Summary
이 프로토콜은 핫 스탬핑 조건 하에서 시트 금속의 성형 한계도 (FLD)를 결정하기 위해 단축 인장 시험 기계 저항 가열에 사용되는 신규 한 이축 테스트 시스템을 제안한다.
Abstract
핫 스탬핑 차가운 다이 담금질 처리가 점점 시트 금속 착체 형태의 구성 요소를 형성하는데 사용된다. 등의 면외 및 면내 테스트 같은 종래 실험 방법은, 가열과 급속 냉각 과정은 핫 스탬핑 조건 하에서 실시한 시험 형성 전에 도입 될 때 한계를 형성하는 결정에 적용 할 수 없다. 신규 면내 축 테스트 시스템 설계 및 축 시험기 가열 저항의 공정을 가열하고 냉각시킨 후 다양한 변형 경로, 온도 및 변형 속도에서, 시트 금속의 한계를 형성하는 결정에 사용 하였다. 이축 테스트 시스템의 핵심 부분은 축 강제 축 시험기에 의해 제공된 축 힘을 전달하는 장치 축성이다. 십자형 시편의 한 종류 설계 및 제안 축 테스트 시스템을 사용하여 알루미늄 합금 6082의 성형 성 시험에 대한 확인되었다. 디지털 메신저고속 카메라로 나이 상관 관계 (DIC) 시스템은 변형 동안 시편의 변형률 측정을 위해 사용되었다. 이 이축 테스트 시스템을 제안의 목적은 핫 스탬핑 조건 하에서 다양한 온도 및 변형 속도에서 결정되는 합금의 성형 한계를 가능하게하는 것이다.
Introduction
자동차 산업은 연료 소비를 감소시키고 자동차 배기 가스로부터 환경 오염을 최소화 거대한 글로벌 도전에 직면하고있다. 체중 감소는 자동차의 성능을 향상에 도움이됩니다 직접 에너지 소비 (1)을 줄일 수 있습니다. 실내의 온도, 핫 스탬핑 차가운 다이 담금질 과정에서, 시트 금속의 낮은 성형으로 2 합금의 성형 성을 향상시키기 위해 사용되며, 따라서 자동차 애플리케이션에서 복잡한 형상의 부품을 얻었다 (핫 스탬핑 함).
성형 한계도 (FLD)은 합금 (3)의 성형 성을 평가하기위한 유용한 도구이다. 예 Nakazima 테스트로서 아웃 오브 플레인 시험 4 등 Marciniak 실험 6, 7, 8, A와 5 및 면내 테스트종래의 실험 방법 재 다양한 조건 9, 10, 11를 따라 시트 금속의 FLDS을 얻었다. 서보 유압 축 시험기는 실온 (12, 13)에서의 합금의 성형 성을 조사하기 위해 사용되어왔다.
그러나, 상기 방법들 중 어느 것도 이전에 가열 및 냉각 속도의 제어에 따라 필요한 냉각 형성하는 공정 이후, 핫 스탬핑 성형 조건 하에서 시험을 적용하지 않는다. 변형 온도 및 변형 속도를 정확하게 얻기가 어렵다. 따라서, 신규 한 성형 테스트 시스템은 핫 스탬핑 실험적 조건에서 시트 금속의 성형 한계를 결정하기 위해 본 연구에서 제안된다.
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Protocol
1. 시험편의 제조
- 기계 평면 개 뼈 레이저 커터 축, 평면 변형 등 다양한 변형 경로에서의 성형 성 테스트를 위해 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 밀링 머신 (하여 상업적 소재 알루미늄 합금 6082 (AA6082)로부터 십자형 시험편과 동등 이축 응력 변형 상태).
- 중앙 영역에서 게이지 버니어 캘리퍼스로 3 회 각각 십자형 시험편 각 개 뼈 시편의 두께를 측정하여 평균값을 구한다. 십자형 시편의 게이지 부의 두께가 0.7 ± 0.05 mm 인 것을 확인하고 축성 시험편의 두께는 1.5 ± 0.1 mm된다.
- (1093 ° C의 온도를 견딜 수있는)은 난연 블랙 스프레이 페인트를 사용하여 십자형 시험편의 상면 전체를 스프레이 페인트. 페인트가 건조 될 때까지 기다린 다음 확률을 만들 팔 길이에서 불꽃 방지, 흰색 페인트 점 스프레이패턴을 분사하는 것은 DIC 시스템에 의해 인식되는 (도 1의 예를 참조).
