Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.76-79
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2009
The current understanding for phase/grain boundary sliding and low-temperature/high-strain rate superplasticity of two-phase titanium alloys is summarized. The quantitative analysis on boundary sliding revealed increased sliding resistance on the order of $\alpha/\beta\;\ll\;\alpha/\alpha\;\approx\;\beta/\beta$ boundary, hence, led to the conclusion that approximately 50% alpha(or beta) volume fraction and/or grain refinement is beneficial for obtaining large superplastic elongation at low temperature and/or high strain rate. To predict the temperature for 50% alpha volume in various alpha/beta Ti, artificial neural network was applied. Finally, much enhanced superplasticity was achieved through grain refinement utilizing dynamic globularization.
In Part II, the paper will describe a three-phase alumina-based nanoceramic composite demonstrating superplasticity at a surprisingly lower temperature and higher strain rate. One important factor in the processing of these nanocomposites was the use of the electrical field assisted sintering method, SPS. These improvements in mechanical properties were briefly discussed in the context of the results from the microstructural investigations. SPS forming approach provides a new route for low temperature and high-strain-rate superplasticity for nanostructured materials and should impact and interest a broad range of scientists in materials research and superplastic forming technology.
The current understanding for phase/grain boundary sliding and low-temperature/high-strain rate superplasticity of two-phase titanium alloys is summarized. The quantitative analysis on boundary sliding revealed increased sliding resistance on the order of ${\alpha}/{\beta}\;\ll\;{\alpha}/{\alpha}\;{\approx}\;{\beta}/{\beta}$ boundary, hence, led to the conclusion that approximately 50% alpha(or beta) volume fraction and/or grain refinement is beneficial for obtaining large superplastic elongation at low temperature and/or high strain rate. To predict the temperature for 50% alpha volume in various alpha/beta Ti, artificial neural network was applied. Finally, much enhanced superplasticity was achieved through grain refinement utilizing dynamic globularization.
The grain size of 7010 Al alloy was refined to submicrometer level by using equal channel angular pressing (ECAP) and additional warm rolling. The mechanisms of grain refinement in ECAP process were fragmentation of coarse grain to ultra fine subgrains after a few passes and continuous recrystallization of the subgrains with the increase o( passes. Because of ultrafine grain size, essentially low temperature and high strain rate superplasticity was observed after ECAP process and warm rolling to form a sheet metal. The maximum elongation of 700% was obtained for an ECA pressed specimen after IS passes without warm rolling at $450^{\circ}C$ with strain rate of 5x$10^{-3}$/sec.
Magnesium alloys are of emerging interest in the automotive, aerospace and electronic industries due to their light weight, high specific strength, damping capacity, etc. However, practical applications are limited because magnesium alloys have poor formability at room temperature due to the lack of slip systems and the formation of basal texture, both of which characteristics are attributed to the hcp crystal structure. Fortunately, many magnesium alloys, even commercialized AZ or ZK series alloys, exhibit superplastic behavior and show very large tensile ductility, which means that these materials have potential application to superplastic forming (SPF) of magnesium alloy sheets. The SPF technique offers many advantages such as near net shaping, design flexibility, simple process and low die cost. Superplasticity occurs in materials having very small grain sizes of less than $10{\mu}m$ and these small grains in magnesium alloys can be achieved by thermomechanical treatment in conventional rolling or extrusion processes. Moreover, some coarse-grained magnesium alloys are reported to have superplasticity when grain refinement occurs through recrystallization during deformation in the initial stage. This report reviews the characteristics of superplastic magnesium alloys with high-strain rate and coarse grains. Finally, some examples of SPF application are suggested.
MA Al alloys are examined to determine the effects of alloying of Mg and Cu and rolling on tensile deformation behavior at 748 K over a wide strain rate range($10^{-4}-10^3/s$). A powder metallurgy aluminum alloy produced from mechanically alloyed pure Al powder exhibits only a small elongation-to-failure(${\varepsilon}_f$ < ~50%) in high temperature(748 K) tensile deformation at high strain rates(${\acute{\varepsilon}}=1-10^2/s$). ${\varepsilon}_f$ in MA Al-0.5~4.0Mg alloys increases slightly with Mg content(${\varepsilon}_f={\sim}140%$ at 4 mass%). Combined addition of Mg and Cu(MA Al-1.5%Mg-4.0%Cu) is very effective for the occurrence of superplasticity(${\varepsilon}_f$ > 500%). Warm-rolling(at 393-492 K) tends to raise ${\varepsilon}_f$. Lowering the rolling-temperature is effective for increasing the ductility. The effect is rather weak in MA pure Al and MA Al-Mg alloys, but much larger in the MA Al-1.5%Mg-4.0%Cu alloy. Additions of Mg and Cu and warm-rolling of the alloy cause a remarkable reduction in the logarithm of the peak flow stress at low strain rates (${\acute{\varepsilon}}$< ~1/s) and sharpening of microstructure and smoothening of grain boundaries. Additions of Mg and Cu make the strain rate sensitivity(the m value) larger at high strain rates, and the warm-rolling may make the grain boundary sliding easier with less cavitation. Grain boundary facets are observed on the fracture surface when ${\varepsilon}_f$ is large, indicating the operation of grain boundary sliding to a large extent during superplastic deformation.
Kim W. G.;Ahn Y. J.;Shin D. H.;Park K. T.;Ko Y. G.;Lee J. S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.10a
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pp.126-129
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2005
Microstructures and tensile properties of low carbon steels, 5083 Al alloy and Ti-6Al-4V alloy fabricated by equal channel angular pressing (ECAP) were examined in order to understand their deformation response associated with a formation of an ultrafine grained (UFG) structure. Room temperature tensile properties of UFG low carbon ferrite/pearlite steels and UFG ferrite/martensite dual phase steel were compared for exploring a feasibility enhancing the strain hardening capability of UFG materials. In addition, low temperature and high strain rate superplasticity of the two grades of the UFG 5083 Al alloy, and Ti-6Al-4V alloy were presented. From the analysis of a series of experiments, it was found that UFG materials exhibited the enhanced mechanical properties compared to coarse grained counterparts.
It is known that superplastic materials with ultrafine grains have high elongation mainly due to grain boundary sliding. Therefore, in the present study we examined the influence of grain refinement, caused by a repetitive cold rolling and annealing process, on both superplastic elongation and superplastic deformation mechanism. The cold rolling and annealing process was repetitively applied up to 4 times using Fe-10Mn-3.5Si alloy. High-temperature tensile tests were conducted at 763 K with an initial strain rate of 1 × 10-3 s-1 using the specimens. The superplastic elongation increased with the number of the repetitive cold rolling and annealing process; in particular, the 4 cycled specimen exhibited the highest elongation of 372%. The primary deformation mechanism of all specimens was grain boundary sliding between recrystallized α-ferrite and reverted γ-austenite grains. The main reason for the increase in elongation with the number of the repetitive cold rolling and annealing process was the increase in fractions of fine recrystallized α-ferrite and reverted γ-austenite grains, which undergo grain boundary sliding.
A study was made to investigate the microstructure and the mechanical properties of low-carbon steel, Al-Mg alloy and Ti-6Al-4V alloy each representing bcc, fcc and hcp crystal structures, respectively fabricated by equal-channel angular(ECA) pressing. After a series of ECA pressings was performed, most grains were significantly refined below ${\mu}m$ in diameter with high mis-orientation of grain boundaries irrespective of different crystal structure used. Regarding the strain hardening capability, tensile tests of ultrafine grain (UFG) dual-phase (ferrite/martensite) steel which was different from UFG ferrite-pearlite steel were carried out at ambient temperature, and corresponding mechanical properties were discussed in relation to modified C-J analysis. Low-temperature and/or high strain-rate superplasticity of the UFG Al-Mg alloy and UFG Ti-6Al-4V alloy were also studied. Based on the analysis used in this study, it was concluded that UFG alloys exhibited the enhanced mechanical properties as compared to coarse-grained (CG) counterparts.
In this work, the effect of Sc and Mm(misch metal) on the high temperature behavior of Al-Mg alloys was observed. Hardness was increased due to appearance of fine $Al_3Sc$ precipitates. The elongation of Al-Mg-Sc alloy at high temperature was higher than that of Al-Mg-Sc-Mm alloy because Al-Mg-Sc alloy has finer grain sizes than Al-Mg-Sc-Mm alloy. The strain rate sensitivity factor, "m" of Al-Mg-Sc and Al-Mg-Sc-Mm at $475^{\circ}C$ and $1{\times}10^{-2}s^{-1}$ were 0.33 and 0.46, respectively. The activation energy of Al-Mg-Sc and Al-Mg-Sc-Mm alloy for superplastic deformation was 133KJ/mol and 103KJ/mol respectively. The elongation of Al-Mg-Sc alloy at high temperature was decreased by the addition of Mm, but the strength at high temperatures and low strain rate was improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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