VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, Ostrava Poruba, Czech Republic

Podobné dokumenty
VÝVOJ STRUKTURY SLITINY AlMn1Cu Z HLEDISKA ZMĚNY CESTY DEFORMACE PROCESEM SPD

VLIV GEOMETRIE NÁSTROJE ECAP NA DOSAŽENÉ ZJEMNĚNÍ ZRNA INFLUENCE OF ECAP DIE GEOMETRY ON ACHIEVED UFG

VÝZKUM VLIVU EXTRÉMNÍCH PODMÍNEK DEFORMACE NA SUBMIKROSTRUKTURU KOVŮ A ZKUŠEBNÍCH METOD PRO DIAGNOSTIKU JEJICH TECHNOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ

NOVÉ POZNATKY Z VÝVOJE A ZKUŠEBNÍHO PROVOZU PROTOTYPOVÉHO ZAŘÍZENÍ DRECE NEW FINDING FROM DEVELOPMENT AND TEST WORKING OF MODEL MACHINERY DRECE

GRAIN REFINEMENT IN STRIP SHEET PREPARED BY DRECE MACHINERY

ZEFEKTIVNĚNÍ PROCESU VÍCENÁSOBNÉ PLASTICKÉ DEFORMACE INCREASING THE EFFECTIVENESS OF SEVERE PLASTIC DEFORMATION PROCESS

PŘÍPRAVA ULTRAJEMNNÉ STRUKTURY HLINÍKU INTENZIVNÍ PLASTICKOU DEFORMACÍ A JEJÍ TEPELNÁ STABILITA SVOČ FST 2008

4 (K4) 3 (K3) 2 (K2) 1 (K1)

Gabriela DOROCIAKOVÁ a, Miroslav GREGER a, Radim KOCICH a a Barbora KUŘETOVÁ a

ZPRÁVA Z PRŮMYSLOVÉ PRAXE

Nanotým VŠB TU Ostrava CZ.1.07/2.3.00/

Objemové ultrajemnozrnné materiály a jejich příprava. Doc. RNDr. Miloš Janeček CSc. Katedra fyziky materiálů

NOVÉ POZNATKY O STRUKTUŘE TVÁŘENÉ SLITINY AlSi12CuMgNi (AA 4032) Katedra náuky o materiáloch, Slovenská republika

VÝVOJ NANOSTRUKTURNÍCH MATERIÁLU S VYUŽITÍM TECHNOLOGIE ECAP INVESTIGATION OF NANOSTRUCTURE MATERIALS WITH USE OF ECAP TECHNOLOGY

Základy stavby výrobních strojů Tvářecí stroje I

Objemové ultrajemnozrnné materiály. Miloš Janeček Katedra fyziky materiálů, MFF UK

Strukturní charakteristiky hořčíkové slitiny AZ91. Structure of Magnesium Alloy AZ91.

POČÍTAČOVÁ PODPORA TECHNOLOGIE

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Tváření. Název: Protlačování. Téma: Ing. Kubíček Miroslav. Autor:

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU POMOCÍ DIFRAKČNÍ METODY DEBYEOVA-SCHERREROVA NA ZPĚTNÝ ODRAZ

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT. Západočeská univerzita v Plzni Fakulta strojní

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

TVÁŘENÍ KOVŮ Cíl tváření: dát polotovaru požadovaný tvar a rozměry

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

, Hradec nad Moravicí POLYKOMPONENTNÍ SLITINY HOŘČÍKU MODIFIKOVANÉ SODÍKEM

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

Kontraktantní/dilatantní

TVÁŘENÍ. Objemové a plošné tváření

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

TVÁŘENÍ ZA STUDENA LISOVÁNÍ

VÝVOJ NOVÉ GENERACE ZAŘÍZENÍ S POKROČILOU DIAGNOSTIKOU PRO STANOVENÍ KONTAKTNÍ DEGRADACE

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, Odbor tváření kovů a plastů TVÁŘENÍ TECHNOLOGICKÉ VÝPOČTY.

MĚŘENÍ ELASTICITRY OVLIVNĚNÝCH PÁSEM SVAROVÝCH SPOJŮ VYSOKOPEVNOSTNÍCH OCELÍ

Experimentální ověření možností stanovení příčné tuhosti flexi-coil pružin

NÁVRHÁŘ. charakteristika materiálu. Numerický experiment Integrovaný model Dynamický materiálový model. kontrolovatelné parametry

DIAGNOSTICS OF MECHANICAL PROPERTIES OF AN ALUMINIUM BASED ALLOYS SPECIMENS PROCESSED BY SPD TECHNOLOGY. Vít Michenka, Milan Gottwald

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

Summer Workshop of Applied Mechanics. Závislost úhlu rozevření mužské aorty na věku a lokalizaci

Sborník abstraktů. Nanotým VŠB TU Ostrava CZ.1.07/2.3.00/ Odborné diskusní fórum října 2013

Praktické poznatky z využití lisovaných filtrů Pyral 15 při filtraci hliníkových odlitků

Tvářitelnost hořčíkových a titanových slitin. Formability of Magnesium and Titanium Alloys

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

LABORATORNÍ ZKOUŠKY VZORKY LABORATORNÍ ZKOUŠKY. Postup laboratorních zkoušek

CREEPOVÉ CHOVÁNÍ ULTRAJEMNOZRNNÉHO HLINÍKU

Tváření,tepelné zpracování

Centrum AdMaS Struktura centra Vývoj pokročilých stavebních materiálů Vývoj pokročilých konstrukcí a technologií

Nauka o materiálu. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

Analýza technologie lisování šroubů z nové feriticko martenzitické oceli

CREEP INTERMETALICKÉ SLITINY TiAl PRI VELMI MALÝCH RYCHLOSTECH DEFORMACE. CREEP OF INTERMETALLIC ALLOY TiAl AT VERY LOW STRAIN RATES

Srovnání cyklických vlastností Al a Mg slitin z hlediska vybraných NDT postupů

Simulace toku materiálu při tváření pomocí software PAM-STAMP

MODEL TVÁŘECÍHO PROCESU

Tlaková síla Hmotnost [g] hmotnost [kn] b [mm] h [mm] l [mm]

VYUŽITÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT PŘI ŘEŠENÍ ÚLOH PŘÍMÝM DETERMINOVANÝM PRAVDĚPODOBNOSTNÍM VÝPOČTEM

Princip průtlačníku průtlačnice protlačovadla

VLIV STŘÍDAVÉHO MAGNETICKÉHO POLE NA PLASTICKOU DEFORMACI OCELI ZA STUDENA.

VLIV OBSAHU HLINÍKU NA VLASTNOSTI HOŘČÍKOVÝCH SLITIN PŘI ODLÉVÁNÍ DO BENTONITOVÝCH A FURANOVÝCH FOREM

Antonín Kříž a) Miloslav Chlan b)

Kvantifikace strukturních změn v chrom-vanadové ledeburitické oceli v závislosti na teplotě austenitizace

ZPRÁVA Z PRŮMYSLOVÉ PRAXE

Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

FEM ANALYSIS OF HOSE SPRNIG CLAMP DEFORMATION BEHAVIOUR

Tryskací materiál Tryskací materiál pro Shot Peening Ventily Magna Valve Almen Gage Almen Strip

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

ALTERNATIVNÍ MOŽNOSTI MATEMATICKÉHO MODELOVÁNÍ STABILITY SVAHŮ SANOVANÝCH HŘEBÍKOVÁNÍM

Systém nízkoúrovňových válečkových a řetězových dopravníků

1-beran 2-stůl 3-stojan (rám) 4-klika 5-ojnice 6-setrvačník 7-tvářené těleso 1,4,5-klikový mechanismus

a UJP PRAHA a.s., Nad Kamínkou 1345, Praha Zbraslav, b PBS Velká Bíteš a.s. Vlkovská 279, Velká Bíteš,

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

Stroj pro sledování citlivosti na rychlost deformace

Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, biomechaniky a mechatroniky

OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

HODNOCENÍ MIKROSTRUKTURY A VLASTNOSTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY AZ91HP EVALUATION OF MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SAND CAST AZ91HP MAGNESIUM ALLOY

BULKY FORMING OF MAGNESIUM ALLOYS. Barbora Kuřetová a Miroslav Greger a

Návod pro cvičení z předmětu Válcování

EVALUATION OF INFLUENCE PREPARING OF SURFACE OF SUBSTRATE ON BEHAVIOUR OF SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE

Požadavky na technické materiály

OVMT Mechanické zkoušky

EXPERIMENTÁLNÍ A POČÍTAČOVÁ ZÁKLADNA VÝVOJE TVÁŘECÍCH TECHNOLOGIÍ

PŘÍPRAVEK PRO POKROČILÉ TESTOVÁNÍ PLECHŮ - BAUSCHINGERŮV EFEKT SVOČ FST 2018

Stroje - nástroje. nástroje - ohýbadla. stroje - lisy. (hydraulický lis pro automobilový průmysl)

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SVAROVÝCH SPOJŮ MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ T24 A P92. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.

Experimentální výzkum vlivu zesílení konstrukce valené klenby lepenou uhlíkovou výztuží

Část 5.3 Spřažená ocelobetonová deska

CREEPOVÉ CHOVÁNÍ HLINÍKOVÉ SLITINY Al-3Mg-0,2Sc PŘIPRAVENÉ METODOU ECAP. CREEP BEHAVIOUR OF Al-3Mg-0,2Sc ALLOY PROCESSED BY ECAP METHOD

Systém větrání využívající Coanda efekt

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

COMTES FHT a.s. R&D in metals

TECHNOLOGIE OHREVU PÁNVÍ NA VOD A JEJÍ PRÍNOSY TECHNOLOGY OF HEATING OF VOD LADLES AND ITS BENEFITS. Milan Cieslar a Jirí Dokoupil b

Nelineární problémy a MKP

Opakovací MATURITNÍ OTÁZKY Z PŘEDMĚTU TECHNOLOGIE ŠKOLNÍ ROK OBOR STROJNICTVÍ, ZAMĚŘENÍ PPK ZKRÁCENÉ POMATURITNÍ STUDIUM 1.

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A STRUKTURNÍ STABILITY SUPERSLITINY NA BÁZI NIKLU DAMERON. Karel Hrbáček a

Transkript:

SIMULACE PROTLAČOVÁNÍ SLITIN Al NÁSTROJEM ECAP S UPRAVENOU GEOMETRIÍ A POROVNÁNÍ S EXPERIMENTY Abstrakt Jan Kedroň, Stanislav Rusz, Stanislav Tylšar VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, 708 33 Ostrava Poruba, Czech Republic Příspěvek se zabývá matematickou simulací procesu protlačování upraveným nástrojem ECAP ve 3D prostoru a porovnáním s vlastními experimenty. Matematickou simulací lze řešit i velmi složité technologické operace, které jsou neřešitelné nebo obtížně řešitelné analytickými metodami, popř. kde by použití analytického řešení bylo příliš zjednodušující. V příspěvku jsou prezentovány provedené matematické simulace a stanovení velikosti deformačně-napěťového stavu u slitin Al v programu Simufact.forming 9.0. Současně byly provedeny experimentální zkoušky v laboratoři pomocí hydraulického lisu DP 1600 za studena a při teplotě 150 C a následné vyhodnocení struktur metodami TEM a SAED. Dále je představen směr vývoje v oblasti konstrukčního řešení nástrojů pro technologii vícenásobného tváření za účelem zvýšení stupně deformace po prvním a více průchodech nástrojem. Finálním záměrem je dosažení velmi jemnozrnné (UFG) struktury ve tvářeném polotovaru. Keywords: UFG, ECAP, plastická deformace 1. ÚVOD Technologie ECAP, neboli protlačování pravoúhlým rovnostranným kanálem, využívá k vytvoření UFG struktury deformaci střihem. Cílem dané metody je vytvoření extrémní plastické deformace v materiálu bez změny průřezu vzorku. Díky tomu, že vzorek nemění svůj průřez je možno využít kumulace mechanismů deformačního zpevnění po jednotlivých průchodech nástrojem [1]. Dosažení extrémní plastické deformace je možné pouze opakovaným protlačováním vzorků nástrojem. Protlačování je realizováno průchodem vzorků nástrojem, ve kterém se protínají dva kanály svírající úhel obvykle 90, daný úhel se může měnit. Právě při průchodu vzorku oblastí, kde se kanály protínají, dochází ke střihovému namáhání s intenzitou deformace po jednom průchodu obvykle rovnu 1. Tato hodnota je závislá na vnitřním a vnějším úhlu kanálu nástroje viz. vztah 1. 2 n φ ψ 1 ε = cot + + ψ (1) VM 3 2 2 φ ψ sin + 2 2 Z výše uvedeného vztahu vyplývá, že dosažením většího stupně deformace po jednom průchodu lze docílit úpravou geometrie kanálu. Optimální geometrie kanálu byla zkoumána v mnoha pracích, z výsledků se jeví jako optimální úhly Φ = 90 a Ψ = 20. N ve vztahu zohledňuje počet průchodů nástrojem, čímž se počítá s kumulací intenzity deformace po jednotlivých průchodech. Dalším parametrem, který ovlivňuje výslednou strukturu a tím i mechanické vlastnosti je vhodná volba cesty deformace.

2. KONSTRUKCE ECAP SE ŠROUBOVICÍ V HORIZONTÁLNÍ ČÁSTI KANÁLU Nástroj se šroubovicí v horizontální části kanálu s pootočením o 10 má poloměry kanálu R1 = 2,5 mm, R2 = 0,5 mm a úhly kanálu φ = 90, ψ = 90, λ = 10. Hlavním cílem využití šroubovice je simulování zpětného tlaku a tím zvýšení protlačovací síly. Takto modifikovaný nástroj ECAP se šroubovicí 10 je zobrazen na obrázku 1. Na obrázku 2 je zobrazeno celé pracoviště pro provedení experimentálních zkoušek na hydraulickém lisu DP 1600. Předpoklad zvýšení stupně deformace změnou cesty deformace ve vzorku po jednotlivých průchodech kanálem s touto upravenou geometrií byl správný. Uvedený konstrukční návrh bude předmětem dalšího vývoje. Obr. 1 Nástroj ECAP se šroubovicí v horizontálním kanálu s pootočením 10 Obr. 2 Pracoviště pro ověřování nového nástroje ECAP 3. MATEMATICKÁ SIMULACE TECHOLOGIE ECAP S NOVOU GEOMETRIÍ NÁSTROJE a) b) Obr. 3 Velikost intenzity deformace dosažená po a) 1. průchodu, b) 5. průchodu Tab. 1 Dosažené hodnoty intenzity deformace slitiny AlMn1Cu Typ průchodu Materiál Simulační program Počet průchodů 1. 2. 3. 4. 5. Klasický kanál AlMn1Cu Simufact.forming 1.1 2,0 2,8 3,5 4,3 Šroubovice 10 AlMn1Cu Simufact.forming 1,15 2,15 3,1 4 5 Výsledky matematické simulace, pomocí softwaru Simufact.forming, jednoznačně potvrdily přínos nově navržené geometrie nástroje ECAP ke zvýšení efektivity procesu SPD.

4. EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ SIMULACÍ Z dosažených výsledků byl jednoznačně prokázán velký vliv změny konstrukce nástroje ECAP na nárůst přetvárného odporu a tímto i zpevnění dané slitiny v jednotlivých průchodech. Důležitým poznatkem experimentu je nárůst přetvárného odporu u nástroje se šroubovicí v 5. průchodu, jenž zároveň predikuje dosažení vysokého stupně deformace a vede k podstatnému zjemnění zrna a zefektivnění procesu ECAP. a) b) Obr. 4 Naměřené hodnoty přetvárného odporu po a) 1. průchodu, 5. Průchodu 4.1 Metalografická analýza Metalografická analýza výsledné struktury slitiny AlMn1Cu byla provedena metodou TEM a pomocí metody SAED. Analýzy se týkají počátečního stavu a stavu po 5. průchodu vzorku upraveným nástrojem ECAP se šroubovicí 10. Zkušební destičky o tloušťce 3mm byli použity ze vzorku po 5. průchodu. Destičky byli dále broušeny a leštěny do konečné tloušťky 0,13 0,15 mm. Takto připravené vzorky byli použity pro metalografickou analýzu na TEM mikroskopu Philips Tecnai 20 (zrychlující napětí 200kV). Struktura je tvořena zrny o přibližně stejné velikosti. Tyto zrna obsahují krystaly Mn, Cu a na obr. 5 a 6 jsou zbarveny šedě nebo černě. V základní matrici Al se chovají jako precipitáty, které zpevňují daný materiál a zamezí sekundárnímu růstu zrn. Existence precipitátu je velmi důležitá, protože čistý hliník má po procesu ECAP tendenci hrubnutí zrna a ztráty dosažených mechanických vlastností. Počáteční velikost zrna dosahovala hodnot řádově 150-200 mm. Podstatné zjemnění bylo dosaženo z výchozí průměrné velikosti 150 µm na 250 nm. Obr. 5 Metalogragická analýza počáteční stav získaný metodami TEM a SAED

