アルミニウム合金AA5083の振動荷重による高温引張挙動に関する実験的研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13307 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

450 \(^\circ \)C におけるアルミニウム合金 AA5083 の流動挙動を、振動荷重を重畳した場合としない場合の準静的荷重条件下で調査しました。 サンプルは、0.001 ～ 0.3 s\(^{-1}\) の範囲の一定のひずみ速度で引張荷重下に置かれました。 必要な正弦波振動を生成するように治具が設計され、二次的な高感度ロードセルとともに MTS 引張試験機に取り付けられました。 課された振動の周波数は 5 ～ 100 Hz の範囲で、振幅は 0.02 ～ 0.5-N の範囲でした。 振動の付加が材料の変形挙動に影響を与えることが観察されました。 降伏と引張強さは比較的一定のままですが、振動荷重がかかると総伸びは 8 ～ 23% 高くなります。 さらに、引張試験片のゲージ長さに沿った厚さ分布プロファイルを調査したところ、振動が存在する場合には厚さ分布がより均一になることが観察されました。 重畳振動荷重の存在により、従来の成形と比較して破断前の変形能力が大きくなり、損傷の発生が遅れると結論付けられました。 この現象は、定荷重引張試験をシミュレートするために有限要素ソルバー LS-DYNA 用に開発されたユーザー定義の材料サブルーチンを利用してさらに調査されました。

アルミニウム AA5083 は、冷間成形性に優れ、中程度の超塑性レベルに達する非熱処理アルミニウム合金です1。 この合金は手頃な価格であり、適度な耐環境性と優れた機械的特性を備えているため、航空宇宙、船舶、自動車の用途に最適です2。

自動車産業や航空産業における部品や製品の高い需要と開発に伴い、軽量部品と改善された成形プロセスのニーズが大幅に増加しています。 そのため、AA5083 などの軽量アルミニウム合金とそのさまざまな成形プロセスの改良に多くの研究が行われています。 材料は、破壊に先立ってネッキングすることなく、高温で顕著な塑性変形 (伸び \(> 200\%\)) を示す場合、超塑性挙動を示すと言われます 3。 超塑性アルミニウム合金の機械的特性 (伸び、UTS、最適成形温度、ひずみ速度依存性など) と微細構造特性の両方が広範囲に研究されています 4、5、6、7、8、9、10。 超塑性を実現するには、主に 3 つの側面が必要です。高い成形温度 (材料の融点の約半分)、細かく安定した粒径 (10 \(\upmu \)m 未満)、そして低く制御された粒子サイズです。変形率。通常は 10\(^{-4}\) から 10\(^{-2}\) s\(^{-1}\) の間です。 これらの側面の最適化については多くの研究が行われ、ホセイニプールは最適な温度とひずみ速度を得るためにテストを実行し、450 \(^\circ \)C およびひずみ速度の大きさは 10\(^{-3}\) であると結論付けました。 s\(^{-1}\) は最適な結果を達成しました11。 Yogesha et al.12 は、超塑性変形するための高温と低ひずみ速度の同様の組み合わせを報告しました。

特に興味深いのは、発表された研究で、超塑性変形する AA5083 シートの有効性と結果が示されている 11,13 ということです。 超塑性成形で発生する激しい変形は、主に粒界滑り (GBS) によって実現されます。 さらに、高レベルの粒界滑りには追加の順応変形機構が伴い、従来の GBS モデルは拡散順応 GBS と転位順応 GBS 14 の 2 つのカテゴリに分類されます。非常に大きな変形が実現できるにもかかわらず、このモデルの主な欠点は、超塑性成形が広く使用されているため、工業用部品の成形には 2 分から 10 分というかなりの時間がかかります15。 これにより、特に自動車産業では形成できる部品の数が制限され、部品のコストが大幅に増加します。