Summary
Bu protokol, sıcak damgalama koşullar altında tabaka metal şekillendirme sınırı şeması (FLD) belirlemek amacıyla, tek eksenli çekme test cihazı bir ısıtma direnci üzerinde kullanılan yeni bir iki eksenli bir test sistemi önermektedir.
Abstract
sıcak damgalama ve soğuk kalıp su verme işlemi, saçların metallerin kompleks biçimli yapısal bileşenlerini oluşturmak için kullanılır. bu düzlem Çıkış ve düzlem testleri gibi geleneksel deney yaklaşımlar, ısıtma ve hızlı soğutma işlemleri, sıcak damgalama koşulları altında yürütülen testler için şekillendirme işleminden önce zaman sınırlarını oluşturan belirlenmesi için geçerli değildir. Bir yeni düzlem çift eksenli bir test sistemi tasarlanmış ve tek eksenli test makinesi bir ısıtma direnci prosesleri ısıtma ve soğutma sonrasında çeşitli gerilme yolları, sıcaklıklar ve gerilme oranlarında sacları sınırlarını oluşturan belirlenmesi için kullanılmıştır. çift eksenli test sisteminin temel kısmı bir çift eksenli kuvvetine tek eksenli test makinesi tarafından temin edilen bir tek eksenli bir kuvvet aktaran bir çift eksenli düzenek vardır. Haç biçiminde örnek bir tipi tasarlanmış ve önerilen iki eksenli test sistemi kullanılarak alüminyum alaşım 6082 şekillenebilirliği testi için doğrulanmıştır. dijital imyüksek hızlı kamera ile yaş korelasyon (DIC) sistemi deformasyon sırasında numunenin gerilme ölçümleri yapmak için kullanıldı. Bu çift eksenli bir test sistemi teklif amacı sıcak damgalama koşullar altında çeşitli sıcaklıklarda ve gerilme oranlarında belirlenecek bir alaşımın oluşturan sınırları sağlamaktır.
Introduction
Otomotiv endüstrisi, yakıt tüketimini azaltan ve araç kaynaklı çevre kirliliğini minimize büyük bir küresel karşı karşıya. Kilo kaybı otomobil performansının geliştirilmesi için faydalıdır ve direkt olarak enerji tüketimini 1 azaltabilir. Nedeniyle, oda sıcaklığında, sıcak damgalama ve soğuk kalıp soğutma süreçleri sacları düşük şekillenebilirlik için 2 alaşımların şekillendirilebilirliğini artırmak için kullanılan ve bu nedenle, otomotiv uygulamalarında karmaşık şekilli bileşenlerin elde edilmesi için (sıcak presleme anılacaktır).
Bir şekillendirme sınır diyagramı (FLD) bir alaşım 3 şekillendirilebilirliğini değerlendirmek için yararlı bir araçtır. Örneğin Nakazima testi gibi İşlemleri düzlem testleri, 4, örneğin Marciniak testi 6, 7, 8, bir şekilde 5 ve düzlem testleri,Geleneksel deneysel yöntemler yeniden çeşitli koşullar 9, 10, 11 altında tabaka metallerin FLDs elde edildi. Bir servo-hidrolik test makinesi çift eksenli da oda sıcaklığında 12, 13 de alaşımlar şekillendirilebilirliğini araştırmak için kullanılmıştır.
Bununla birlikte, yukarıda yöntemlerden hiçbiri önceki ısıtma ve soğutma oranlarının kontrolü ile birlikte gerekli olan oluşturulması için bir soğutma işlemi için, sıcak damgalama koşulları altında şekillendirilebilirlik testleri için de geçerlidir. deformasyon sıcaklık ve çekme oranının doğru elde etmek zordur. Bu nedenle, yeni bir şekillenebilirlik test sistemi deneysel sıcak damgalama koşullar altında tabaka metal şekillendirme sınırlarını belirlemek için bu çalışmada önerilmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Numunelerin hazırlanması 1.
