجه‌گیری: در این تحقیق، مدل آرنیوسی (به عنوان یک مدل پدیدار شناختی) با استفاده از آزمون فشار کرنش صفحه‌ای داغ بر روی ورق اکسترودی آلیاژ Al-7.5Mg به درستی استخراج گردید و رابطه میان تنش، دما، کرنش و نرخ کرنش به کمک معادلات ساختاری و مدل آرنیوسی حاصل شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study on Thermomechanical Behavior and Extraction of Arrhenius Model and Processing Map for Al-7.5Mg Sheets

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Bagheri 1
  • Javad Rasti 2
  • Hamid Reza Ghazvinloo 2
1 Department of Mechanical Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran
2 Department of Materials Science and Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: Determining the constitutive equations which describe the material flow stress, microstructural investigation, and preparing a processing map are essential for designing and optimizing metals forming. The aim of this paper is to obtain a relationship between stress, strain, temperature, and strain rate for Al-7.5Mg alloy in order to use it in the forming process.
Materials and Methods: In this study, stress-strain diagrams at four temperatures and three strain rates and friction elimination using experimental and computational methods were used. The activation energy value of hot deformation was calculated in the Arrhenius model. A processing map at strain 0.6 was drawn to establish the relationship between stress, temperature, and strain rate, and the instability region at a specific temperature and strain rate was determined. The metallography examination was performed to study the microstructure of the alloy.
Results: In the Arrhenius model, the activation energy value of hot deformation increased with increasing strain. As the temperature decreased and the strain rate increased, the Zener-Hollomon parameter also increased. The instability region increased with increasing temperature and decreasing strain rate. The metallography test results showed that dynamic recrystallization occurred due to the high magnesium content in this alloy.
Conclusion: In this paper, the Arrhenius model (as a phenomenological model) was correctly extracted using a hot plane strain test on an extruded plate of Al-7.5Mg alloy, and a relationship between stress, temperature, strain, and strain rate was obtained using the constitutive equations and the Arrhenius model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Constitutive equation
  • Processing map
  • Al-7.5Mg
  • Hot plane strain compression test
  • Microstructure

مراجع

  1. He J, Zhang D, Zhang W, Qiu C, Zhang W. Constitutive Equation and Hot Compression Deformation Behavior of Homogenized Al–7.5Zn–1.5Mg–0.2Cu–0.2Zr Alloy. Materials. 2017;10(10): 1193. https://doi.org/3390/ma10101193
  2. Maizza G, Pero R, Richetta M, et al. Continuous dynamic recrystallization (CDRX) model for aluminum alloys. J Mater Sci. 2018;53:4563–4573. https://doi.org/1007/s10853-017-1845-4
  3. Narayana Murty SVS, Sarkar A, Ramesh Narayanan P. Development of Processing Map and Constitutive Relationship for Thermomechanical Processing of Aluminum Alloy AA2014. Mater Perform and Charac. 2018;7(1):17–32. https://doi.org/1520/MPC20170056
  4. Ma Z, Hu F, Wang Z, Fu K, Wei Z, Wang J, Li W. Constitutive Equation and Hot Processing Map of Mg-16Al Magnesium Alloy Bars Materials. 2020;13(14): 3107. https://doi.org/3390/ma13143107
  5. Zhao H, Ye L, Cheng Q, Kang Y, Zhang W. Constitutive model and processing maps of 7055 aluminum alloy used for fasteners. Mater Today Communic. 2022;33:104996. https://doi.org/2139/ssrn.4243727
  6. Rudra A, Ashiq M, Tiwari JK, et al. Study of Processing Map and Effect of Hot Rolling on Mechanical Properties of Aluminum 5083 Alloy. Trans Indian Inst Met. 2020;73:1809–1826. https://doi.org/1007/s12666-020-02003-w
  7. Wei T, Wang Y, Tang Z, Xiao S. The constitutive modeling and processing map of homogenized Al-Mg-Si-Cu-Zn alloy. Mater Today Communic. 2021;27:102471. https://doi.org/1016/j.mtcomm.2021.102471
  8. Pu B, Song P, Li WB, Yao WJ, Wang XM. Plastic deformation behavior and constitutive modeling of Cu-50Ta alloy during hot compression. Mater Res Express. 2022;9:016517. https://doi.org/1088/2053-1591/ac49bd
  9. Shi H, McLaren AJ, Sellars CM, Shahani R, Bolingbroke R. Constitutive equations for high-temperature flow stress of aluminum alloys. Mater Sci Technol. 1997;13:210–216. https://doi.org/1179/mst.1997.13.3.210
  10. Guan SK, Wu LH, Wang LG. Flow stress and microstructure evolution of semi-continuous casting AZ70 Mg-alloy during hot compression deformation. Trans Nonferrous Met Soc China. 2008;18:315–320. https://doi.org/1016/S1003-6326(08)60055-2
  11. Chae D, Koss DA. Damage Accumulation and Failure of HY-100 Steel. Metall Mater Trans A. 2001;32: 2985–2994. https://doi.org/1007/s11661-001-0173-z
  12. Lin YC, Chen MS, Zhong J. Effect of temperature and strain rate on the compressive deformation behavior of 42CrMo steel. J Mater Process Technol. 2007;205:308–315. https://doi.org/1016/j.jmatprotec.2007.11.113
  13. Chermette C, Unruh K, Peshekhodov I, Chottin J, Balan T. A new analytical method for determination of the flow curve for high-strength sheet steels using the plane strain compression test. Int J Mater Form. 2020;13(2-3). https://doi.org/10.1007/s12289-019-01485-4
  14. Neag A, Hu Q, Balan T. Accurate plane strain compression test validation. IOP Conf Ser Mater Sci Eng. 2022;1238:012050. https://doi.org/1088/1757-899X/1238/1/012050
  15. Li H, Hu Z, Hua L, Sun Q. Influence of thermal deformation parameters on mechanical properties and microstructure evolution of AA7075 aluminum alloy during hot stamping-quenching process. JOM. 2019; 71:4778–4788. https://doi.org/1007/s11837-019-03846-5
  16. Canelo-Yubero D, Kovács Z, Fotso JTS, Tolnai D, Schell N. In-situ characterization of continuous dynamic recrystallization during hot torsion of an Al–Si–Mg alloy. J Alloy Compd. 2020;822:153282. https://doi.org/1016/j.jallcom.2019.153282
  17. Hosford WF, Caddell RM. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. New York, USA: Cambridge University Press; 1993.
  18. Mohebbi MS, Akbarzadeh A, Yoon YO, Kim SK. Flow stress analysis of ultrafine grained AA 1050 by plane strain compression test. Mater Sci Eng A. 2014;593:136-44. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.11.006
  19. McQueen HJ, Blum W. Dynamic recovery: sufficient mechanism in the hot deformation of Al. Mater Sci Eng A.2000;290(1-2):95-107. https://doi.org/1016/S0921-5093(00)00931-5

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 44، شماره 3
(شماره پیاپی 50)
مهر 1404
صفحه 115-134

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی