Aktualizacja: 2008-11-24

Doktoranci

 

 

 

Dr inż. Antoni Woźnicki

Praca doktorska obroniona dnia 14 grudnia 2004 r.

z wyróżnieniem nt:

Najkorzystniejsze warunki wyciskania stopów AlMgSi z przesycaniem na wybiegu prasy

Doctor’s thesis:

The most advantageous conditions for extruding AlMgSi alloys with solution heat treatment at the press output

Abstract

In the thesis an effect of manner of preparing AlMgSi extrusion billets on possibility of achieving most advantageous extrusion conditions with solution heat treatment at the press output was investigated. This subject is closely connected with the main world-wide trend of researches in aluminium extrusion field.

In the framework of this work industrial as well as laboratory-scale investigations were carried out. In the first stage, the original investigations of industrial conditions of 6063 alloy billets extrusion were performed. The freezing of billets structure, especially after reheating to extrusion temperature, was applied. The size of Mg2Si particles in the billets as well as in the extruded products was determined. On the basis of the investigations it was found, that incorrect conditions of solution treatment of extruded products result from improper manner of preparing billets to extrusion. It was observed, that billets after homogenisation as well as after reheating prior to extrusion, include too large Mg2Si-phase particles.

Therefore, in the second stage, laboratory-scale investigations composed of three series, were performed. Their goal was determining of most favourable conditions of preparing billets to extrusion. Within the confines of the first series, an effect of cooling rate from homogenisation temperature of 6063 and 6005 alloys billets was investigated. It was found, that in order to obtain most favourable structure of billets designed for extrusion with solution heat treatment at the press output, applying of high cooling rate from homogenisation temperature (580 0C), not less than 560 0C/h, is necessary. Only so high cooling rate ensures the optimum size reduction of Mg2Si-phase particles. Obtained result seems to be original and very important for needs of industry.

Within the confines of the second series of the laboratory investigations, samples obtained after homogenisation with variable cooling rate, were reheated to two extrusion temperatures (430 and 465 0C) and immediately cooled in the water to freeze existing structure. On the basis of the investigations it was found, that billets should be heated to possibly lowest temperature before extrusion. Process of reheating billets to extrusion temperature, should be performed in such a way, to make the time of staying billets in high temperatures range possibly short, to restrict phenomena leading to excessive growth of Mg2Si-phase particles.

Within the confines of the third series, the original laboratory investigations, simulating the conditions of Mg2Si-phase particles dissolving process in the deformation zone, were performed. The two-step heating of the laboratory samples were applied: firstly to temperatures 430 and 465 0C (temperatures of heating billets prior to extrusion) and next to temperature 525 0C (temperature of metal exit from the die), which was supposed to be higher, than solvus temperature of AlMgSi alloy. It was found, that by applying of low heating temperature of billets including small Mg2Si-phase particles, it’s necessary to perform the extrusion process with high speed, to generate sufficient amount of heat in deformation zone and ensure high temperature of alloy exit from the die, significantly higher than solvus temperature. Thanks to it extruded products in the T5 temper can have the optimum mechanical properties.

 

 

 

Dr inż. Marcin Mroczkowski

Praca doktorska obroniona dnia 18 listopada 2008 r. nt:

Prognozowanie stateczności plastycznego płynięcia metali i ocena przydatności projektowanych narzędzi z wykorzystaniem metody elementów skończonych

Doctor’s thesis:

Prediction of the stability of metal plastic flow and evaluation of the usefulness of tools designed with the application of the finite element method

Abstract

In the thesis the dangerous conditions of metal plastic flow in innovative processes were studied. The hydrostatic pressures, preventing cracking of the deformed metal in the process of the cyclic extrusion compression (CEC), and the influence of tool shape on the save of stability and cohesion of the shaped material in the process of the radial extrusion, were analysed. Model and experimental study were made. The finite element software DEFORM 2D and 3D was used in numerical calculations. The experimental tests of CEC processes were carried out on the original hydraulic press.

Plastic fracture conditions of metals were experienced using the tensile tests. Numerical simulations of the tensile tests were also conducted. The critical damage values according to Cockcroft-Latham's criterion were qualified using the semi empirical method. The received values were used for modelling the processes of radial extrusion with the use of the incorrect shape of tools.

On the basis the comparison of experimental results with numerical prognosis, the ideal agreement was confirmed among the real and the modelled process, despite the presence of very irregular and asymmetric flowing, which causes cracks of the plastic metal.

In CEC processes, the most dangerous conditions of the plastic deformation take place behind the neck die, where metal flows in radial directions from the centre to outside. It was affirmed that the achievement of very large plastic deformations was possible by gradual raising the counter-pressure, adapted to the increase of the plastic flow stresses.

Streszczenie

W pracy badano niebezpieczne warunki plastycznego płynięcia metali w innowacyjnych procesach. W procesie cyklicznego wyciskania spęczającego (CWS) analizowano ciśnienia hydrostatyczne zapobiegające pękaniu odkształcanego metalu, a w procesie wyciskania promieniowego analizowano wpływ kształtu narzędzi na zachowanie stateczności i spójności kształtowanego materiału. Wykonano badania modelowe oraz eksperymentalne. Do obliczeń numerycznych metodą elementów skończonych użyto oprogramowania DEFORM 2D i 3D. Próby eksperymentalne procesów CWS wykonano na oryginalnej prasie hydraulicznej.