- Makine düz köpek kemiği ve bir lazer kesici ve tek eksenli, düzlem şekil dahil olmak üzere farklı gerilme yolları ile şekillendirilebilme testleri için bir bilgisayarlı sayısal denetim (CNC) freze (kullanarak, ticari malzemesi alüminyum alaşım 6082 (AA6082) den haç numuneler ve eş-eksenli germe devletler).
- Merkez ayar bölgesi bir Vernier kaliperi ile üç kez her haç numune ve her bir köpek kemiği numune kalınlığının ölçülmesi ve ortalama değerler hesaplanır. haç biçiminde bir numune içinde ölçer bölümün kalınlığı 0.7 ± 0.05 mm olduğundan emin olun ve tek eksenli numunesinin kalınlığı 1.5 ± 0.1 mm'dir.
- (1.093 ° C'ye kadar olan sıcaklıklara dayanabilen) aleve dayanıklı siyah boya spreyi ile, haç biçiminde bir numunenin tüm üst yüzeyi sprey boya. Boya kuruyana kadar bekleyin ve ardından bir stokastik oluşturmak için kol uzunluğu aleve dayanıklı, beyaz boya noktalar püskürtmedesen püskürtme DIC sistemi tarafından kabul edilmesi için (Şekil 1 'de örnek).
- Kaynak arka yüzeyinin merkezine termokupl, bir çift (karşı boyalı yüzeye) numunenin. izlemek ve sıcaklık değişimi geçmişini kontrol etmek tek eksenli deneyi makinesinin geri besleme sıcaklığı kontrol sistemine termokupl diğer ucunu bağlayın.
Çift eksenli Test Düzeneği 2. Montaj
- Bir taban levhası, bir merkezi şaft, giriş ve çıkış döner levha, arabalar, bir kelepçe, kılavuz raylar ve rijit bağlantı çubukları (birleştirilmiş cihaz, Şekil 2'de gösterilmiştir) da dahil olmak üzere, çift eksenli test cihazının bütün parçalarını bir araya getirin.
- tek eksenli çekme kuvveti sağlar tek eksenli çekme test cihazı, bir ısıtma direnci hareketli çene giriş döner levha ile doğrudan bir bağlantı çubuğu, çift kullanılması. Çift merkezi tahrik miline giriş dönebilen plakası veçift çıkış dönebilen plakaya bu merkezi tahrik mili.
- dönme ekseni etrafında giriş döner levhanın dönme ve böylece bu da dönme ekseni etrafında bağlı olduğu bir çıkış döner plaka, döner tahrik milini emin olun.
- Bir ucunda, çift çıkış döner plaka üzerindeki bağlantı noktalarından birine esnemez bağlantı çubuklarının her biri. Çift arabaları birine diğer ucunu.
NOT: Bu ileri geri haç numune için çift eksenli kuvvet uygulayabilir düşük sürtünme ile kılavuz raylar boyunca kaymaya numune sahipleri ile arabaları neden olacaktır. - vida cıvataları kullanarak, numune tutucu ve bir üst plakası olan bir taşıyıcıya haç numunenin her bir kolu kelepçe.
- Şekil 3'te gösterildiği gibi, tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde çeneler ayarlayın (a). paslanmaz çelik, bakır, respe yapılır kulpları her bir çifti, dört kaynak kablolarınıctively ve böylece elektrik güç kaynağına kaynak kabloları bağlanır.
NOT: Kaynak kablolarının iletken alanı 50 mm2 ve geçerli değerlendirme 345 A.- Kulpları ve tek eksenli çekme testi makinesinin iki çene içine iki eksenli test cihazının kıskacı koyun ve içinde sıkın (Şekil 3 (a)).
- Şekil 3'te gösterildiği gibi, tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde çift eksenli test cihazı ayarlama, (b).
- iki çerçeve kullanımı ve üst saplama cıvata ve taban levhasının alt kenarları tek eksenli çekme testi makinesinin haznesinde aparatı düzeltmek için.