Obr. 6 Metalografická analýza stav po 5. průchodu nástrojem ECAP získaný metodami TEM a SAED 5. ÚPRAVA NÁSTROJE S CÍLEM ZVÝŠENÍ INTENZITY DEFORMACE Nástroj se šroubovicí v horizontální části kanálu s pootočením o 30 má poloměry kanálu R1 = 2,5 mm, R2 = 0,5 mm a úhly kanálu φ = 90, ψ = 90, λ = 30. Schéma šroubovice je zobrazeno na obrázku 7. Obr. 7 Schéma nástroje ECAP se šroubovicí v horizontálním kanálu s pootočením o 30 Nový konstrukční návrh tvářecího nástroje ECAP (kombinace ECAP s Twist extrusion) dává velmi dobrý předpoklad zvýšení efektivity procesu SPD s ohledem na zvýšení stupně deformace v protlačovaném vzorku už v prvním i v dalších průchodech tvářecím nástrojem. Teoreticky je předpoklad až 30 % zvýšení stupně deformace v jednotlivých průchodech (ověřeno matematickou simulací). V dalším vývoji nástroje ECAP budeme vycházet právě z této nové koncepce. 6. ZÁVĚR Pro zvýšení stupně deformace je důležitým faktorem úprava geometrie nástroje. Cílem je snížení počtu průchodů nástrojem ECAP. Po prvním průchodu nástrojem ECAP s upravenou geometrií nástroje je stupeň deformace vyšší než při použití nástroje bez úpravy geometrie. Výsledkem je zvýšení stupně deformace vedoucí k vyššímu zjemnění zrna a tím k celkovému zvýšení efektivity procesu vícenásobné plastické deformace.

Daný předpoklad byl ověřen a potvrzen. V průběhu matematické simulace dochází k nárůstu maximálních hodnot intenzity deformace a také intenzity napětí v závislosti na dráze průtlačníku. Daný průběh byl potvrzen experimentálními zkouškami (slitina AlMn1Cu). 7. PODĚKOVÁNÍ Práce byla vytvořena za podpory Grantové agentury České republiky (grant č. GA 101/08/1110). LITERATURA [1] SHAORIU, Z., CHANG, O., Peng, Y. Numerical analysis of nano-crystalline materials during ECAP by dislocation evoluetion method. Rev. Adv. Material Science and Forum, July 2007, vol. 558, ISSN 0255-5476, p. 687 690. [2] VARYUKHIN,V., SYNKOV, S., ORLOV, D. Aplication of twist extrusion. Rev. Adv. Materials Science and Forum, January 2006, vol. 504, ISSN 0255-5476, p. 335 338. [3] ORLOV, D., at. al. Materials Transactions, Vol. 49, 2008, No. 1., ISSN 1345-9678, p. 2-6. [4] STOLYAROV, V. V., at. al. The Physics of Metals and Metallography, Vol. 99, 2005, No. 2, ISSN 0031-918X, p. 204 211. [5] DOBRZAŃSKI, L. A., at. al. Structure changes and mechanical properities of laser alloyed magnesium cast alloys. Archieves of Materials Science and Engineering, Vol. 35, 2009, ISSN 1897-2764, 77-82. [6] HAGA, T., at. al. Roll casting of 5182 aluminium alloy, Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 34, 2009, ISSN 1897-2764, 172-179.