Warunki plastycznego pękania metali określono za pomocą prób rozciągania. Przeprowadzono także symulacje numeryczne prób rozciągania. Za pomocą metody półempirycznej określono graniczne wskaźniki pękania według kryterium Cockcrofta-Lathama. Otrzymane wartości wskaźników pękania wykorzystano przy modelowaniu procesów wyciskania promieniowego z zastosowaniem nieprawidłowego kształtu narzędzi.

Na podstawie porównania wyników badań eksperymentalnych z prognozowanymi numerycznie, stwierdzono idealną zgodność pomiędzy rzeczywistym a modelowanym procesem, mimo obecności bardzo nieregularnego i asymetrycznego płynięcia, spowodowanego pękaniem plastycznym metalu.

W procesach CWS najniebezpieczniejsze warunki odkształcenia plastycznego występują za zwężką matrycową, gdzie odkształcany metal płynie promieniowo od środka na zewnątrz. Stwierdzono, że osiągnięcie bardzo dużych odkształceń plastycznych jest możliwe przy stopniowym podwyższaniu przeciwnacisków, dostosowanym do wzrostu naprężenia plastycznego płynięcia.

 

 

 

Zajęcia prowadzone na Studiach Doktoranckich

przy Wydziale Metali Nieżelaznych AGH

 

Wybrane zagadnienia z przeróbki plastycznej:

OPTYMALNE WARUNKI ODKSZTAŁCANIA

PLASTYCZNEGO METALI

 

Główne zagadnienia:

 

*   praca odkształcenia plastycznego,

*   metody energetyczne analizy procesów,

*   ciepło generowane odkształceniami plastycznymi,

*   rozkład prędkości odkształcenia i temperatury wewnątrz kształtowanego wyrobu,

*   energia zmagazynowana,

*   zmiany strukturalne po przeróbce plastycznej i po obróbce cieplnej,

*   zachowanie optymalnej struktury,

*   wyciskanie z kontrolowaną strukturą (Tablica 1)

*   warunki zachowania spójności odkształcanego metalu,

*   warunki zachowania stateczności plastycznego płynięcia,

*   kompleksowa optymalizacja procesów przeróbki plastycznej (Algorytm E1>E2>E3)

*   modelowanie optymalnych warunków kształtowania plastycznego wyrobów (Algorytm-E1)

 

Pytania:

 

         1.         Jak określa się moc odkształcenia plastycznego (całkowitą i rozpraszaną)?

         2.         Jakie cechy fizykalne określają materiał lepko-plastyczny (przedstawić najprostszą funkcję opisu naprężenia plastycznego płynięcia)?

         3.         Co określa prawo Nortona-Hoffa?

         4.         Jakie parametry pozwalają opisać naprężenie plastycznego płynięcia w procesach przeróbki plastycznej na gorąco?

         5.         W jakim układzie współrzędnych otrzymuje się liniową współzależność pomiędzy naprężeniem plastycznego płynięcia a prędkością odkształcenia?

         6.         W jakim układzie współrzędnych otrzymuje się liniową współzależność pomiędzy naprężeniem plastycznego płynięcia a temperaturą?

         7.         Jaki parametr decyduje o zachowaniu jednakowej wielkości ziarna (D) i podziarna (d) w procesach przeróbki plastycznej?

         8.         W jakim układzie współrzędnych można przedstawić mapę struktur (po przeróbce plastycznej i po obróbce cieplnej)?

         9.         Jaki wpływ wywiera energia zmagazynowana na strukturę wyrobów otrzymywanych przeróbka plastyczną?

       10.       Na czym polega kompleksowa optymalizacja procesów przeróbki plastycznej metali?

       11.       Jakie warunki płynięcia metalu należy spełnić przy projektowaniu optymalnego kształtu narzędzi?

 

Literatura

1.      T. Bednarski, Mechanika plastycznego płynięcia w zarysie, PWN, Warszawa 1995

2.      Y.V.R.K. Prasad, H.L. Gegel (i in.), Modeling of Dynamic Material Behavior in Hot Deformation: Forging of Ti-6242, Metallurgical Transactions A, 15A (1984)10, 1883-1892

3.      K.P. Rao, Y.V.R.K. Prasad (i in.), Processing Map for Aluminium Alloy 2618, Aluminium 68(1992)4, 787-790

4.      Metals Handbook, 9th Ed., Vol. 14, Forming and Forging, ASM, Ohio

5.      J. Richert, J. Gąsiorczyk, Metodyka optymalizacji warunków rozwoju struktury w wysokotemperaturowych procesach obróbki plastycznej, Obróbka Plastyczna Metali, 8(1997)5, 29-39

6.      J.Richert, Stability Conditions of Metal Flow in Radial Extrusion, Zeitschrift fur Metalkunde, 79(1988)4, 248-251

7.      J.Richert, Analiza wpływu kształtu narzędzi na zachowanie stateczności plastycznego płynięcia podczas wyciskania promieniowego metali, Metalurgia i Odlewnictwo, Zesz. Nauk. AGH (monograficzny) nr 1405(1991)z.135, 1-104

8.      J.Richert, Prognozowanie mikrostruktury stopów aluminium w procesach przeróbki plastycznej na gorąco, Rudy i Metale Nieżelazne t.46 (2001) nr3, 118-124

9.      M.Mroczkowski, J.Richert, Numeryczne symulacje procesów uwzględniające zachowanie stateczności plastycznego płynięcia, Rudy i Metale Nieżelazne, 46(2001) nr9, 426-432 (+HTML format)

10. M.Mroczkowski, J.Richert, Warunki stateczności plastycznego płynięcia w procesach wyciskania promieniowego, Rudy i Metale Nieżelazne 46(2001) nr11, 587-592 (+HTML format)