- çift eksenli test cihazının üst numune tutucu içine örnek koyun.
- numunenin her bir sıkıştırma bölgesine kaynak kablolarının her bir uç bağlayın.
Isıtma ve su verme Sisteminin 3. Kur
- Sıkıca kodirenç ısıtması için elektrot olarak hizmet paslanmaz çelik üst levha, numunenin her birini kavramak bölgesini nnect.
- Her bir sıkma aksamının bölgenin üst plakaya klips halkası terminalleri ile kaynak kabloları sıkıştırın.
- Bağlantı 8000 kg / soğutma için 2 basıncı ayarlı bir hava kaynağı ile yüksek akım söndürme sistemi hortum memeleri şevli.
- Numunenin merkezi bölgesine numunenin kollarından hava üflemek için dört supabı kullanın.
Not: memeler kameranın görüş ile ilgili merkezi bölge engelleyen soğutma ölçer bölümü üzerine yönelik değildir.
DIC Sisteminin 4. Kur
- Bir bilgisayara bir mikro lens ile DIC sisteminin yüksek hızlı kamera bağlayın. 25 kare, 50 kare, ve (0.01 / s, 0.1 / s ve 1 / sn, sırasıyla germe gerilme oranlarında testler için), çerçeve oranlarının menüden 500 fps kameranın kare hızı ayarlayın. tüm i kararlarını Set1.280 x 1.024 piksele büyücü.
NOT: kare hızları veri noktaları toplanacak sayısına bağlıdır; en az 200 veri noktaları yukarıdaki ayarlar kullanılarak toplanabilir. - Yüksek gerilme oranlarında testler için 300 W gücündeki ek spot kullanın. şirketinden tek eksenli çekme testi makinesinin haznesi de spot etmektedir.
- o odasında numunenin üst yüzeyine paralel olacak şekilde kamera lensini ayarlayın ve gösterge bölümünde kamerayı odaklanır.
5. Deneysel Programı
- Kontrol yazılımı üçgen çalıştırma butonuna tıklayarak tek eksenli çekme testi makinesi dirençli ısıtma çalıştırın.
Not: Elektrik AA6082 malzeme boyunca çalışır ve 30 ° C / s arasında bir ısıtma hızında 535 ° C'de 14 çözeltisi ısıl işlem sıcaklığına kadar ısıtır. Malzeme çökeltilerin tam çözünürlük için yeterlidir 1 dakika süreyle, 535 ° C 'de ıslatılır. Air, söndürme sistemi üfleme 370-510 ° C arasında 100 ° C / s 15 3 bir için belirtilen yüksek sıcaklıklarda bir soğutma oranında malzemeyi gidermek için kullanılır. - 0.01-1 / s aralığı içinde bir sabit gerilme hızında çift eksenli test cihazları ile numune Stretch ve el ile yüksek hızlı kameraya bağlı tetikleme düğmesine basarak deformasyon kaydet.
Not: iki test cihazının için tek eksenli test makinesi giriş yerinden tek eksenli test makinesi yerleşik yazılım ile kontrol edilmiştir. - Çift eksenli test cihazının konfigürasyonunu ilaveten ayarlamak suretiyle, farklı tek eksenli oluşan gerilme yolları, düzlem soyu, ve çift eksenli germe durumları 3 de testleri.
- tek eksenli testler için iki karşıt bağlantı çubuklarını ayırın. çift eksenli test düzeneğinin bir köpek kemiği numune Kelepçe ve adımları 3.1-3 gibi, kaynak kablolarına bağlamak.4. tekrarlayın 5.1-5.2 adımları tekrarlayın.
- düzlem şekil durum altında test edilmesi için, karşılık gelen bir yönde deformasyonu sınırlamak için vidalı cıvata ile taban plakasına iki zıt arabaları sabitleyin. çift eksenli test cihazında, haç biçiminde bir numune Kelepçe ve adımları 3.1-3.4 gibi, kaynak kablolarına bağlamak. Tekrarlayın 5.1-5.2 adımları tekrarlayın.
