Author(s):
Vincze, Gabriela Tamara 
Date: 2007
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2558
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia mecânica; Ligas de alumínio; Conformação; Aço; Deformações mecânicas
Description
Neste trabalho apresentam-se novas metodologias experimentais de análise
dos mecanismos físicos que controlam a formabilidade das ligas de Al-Mg e o
encruamento transitório em metais unifásicos.
Para as ligas de Al-Mg a metodologia baseia-se na combinação entre ensaios
de tracção com variações de temperatura, mapeamento do domínio de
sensibilidade negativa à velocidade de deformação e tratamentos térmicos de
recozimento e arrefecimento. Para temperaturas superiores a 120 ºC, o
coeficiente de sensibilidade a velocidade de deformação (m) depende da gama
de velocidades de deformação e do valor de deformação plástica para a qual o
valor é determinado. No domínio de temperaturas negativas -80ºC - -120 ºC, o
valor de m mantém-se constante e praticamente igual a zero. As diferentes
energias de activação fora do domínio de PLC originam uma transição gradual
de m de um valor positivo para um valor negativo para -100 ºC e abrupta para
100 ºC. O valor negativo de m resulta da presença de solutos na liga. A
dissolução dos aglomerados de solutos através de tratamento térmico, conduz,
independentemente do valor de deformação plástica, a um valor de m próximo
de zero.
Para o estudo de encruamento transitório a metodologia baseia-se na
comparação entre os comportamentos mecânico e microestrutural de um aço
ferrítico e de uma liga de alumínio. Á temperatura ambiente, os materiais
apresentam um comportamento semelhante. A temperaturas negativas o
comportamento do alumínio não sofre grandes alterações, enquanto que no
aço ocorre um aumento significativo da tensão de atrito da rede cristalina e a
formação de uma estrutura de deslocações homogénea. Testes mecânicos
com inversão de carga e alteração brusca de temperatura mostraram que o
mecanismo físico responsável pela estagnação da taxa de encruamento está
relacionado com a natureza das deslocações criadas durante a predeformação
e sua evolução após a recarga. Assim, o comportamento mecânico é
controlado pelas interacções individuais entre as deslocações móveis e os
obstáculos situados nos seus planos de escorregamento. A evolução da
microestrutura desempenha um papel secundário.
A extrusão em canal permite a obtenção de metais com grão altamente
refinado e com elevada resistência mecânica e formabilidade. No entanto, este
processo é de difícil implementação industrial. A laminagem assimétrica é
bastante promissora para aplicação industrial mas carece de estudos
complementares que permitam analisar os efeitos produzidos pelas subestruturas.
ABSTRACT: In this work new experimental methodologies for studying the physical
mechanisms that control formability of aluminium-magnesium alloys and strain
hardening transient in single phase metals are presented.
The behaviour of Al-Mg alloys is strongly dependent on temperature since this
parameter controls solute mobility and clustering rate. For analysing the
behaviour of this alloy, we propose an experimental methodology based on
combination of the uniaxial tension tests with temperature, mapping the domain
of negative strain rate sensitivity, and special combinations of annealing and
cooling. It was shown that at temperatures higher than 120oC, m depends on
the strain rate differential and the plastic strain at which the readings are made.
In the negative temperature range, -80ºC to –120ºC, the variation of m is very
slow stay near to zero value in the positive sense of the axis. The variation of m
with temperature suggests that the activation energy for PLC at the low and the
high temperature ends of the PLC range is different. The transition from
positive to negative m is very gradual at T ~ -100oC, while at T ~ 100oC it is
quite abrupt. The presence of solute structures was shown to be the reason for
negative strain rate sensitivity of Al-Mg alloys. Dissolving all clusters that may
exist in the material by annealing, gives an m value closer to zero and not
depend on strain.
The analysis of transient strain hardening in single phase metals was carried
out with a new experimental methodology based on the comparison between
the mechanical and microstructural behaviors of a ferritic steel and a
commercial purity aluminium. These two materials involve identical plastic
processes at room temperature, but not at low temperature were the related
dislocation substructures are quite different. A temperature drop does not
modify substantially the f.c.c. aluminum substructure but drastically increases
the friction stress and delays patterning of the b.c.c. steel. Strain reversal tests
coupled to temperature changes revealed that the physical process responsible
for the transient stagnation of strain hardening is related to the nature of the
dislocations generated during the prestrain and their evolutionary law during
reloading. In other words, the mechanical behavior is controlled by individual
interactions between the moving dislocations and the obstacles lying on their
slip planes rather than to some cell structure evolution.
Equal channel angular extrusion leads to the improvement of strength and
formability of metals by grain refinement. However, the process is not adequate
for mass production. On the contrary, asymmetric rolling appears to be a
promising process for industrial applications. However, further studies are
necessary to carried out in order to distinguish between the effects produced by
the sub-grains and actual grains on the crystallographic texture. Doutoramento em Engenharia Mecânica
Document Type
Doctoral Thesis
Language
English
Advisor(s)
Grácio, José Joaquim de Almeida; Rauch, Edgar Fernand