- 용접이면의 중심부에 열전대 쌍 (대향하는 도장면에) 시편. 모니터링하고 온도 변화 이력을 제어 축 시험기 피드백 온도 제어 시스템에 열전대의 타 단부를 연결한다.
이축 시험 장치 2. 총회
- 베이스 플레이트는 중앙 축 입출력 회전 플레이트, 캐리지, 클램프, 가이드 레일 및 강성 연결봉 (조립 장치는,도 2에 도시 됨)를 포함하여 축 검사 장치의 모든 부품을 조립한다.
- 단일 축 인장력을 제공 일축 인장 시험기를 가열하는 저항의 가동 턱 입력 회전 접시 직접 연결로드, 커플 사용. 커플 중앙 구동축의 입력 회전 접시부부 출력 회전 플레이트이 중앙 구동축.
- 회전 축선 주위에 상기 입력 회전 플레이트의 회전함으로써이되는 회전 축선 주위에 결합되어있는 출력 회전 접시를 회전 구동 샤프트를 회전하는 것을 보장한다.
- 일단, 한 쌍의 출력 회전 플레이트의 접속점 중 하나 강성 연결봉 각. 커플 객차 중 하나에 다른 쪽 끝.
주 :이 앞뒤로 십자형 시편 축 힘을 적용 할 수있는 저 마찰 가이드 레일을 따라 슬라이딩 시편 홀더 캐리지를 일으킬 것이다. - 나사 볼트를 사용하여 표본 홀더 및 상판 캐리지에 십자형 시편의 각 아암 클램프.
- 도 3에 도시 한 바와 같이, 단축 인장 시험 기계의 챔버 그립 설정 (a). 스테인리스 스틸과 구리, respe 만들어진 그립의 각 쌍에 네 개의 용접 케이블을 연결합니다ctively, 따라서 전력 공급 용접 케이블을 연결한다.
주 : 용접 케이블의 도전 면적은 50mm 2 및 정격 전류 인 345 A.- 손잡이와 축성 인장 시험기의 죠에 두 축 검사 장치의 클램프에 넣고이를 내부 조 (도 3 (a)).
- 도 3에 도시 한 바와 같이, 단축 인장 시험 장치의 챔버 내에서 축 검사 장치 설정 (b).
- 두 개의 프레임을 사용하고, 상부에 나사 볼트 및 상기베이스 플레이트의 하부면은 단축 인장 시험 장치의 챔버 내에 장치를 고정.
- 이축 검사 장치의 상부에 시험편 홀더에 표본을 넣어.
- 시험편 각각 클램핑 영역 용접 케이블의 각 단자를 연결한다.
가열 및 급냉 시스템 3. 설정
- 긴밀하게 협력저항 가열 용 전극의 역할을 스테인리스 상판에 시험편 각각 클램핑 영역 nnect.
- 각각의 클램핑 영역의 상부 판에 압착 단자 링과 용접 케이블을 조인다.
- 연결 8,000 ㎏ / m 2 냉각 압력으로 조정 된 공기가 공급 높은 유동 급랭 시스템 호스 노즐 플레어.
- 시편의 중심 영역으로 시편의 팔에서 공기를 불어 네 개의 노즐을 사용합니다.
주 : 노즐 카메라의 뷰로부터 상기 중앙 영역을 막지 않도록 냉각 게이지 부 상으로 지향되지 않는다.
DIC 시스템 4. 설정
- 컴퓨터에 마이크로 렌즈와 DIC 시스템의 고속 카메라를 연결한다. 초당 25 프레임, 초당 50 프레임 및 (0.01 / 초, 0.1 / s 및 1 / s의 각각의 연신 응력 변형률 속도에서의 테스트를위한) 프레임 레이트의 메뉴에서 500 fps의 카메라의 프레임 레이트를 조정한다. 모든 I의 해상도를 설정1,280 × 1,024 픽셀 마법사.
참고 : 프레임 속도는 데이터 포인트를 수집 할의 수에 따라 달라집니다; 적어도 데이터 포인트 (200)는 상기 설정 값을 사용하여 회수 할 수있다. - 높은 변형 속도에서 테스트 300 W의 전력을 추가로 스포트라이트를 사용합니다. 직접 단축 인장 시험 기계의 챔버에서 주목을 가리 킵니다.