- Tekrarlayın yeni köpek kemiği ve haç örnekler kullanılarak, her bir test durumu için üç kez 5.3.1-5.3.2 adımları tekrarlayın.
6. Veri İşleme
- post-processing yazılımına yüksek hızlı kamera tarafından kaydedilen tüm görüntüleri aktarın ve yazılım kılavuzuna göre veri analizi için standart adımları izleyin.
- Yazılımda FLC Modu düğmesine tıklayarak oluşturan sınırlarını belirlemek için ISO standardı 3 kullanın.
NOT: Bu yöntem zaten görüntü korelasyon işleme yazılımı entegre edilmiştir. - Çeşitli sıcaklıkta şekillendirme sınırlarının her sonucu işaretleyinbir diyagram s, gerilme oranları ve şekil değiştirme yolları.
- sıcak damgalama koşulları altında bir alaşımdan seçilen bir FLD elde etmek üzere tüm test koşullarında oluşturan sınır eğrileri çizilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
FLDs yüksek gerilme yolu bağımlı olduğu için, her bir test koşulu için soy yolu doğrusallığı DIC sonuçları analiz ile doğrulanmıştır; gerinim eğrileri her deney koşulu için deformasyon boyunca orantılıdır. önemsizden büyük gerilme oranı aralığı (çift eksenli durumda yakın) 0.26, yaklaşık -0.37 (tek eksenli durum) 'dir. Farklı AA6082 koşulları için veri işleme farklı suş yolları için sınır verileri oluşturulmasıyla belirlenmiştir ve dolayısıyla, sıcak damgalama koşullarında AA6082 için FLDs eğri elde edildi. Şekil 3'te, şekil verme sınır verileri ısıtma ve soğutma işlemlerinden sonra, çeşitli sıcaklıklarda, gerilme oranları ve gerilme yolları elde edilmiştir. monte kesik çizgiler bu alaşım, AA6082 şekillendirilebilirliğini göstermektedir. Bir şekillendirme sınır eğrisi başarısızlığa yol homojen deformasyon ve plastik instabilite ya da yaygın daraltma, başlangıcı arasındaki sınırı belirler. Eğri üzerinde bölge olası arızaları temsil eder ve eğri altında kalan bölge düzgün deformasyon karşılık gelen test koşullarında meydana gelen bir emniyet bölgesi olarak kabul edilir. Daha yüksek bir FLC şekli aynı kaldığı takdirde malzemenin daha iyi şekillendirilebilirliğe sahip olduğunu göstermektedir.
düzlem-roman çift eksenli germe test sistemi kullanılarak şekillendirilebilirlik testleri ısıtma ve soğutma işlemlerinden sonra belirlenen deformasyon sıcaklıkları ve gerilme oranları gerçekleştirilmiştir. Bu bulunmuştur, bu durumun 1 / s'ye 0.01 / s belirlenmiş şekil değiştirme hızı soy hızı artar, AA6082 artar oluşturan sınırı. Biçimlendirme sınırı, Şekil 4'te gösterildiği gibi, 0.01 / s ile 1 'den / s, 1 / sn 0.1 / s'den daha büyük bir artış vardır, (a).
Şekil 4 (b) 'de 510 ° C ila 370 ° C arasında oluşturucu limit tekdüze bir artış vardır. Bu işaret değerleries AA6082 bu yüksek şekil alabilme sıcak damgalama koşulları altında yüksek bir sıcaklıkta elde edilebilir. Üç oluşturan sınır eğrileri sıcaklık bağımlılığı duyarlılığı gerilim sıkıştırma gerilmesine yolları için daha fazla gerilim-gerginlik çift eksenli gerilme yolları için daha büyük olduğu anlamına gelir FLD, sol tarafında birbirine oldukça yakın bulunmaktadır.
