Studio sperimentale sul comportamento a trazione ad alta temperatura della lega di alluminio AA5083 con carico oscillante

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13307 (2023) Citare questo articolo

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Il comportamento del flusso della lega di alluminio AA5083 a 450 \(^\circ \)C è stato studiato in condizioni di carico quasi statico con e senza carico oscillante sovrapposto. I campioni sono stati posti sotto carico di trazione a velocità di deformazione costanti comprese tra 0,001 e 0,3 s\(^{-1}\). È stato progettato un dispositivo per generare l'oscillazione sinusoidale richiesta ed è stato collegato alla macchina per prove di trazione MTS insieme a una cella di carico secondaria altamente sensibile. Le frequenze delle oscillazioni imposte variavano da 5 a 100 Hz con un'ampiezza compresa tra 0,02 e 0,5-N. È stato osservato che l'imposizione di oscillazioni influenza il comportamento deformativo del materiale. Sebbene lo snervamento e la resistenza alla trazione rimangano relativamente costanti, l’allungamento totale è maggiore dell’8–23% sotto un carico oscillante imposto. Inoltre, sono stati studiati i profili di distribuzione dello spessore lungo la lunghezza utile dei provini di trazione e si è osservato che in presenza di oscillazioni la distribuzione dello spessore è più uniforme. Si è concluso che la presenza di un carico oscillativo sovrapposto comporterà una maggiore capacità di deformazione prima della frattura e ritarderà il verificarsi del danno rispetto alla formatura convenzionale. Questo fenomeno è stato ulteriormente esplorato utilizzando una subroutine del materiale definita dall'utente sviluppata per il solutore a elementi finiti LS-DYNA per simulare le prove di trazione a carico costante condotte.

L'alluminio AA5083 è una lega di alluminio non trattabile termicamente con eccellente formabilità a freddo e può raggiungere livelli moderati di superplasticità1. Questa lega è conveniente e presenta una ragionevole resistenza ambientale e buone proprietà meccaniche, che la rendono ideale per applicazioni aerospaziali, marine e automobilistiche2.

Con l'elevata domanda e lo sviluppo di parti e prodotti nei settori automobilistico e aeronautico, la necessità di parti leggere e processi di formatura migliorati è aumentata drasticamente. Pertanto, sono coinvolte molte ricerche per migliorare le leghe di alluminio leggere come AA5083 e i suoi diversi processi di formatura. Si dice che un materiale mostri un comportamento superplastico quando mostra una deformazione plastica significativa (un allungamento \(> 200\%\)) a temperatura elevata senza strizione prima della frattura3. Sia le proprietà meccaniche (allungamento, UTS, temperature di formatura ottimali, dipendenza dalla velocità di deformazione, ecc.) che le caratteristiche microstrutturali delle leghe di alluminio superplastiche sono state ampiamente studiate4,5,6,7,8,9,10. Tre sono gli aspetti principali necessari per il raggiungimento della superplasticità: elevate temperature di formatura (circa la metà del punto di fusione del materiale), granulometria fine e stabile (inferiore a 10 \(\upmu \)m), ed una bassa e controllata velocità di deformazione, tipicamente compresa tra 10\(^{-4}\) e 10\(^{-2}\) s\(^{-1}\). Sono state fatte molte ricerche per ottimizzare questi aspetti, Hosseinipour ha eseguito test per ottenere temperature e velocità di deformazione ottimali, concludendo che 450 \(^\circ \)C e velocità di deformazione di magnitudo 10\(^{-3}\) s\(^{-1}\) ha ottenuto risultati ottimali11. Yogesha et al.12 hanno riportato combinazioni simili di requisiti di alta temperatura e bassa velocità di deformazione per deformarsi in modo superplastico.

Di particolare interesse, la ricerca pubblicata ha dimostrato l'efficacia e i risultati dei fogli AA5083 deformabili in modo superplastico11,13. Le gravi deformazioni che si verificano nella formatura superplastica sono principalmente ottenute dallo scorrimento dei confini del grano (GBS). Inoltre, elevati livelli di scorrimento dei bordi dei grani sono accompagnati da un ulteriore meccanismo di deformazione accomodativa, e i modelli GBS tradizionali sono suddivisi in due categorie: GBS 14 accomodato diffusivamente e GBS 14 accomodato dislocatamente. Nonostante le deformazioni molto grandi che possono essere ottenute, lo svantaggio principale del L'uso diffuso della formatura superplastica è il tempo significativo richiesto per formare una parte industriale, che va da due a dieci minuti15. Ciò limita il numero di parti che possono essere formate, soprattutto nell'industria automobilistica, il che aumenta significativamente il costo della parte.