- 이 챔버에서 시료의 표면에 평행이되도록 카메라 렌즈를 조절하고 게이지 부에 카메라 초점.
5. 실험 프로그램
- 제어 소프트웨어에 삼각형 실행 버튼을 클릭하여 단축 인장 시험 기계를 가열 저항을 실행합니다.
주 : 전기는 AA6082 재료를 통해 실행하고, 30 ℃ / s의 가열 속도로 535 ° C (14)의 용 체화 처리 온도로 가열한다. 물질은 석출물의 최대 해상도에 충분한 1 분 동안 535 ℃에서 침지한다. 일체 포함R 급냉 시스템으로부터 불어는 370-510 ℃의 범위로 100 ℃ / s 15 (3) 중 하나에 지정 고온의 냉각 속도로 물질을 해소하기 위해 사용된다. - 0.01 / s의 범위의 일정한 변형 속도 이축 시험 장치와 시편 스트레치 수동 고속 카메라에 접속 된 트리거 버튼을 눌러 변형 이력을 기록한다.
주 : 이축 시험 장치 축성 시험기로부터의 입력 변위 일축 시험기의 내장 소프트웨어에 의해 제어되었다. - 이축 시험 장치의 구성을 조정함으로써, 다른 축으로 이루어진 변형 경로 평면 변형 및 이축 응력 변형 상태 (3)에서 테스트를 수행.
- 단축 시험에 대한 두 개의 반대 커넥팅로드를 분리합니다. 이축 시험 장치에 개 뼈 표본을 클램프 및 단계 3.1-3과 같이 용접 케이블에 연결합니다.4. 반복 5.1-5.2 단계를 반복합니다.
- 평면 변형 상태에서 테스트에 대한 대응하는 방향의 변형을 제한하는 스크류 볼트로베이스 플레이트에 대향하는 두 캐리지를 고정. 이축 시험 장치에 십자형 시편을 클램프 단계 3.1-3.4 같이 용접 케이블에 연결. 반복 5.1-5.2 단계를 반복합니다.
- 반복 새로운 개 뼈와 십자형 시편을 사용하여 각 시험 조건에 대해 세 번 5.3.1-5.3.2 단계를 반복합니다.
6. 데이터 처리
- 후 처리 소프트웨어에 고속 카메라에 의해 기록 된 이미지를 모두 가져오고 소프트웨어 설명서에 따른 데이터 분석을위한 표준 절차를 따른다.
- 소프트웨어의 FLC 모드 버튼을 클릭하여 성형 한계를 결정하기 위해 ISO 표준 3를 사용합니다.
참고 :이 방법은 이미 이미지 상관 관계 처리 소프트웨어에 통합되었습니다. - 다양한 온도에서의 성형 한계의 각 결과를 표시도면에서 S, 변형률과 변형률 경로.
- 핫 스탬핑 조건 합금의 FLD를 얻기 위해 모든 테스트 조건에서 성형 한계 곡선을 그린다.
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Representative Results
FLDS 높은 변형률 경로에 의존하기 때문에, 각각의 시험 조건의 변형 경로의 선형성은 DIC 결과를 분석하여 확인 하였다; 변형 경로는 각 시험 조건에서의 변형에 걸쳐 비례한다. 마이너 투 주요 스트레인 비율의 범위 (이축 조건에 가까운) 약 0.26 -0.37 (축성 조건)이다. 다른 AA6082 조건 데이터를 처리하는 다른 변형 경로에 대한 제한 정보를 형성함으로써 결정하고, 따라서, 핫 스탬핑 조건에서 AA6082 대한 FLDS는 커브 피팅을 통해 얻어졌다. 도 3에서, 성형 한계 데이터는 가열 및 냉각 처리 후 다양한 온도, 변형률과 변형률 경로로 얻었다. 피팅 점선이 합금 AA6082의 가공성을 나타낸다. 성형 한계선은 실패로 이어질 균일 변형 및 소성 불안정성 확산 네킹의 시작의 경계를 식별. 상기 곡선 영역은 잠재적 오류를 나타내며, 곡선 아래의 영역은 균일 한 변형이 상응하는 테스트 조건에서 발생하는 안전 영역으로 간주된다. 높은 FLC는 모양이 그대로있는 경우 재료가 더 나은 성형 성이 있음을 나타냅니다.