Şekil 1: İki önce, haç biçiminde bir numune içinde bir stokastik modeline bir örnek olarak uzanan, (a) ve çift eksenli germe sonrası, (b). Siyah zemin üzerine beyaz nokta ile desen testleri sırasında yüksek hızlı kamera tarafından yakalanır. Boyut ve bir desen içindeki beneklerin yoğunluğu DIC analizi 15 standart şartlarına tabi tutulur. Büyük görmek için buraya tıklayınBu rakamın r sürümü.
Şekil 2: monte edilmiş çift eksenli test cihazı. bu cihaz bir taban plakası, bir merkezi bir şaft, döner plakalar, vagon kılavuz raylar ve bağlantı çubukları içerir. Bu tek eksenli test makinesi ısıtma direncinin bir göze monte edilir. Ana bileşenler Şekilde işaretlendi. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 3: kulplar Kurulum ve tek eksenli test makinesi haznesinde çift eksenli test cihazı. (A) kavrar ve kelepçe. (B) çift eksenli test cihazları ve memelerHava soğutma. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 4: (a) farklı gerilme oranları ve en AA6082 ve FLDs, (b), sıcak damgalama koşullarında farklı sıcaklıklarda. semboller farklı koşullar altında oluşturan sınırlar sonuçlarıdır. Kesikli çizgiler polinom yerleştirmesine algoritma üzerinden elde edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
sınırlarını oluşturan belirlemek için kullanılan geleneksel şekillendirilebilirlik test yöntemleri genellikle sadece oda sıcaklığında uygulanabilir. sunulan teknik tek eksenli test makinesi bir ısıtma direnci için yeni bir iki eksenli test cihazı sokulmasıyla sıcak levha presleme uygulamaları için metallerin şekillendirilebilirliğini değerlendirmek için de kullanılabilir. Bu sıcak baskı uygulamaları için geleneksel yöntemler kullanılarak yapılamaz. Isıtma ve soğutma sistemleri ve DIC sisteminin kurulumu örnekleri gerilme deformasyonu geçmiş kayıt böylece bir numunenin ısı dağılımının homojenliğini kontrol etmek ve kritik öneme sahiptir.
Bu teknikte, ısıtma ve soğutma oranlarının gövde kompleks oluşturucu işlem uygulamaları için tek eksenli çekme testi makinesi tarafından kontrol edilebilir. İki eksenli bir mekanizma, geleneksel çift eksenli testlere kıyasla maliyet ve iki eksenli çekme testi karmaşıklığını azaltır nispeten basit bir konfigürasyona sahipmekanizmaları. Bununla birlikte, direnç ısıtılarak yapılan sıcaklık alanları bu test sistemi tasarımı numune etkilenir ve bir numune üzerinde sıcaklık değişimleri kaçınılamaz. Hiçbir mevcut standart numune tasarımı çift eksenli test türü için kullanılabilir.
Özetle, bu sıcak baskı koşulları altında alaşımların bir FLD elde edildi ilk kez. belirlenen aralıklar içinde yüksek şekillendirme hızları ve yüksek sıcaklıklar sıcak damgalama koşulları altında AA6082 şekillendirme sınırları arttırmak için yararlıdır. Bu yeni teknik karmaşık test koşullarında tabaka metal şekillendirme sınırlarını belirlemek için kullanılabilir. Elde edilen deneysel sonuçlar, termo-mekanik davranış ve bir alaşımdan şekillendirilebilirliğini tahmin eden bir madde modeli geliştirmek için kullanılabilir. cihaz mekanizması gelecekte doğrusal olmayan gerilme yolları tabi şekillendirilebilirlik testleri yapmak için modifiye edilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminium Alloy | Smiths Metal | 6082 | Specimens machining |
| Laser cutter | LVD Ltd | HELIUS 25/13 | Laser cutting specimens |
| CNC machine | HAAS Automation | TM-2CE | Machine specimens by milling |
| Vernier caliper | Mitutoyo | 575-481 | Thickness measurement |
| Resistance heating uniaxial testing machine | Dynamic System Inc | Gleeble 3800 | Thermo-mechanical materials simulator |
| High flow quench system | Dynamic System Inc | 38510 | For air cooling |
| Thermocouples | Dynamic System Inc | K type | |
| Nozzles | Indexa | Nozzle flared 1/4 inch bore | |
| Welding cables | LAPP Group | H01N2-D | |
| High-speed camera | Photron | UX50 | For DIC testing |
| Camera lens | Nikon | Micro 200mm | |
| Lamp | Liliput | 150ce | 300 W |
| Laptop | HP | Campaq 2530p | For images recording |
| Biaxial testing apparatus | Manufactured independently | All parts were designed and machinced by authors for biaxial testing | |
| Steel | West Yorkshire Steel | H13 | Mateials of the biaxial testing apparatus |
| Image correlation processing software | GOM | ARAMIS | Non-contact measuring system and data post-pocessing |
References
- Karbasian, H., Tekkaya, A. E. A review on hot stamping. J. of Mater. Process. Tech. 210 (15), 2103-2118 (2010).
