Effects of the temperature and the strain rate on the plastic deformation instability in the model Al-Mg alloys

Patryk Pawlak

Abstract

Industrial and technological development in the twentieth century led to the emergence of new materials or alloys of materials already known, with better characteristics than their original counterparts. Without doubt the group of materials which are superior characteristics (higher strength and low density) than the pure element may include aluminum alloys. They have been used in the aerospace, automotive, construction and food industry. Much lower density of pure aluminum compared to steel makes this material as a potential substitute to reduce the weight of the element. However, the low mechanical properties (Re is 20- 40MPa and Rm is 70-120MPa) increasing dimensions of the design which in the current era of miniaturization is not a desirable effect. In order to improve the strength properties are used alloying elements such as zirconium, magnesium, silicon, titanium, zinc, vanadium, manganese, chromium and copper. Thanks to that the strength of aluminum alloys increases several times in comparison to pure Al. During formation of aluminum alloys, such as the deep rolling elements noted instability during deformation in plastic area. In laboratory tests, this effect is manifested during uniaxial tension test in the most aluminum alloys and revealed with power surges on the stress-strain curve. This phenomenon is called plastic deformation instability Portevin - Le Chatelier. This paper attempts to assess the impact of temperature, strain rate and magnesium in model aluminum-magnesium alloys (Al-1%wt. Mg and Al-3%wt. Mg) on Portevin Le Chaterlier effect in the static tensile test. The revealed results point out that the impact of temperature on the effect PLC is not directly proportional because it also depends on strain rate. For the stop Al3Mg PLC effect clearly decreases at 100oC at strain rates 10-3s-1 and at 50oC at 10-4s-1. However Al1Mg alloy exhibits a distinct weakness only at the lowest applied strain rate 10-4s-1 at 100oC. Research has indicated that increasing temperature and decreasing the speed will intensify the PLC effect first, and after crossing the critical value for a particular material weakening or complete disappearance
Diploma typeMaster of Science
Author Patryk Pawlak ZPM
Patryk Pawlak,,
- Division of Materials Design
Title in PolishWpływ temperatury oraz prędkości odkształcania na niestabilność odkształcenia plastycznego PLC w modelowych stopach Al-Mg
Supervisor Jarosław Mizera ZPM
Jarosław Mizera,,
- Division of Materials Design
Certifying unitFaculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Affiliation unitDivision of Materials Design (DMD)
Study subject / specializationInżynieria Materiałowa
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date27-11-2013
Issue date (year)2013
Internal identifierIM-D.001751
Reviewers Katarzyna Konopka ZMCP
Katarzyna Konopka,,
- Division of Ceramic Materials and Polymers
, Jerzy Latuch ZMKF
Jerzy Latuch,,
- Division of Construction and Functional Materials
Keywords in PolishODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNE, STOPY ALUMINIUM
Abstract in PolishRozwój przemysłowy i technologiczny w XX wieku spowodował pojawienie się nowych materiałów lub stopów materiałów już znanych, o lepszych właściwościach niż ich pierwotne odpowiedniki. Bez wątpienia wśród materiałów, które charakteryzują się lepszymi parametrami (wyższa wytrzymałość oraz mała gęstość) niż czyste pierwiastki można zaliczyć stopy aluminium. Znalazły one zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacji, budownictwie czy przemyśle spożywczym. Dużo mniejsza gęstość czystego aluminium w porównaniu do stali umożliwia zastosowanie tego materiału jako potencjalny zamiennik w celu zmniejszenia masy danego elementu. Jednakże niskie właściwości wytrzymałościowe (Re wynosi 20-40MPa, a Rm 70-120MPa) wymuszałoby zwiększanie wymiarów elementów konstrukcyjnych co w obecnej dobie miniaturyzacji nie jest efektem pożądanym. W celu polepszania właściwości wytrzymałościowych stosuje się dodatki stopowe takie jak: cyrkon, magnez, krzem, tytan, cynk, wanad, mangan, chrom oraz miedź. Dzięki temu wytrzymałość stopów aluminium wzrasta kilkukrotnie w porównaniu do czystego Al. Podczas kształtowania stopów aluminium, np. w trakcie głębokiego toczenia elementów zauważa się niestabilność w trakcie odkształcania w zakresie plastycznym. W próbach laboratoryjnych efekt ten objawia się w czasie próby jednoosiowego rozciągania większości stopów aluminium skokami siły na krzywej rozciągania. Zjawisko to nazywane jest niestabilnością odkształcenia plastycznego Portevin – Le Chatelier. W niniejszej pracy podjęto próbę oceny wpływu temperatury, prędkości odkształcania oraz zawartości magnezu na efekt Portevin Le Chatelier w modelowych stopach aluminium-magnez w statycznej próbie rozciągania. Otrzymane wyniki badań ujawniły, że wpływ temperatury na efekt PLC nie ma zależności wprost proporcjonalnej, ponieważ zależy dodatkowo od prędkości rozciągania. Dla stopu Al3Mg efekt PLC wyraźnie słabnie w 100oC przy prędkości odkształcania 10-3s-1 oraz w 50oC przy prędkości 10-4s-1. Natomiast stop Al1Mg wykazuje wyraźne osłabienie dopiero przy najmniejszej zastosowanej prędkości odkształcania 10-4s-1 w temperaturze 100oC. Przeprowadzone badania wskazują, że podnoszenie temperatury oraz zmniejszanie prędkości powoduje najpierw intensyfikację efektu PLC, a po przekroczeniu wartości krytycznych dla danego materiału jego osłabianie lub też całkowity zanik.
File
Praca magisterska Patryk Pawlak.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Praca magisterska Patryk Pawlak.pdf 12.78 MB


Back