면내 신규 이축 인장 시험기를 사용하여 성형 성 시험은 가열 및 냉각 과정 후 지정된 변형 온도 및 변형 속도에서 수행 하였다. 이는 발견하고, 그 때 1 / 초 0.01 / s로 지정된 변형 속도에서 변형 속도 증가 AA6082 증가 형성 한도. 성형 한계도 4에 도시 된 바와 같이, 0.01 / s의보다 1 / s의 1 / s의 0.1 / s의 더 큰 증가를 갖는 (a).
도 4의 (b), 510 ° C에 370 ° C에서 성형 한계 단조 증가한다. 이 indicatES AA6082의 높은 성형 핫 스탬핑 조건 하에서 높은 온도에서 얻을 수있다. 세 성형 한계 곡선은 온도 의존성의 감도가 인장 압축 변형률 경로에 비해 인장 장력 축 변형 경로에 대해 큰 것을 의미 FLD, 왼쪽 서로 상당히 가깝다.
도 1 : 이축 전에 십자형 시편의 스토캐스틱 패턴의 예를 연신 (a) 및 이축 연신 한 후 (b). 검은 색 바탕에 흰색 도트 패턴은 테스트 동안 고속 카메라로 캡처됩니다. 크기 및 패턴 내의 얼룩의 밀도 분석 DIC (15)의 표준 요구 받는다. 큰를 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 R 버전.
도 2 : 조립 된 이축 성 시험 장치. 상기 장치는베이스 플레이트, 중심 축, 회전 플레이트, 캐리지, 가이드 레일, 및 커넥팅로드를 포함한다. 그것은 축 시험기 저항 발열체의 챔버 내에 장착된다. 주요 구성 요소는 그림에 표시되어있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3 : 그립 설치하고 축성 시험 장치의 챔버 내에서 축 검사 장치. (a)는 그립 클램프. (b) 상기 이축 성 시험 장치 및 노즐공기 냉각. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 4 (a) 서로 다른 변형율에서 AA6082과 FLDS의 (b) 핫 스탬핑 조건으로 다른 온도. 기호는 상이한 조건 하에서 형성 제한의 결과이다. 점선은 다항식 피팅 알고리즘을 통해 얻어졌다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
한계를 형성하는 결정하기 위해 사용될 종래의 성형 성 시험 방법은 보통 실온에서 적용 가능하다. 제시된 기법은 일축 시험기 가열 저항에 신규 축 검사 장치를 도입하여 핫 스탬핑 시트 어플리케이션에 대한 금속의 성형 성을 평가하는 데 사용될 수있다. 이는 핫 스탬핑 애플리케이션을위한 기존의 방법을 사용하여 수행 할 수 없습니다. 가열 및 냉각 시스템과 DIC 시스템의 설치 시험편 연신 변형 이력을 기록하는 것이 시료의 온도 분포의 균일 성을 제어하고 중요하다.
이 방법에서, 가열 및 냉각 속도는 정확하게 착물 형성 공정의 응용에 대한 단축 인장 시험기에 의해 제어 될 수있다. 이축 메커니즘은 전통적인 이축 시험에 비해 비용 및 이축 인장 시험의 복잡성을 감소시키는 비교적 간단한 구성을 가진다메커니즘. 그러나, 저항 가열에 의한 온도 필드는이 테스트 시스템 설계 시편 영향, 및 시료에 온도 구배를 피할 수 없다. 기존의 표준 표본 설계는 축 시험의 유형에 사용할 수 없습니다.
요약하면,이 핫 스탬핑 조건 합금의 FLD 얻었다 처음이다. 상기 지정된 범위 내에서 높은 속도로 형성하고 고온 핫 스탬핑 조건 AA6082의 성형 한계를 향상시키는 유용하다. 이 새로운 기술은 복잡한 테스트 조건 하에서 시트 금속의 성형 한계를 결정하는데 사용될 수있다. 얻어진 실험 결과는 열 - 기계적 행동 합금의 성형 성을 예측하는 소재 모델을 개발하는데 사용될 수있다. 장치의 메카니즘은 향후 비선형 변형 경로 실시 성형 성 테스트를 수행하도록 변형 될 수있다.
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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
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