- Miller, W. S., et al. Recent development in aluminium alloys for the automotive industry. Mater. Sci. and Eng. 280 (1), 37-49 (2000).
- Shao, Z., Li, N., Lin, J., Dean, T. A. Development of a New Biaxial Testing System for Generating Forming Limit Diagrams for Sheet Metals Under Hot Stamping Conditions. Exp. Mech. 56 (9), 1-12 (2016).
- Ayres, R. A., Wenner, M. L. Strain and strain-rate hardening effects in punch stretching of 5182-0 aluminum at elevated temperatures. Metall. Trans. A. 10 (1), 41-46 (1979).
- Shao, Z., et al. Experimental investigation of forming limit curves and deformation features in warm forming of an aluminium alloy. P. I. Mech. Eng. B-J. Eng. , (2016).
- Marciniak, Z., Kuczynski, K. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. Int. J. Mech. Sci. 9 (9), 609-620 (1967).
- Li, D., Ghosh, A. K., et al. Biaxial warm forming behavior of aluminum sheet alloys. J. of Mater. Process. Tech. 145 (3), 281-293 (2004).
- Palumbo, G., Sorgente, D., Tricarico, L. The design of a formability test in warm conditions for an AZ31 magnesium alloy avoiding friction and strain rate effects. Int. J. Mach. Tool. Manu. 48 (14), 1535-1545 (2008).
- Raghavan, K. S. A simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications. Metall. Mater. Trans. A. 26 (8), 2075-2084 (1995).
- Ragab, A. R., Baudelet, B. Forming limit curves: out-of-plane and in-plane stretching. J. Mech. Work. Technol. 6 (4), 267-276 (1982).
- Fan, X. -b, He, Z. -b, Zhou, W. -x, Yuan, S. -j Formability and strengthening mechanism of solution treated Al-Mg-Si alloy sheet under hot stamping conditions. J. of Mater. Process. Tech. 228, 179-185 (2016).
- Zidane, I., Guines, D., Léotoing, L., Ragneau, E. Development of an in-plane biaxial test for forming limit curve (FLC) characterization of metallic sheets. Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055701 (2010).
- Hannon, A., Tiernan, P. A review of planar biaxial tensile test systems for sheet metal. J. of Mater. Process. Tech. 198 (1-3), 1-13 (2008).
- Garrett, R., Lin, J., Dean, T. An investigation of the effects of solution heat treatment on mechanical properties for AA 6xxx alloys: experimentation and modelling. Int. J. Plasticity. 21 (8), 1640-1657 (2005).
- Milkereit, B., Wanderka, N., Schick, C., Kessler, O. Continuous cooling precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys. Mater. Sci. Eng. A. 550, 87-96 (2012).
- Crammond, G., Boyd, S. W., Dulieu-Barton, J. M. Speckle pattern quality assessment for digital image correlation. Opt. Laser. Eng. 51 (12), 1368-1378 (2013).
