Roll bonding (RB) process of bi-metal laminates as a new noble method of bonding has been widely used in the production of bimetal laminates. In the present study, asymmetric roll bonding process as a new noble method has been presented to produce Al/Cu bimetallic laminates with the thickness reduction ratios 10%, 20% and 30% together with mismatch rolling diameter ($\frac{R_2}{R_1}$) ratio 1:1, 1:1.1 and 1:1.2. ABAQUS as a finite element simulation software was used to model the deformation of samples. The main attention in this study focuses on the bonding properties of Al/Cu samples. The effect of the $\frac{R_2}{R_1}$ ratios was investigated to improve the bond strength. During the simulation, for samples produced with $\frac{R_2}{R_1}=1:1.2$, the vertical plastic strain of samples was reach the maximum value with a high quality bond. Moreover, the peeling surface of samples after the peeling test was investigated by the scanning electron microscopy (SEM).
(Ag-10%Ni)/Cu clad metals for electric contact switch were fabricated by cold-roll bonding process. 2 or 3 passes of cold-rolling was carried out for each process to investigate the effect of the rolling passes on the bonding property. The effect of the annealing temperature of copper before the cold-roll bonding on the bond strength was also studied. The specimen bonded with copper annealed below 30$0^{\circ}C$ before roll bonding showed good bond strength. This is because high stored energy in copper promoted the short range diffusion and the grain refinement of copper by the static recrystallization increased the degree of the interfacial coherency. The maximum peel strength of clad metals bonded with Cu annealed below 30$0^{\circ}C$ was 120N.
In this study, 2-mm Al/Cu bimetallic laminates were produced using asymmetric roll bonding (RB) process. The asymmetric RB process was carried out with thickness reduction ratios of 10%, 20% and 30% and mismatch rolling speeds 1:1, 1:1.1 and 1:1.2, separately. For various experimental conditions, finite element simulation was used to model the deformation of bimetallic Al/Cu laminates. Specific attention was focused on the bonding strength and bonding quality of the interface between Al and Cu layers in the simulation and experiment. The optimization of mismatch rolling speed ratios was obtained for the improvement of the bond strength of bimetallic laminates during the asymmetric RB process. During the finite element simulation, the plastic strain of samples was found to reach the maximum value with a high quality bond for the samples produced with mismatch rolling speed 1:1.2. Moreover, the peeling surfaces of samples around the interface of laminates after the peeling test were studied to investigate the bonding quality by scanning electron microscopy.
The influence of post-roll bonding heat treatment conditions such as temperature and time on the variation in the diffusion layer, generated at the bonding interface and the subsequent mechanical properties of the roll-bonded Ti grade 1/Al1050/Ti grade 1 sheets, was systematically investigated. The intermetallic compound (IMC) phase generated by post heat treatment conditions adopted in this study was obviously indexed as monolithic TiAl3. Whereas the thickness of IMC layer generated by annealing at 500 ℃ was approximately 100 nm scale, it drastically increased above 1.5 ㎛ when annealed at 600 ℃. Uniaxial tensile and peel tests were then performed to compare mechanical properties. As a result, the bonding strength drastically increased above 7.9 N/mm by annealing at 600 ℃, which implies that proper annealing condition was a prerequisite, to improving interface bonding strength as well as global elongation properties for Ti/Al/Ti 3-ply sheet.
Wire brushing, which is a typical surface preparation method for roll bonding, has recently been highlighted as a potentially effective method for surface nanocrystallization. In the present study, the microstructure evolution and hardness of the wire-brushed surface and roll-bonded interface of a 1050 aluminum sheet were investigated. Wire brushing formed protruded layers with a nanocrystalline structure and extremely high surface hardness. After roll bonding, the protruded layers remained as hard layers at the interface. Due to their hardness and brittleness the interface hard layers, can affect the interface bonding properties and also play an important role determining the mechanical properties of multi-layered clad sheets.
A cold roll-bonding process was applied to fabricate an AA1050/AA6061/AA1050 laminate complex sheet. Two AA1050 and one AA6061 sheets of 2 mm thickness, 40 mm width and 300 mm length were stacked up after surface treatment that included degreasing and wire brushing; material was then reduced to a thickness of 3 mm by one-pass cold rolling. The laminate sheet bonded by the rolling was further reduced to 1.2 mm in thickness by conventional rolling. The rolling was performed at ambient temperature without lubricant using a 2-high mill with a roll diameter of 210 mm. The rolling speed was 5.0 m/sec. The AA1050/AA6061/AA1050 laminate complex sheet fabricated by roll bonding was then hardened by natural aging T4) and artificial aging (T6) treatments. The microstructures of the as-roll bonded and the age hardened Al complex sheets were revealed by optical microscope observation; the mechanical properties were investigated by tensile testing and hardness testing. The strength of the as-roll bonded complex sheet was found to increase by 2.9 times compared to that value of the starting material. In addition, the hardness of the complex sheets increased with cold rolling for AA1050 and age-hardening treatment for AA6061, respectively. After heat treatment, both AA1050 and AA6061 showed typical recrystallization structures in which the grains were equiaxed; however, the grain size was smaller in AA6061 than in AA1050.
Reinforced aluminum alloy base composites have become increasingly popular for engineering applications, since they usually possess several desirable properties. Recently, Warm Accumulative Roll Bonding (WARB) process has been used as a new novel process to fabricate particle reinforced metal matrix composites. In the present study, TiO2 particles are used as reinforcement in aluminum metal matrix composites fabricated through warm accumulative roll bonding process. Firstly, the raw aluminum alloy 1060 strips with TiO2 as reinforcement particle were roll bonded to four accumulative rolling cycles by preheating for 5 min at 300℃before each cycle. The mechanical and bonding properties of composites have been studied versus different volume contents of TiO2 particles by tensile test, peeling test and vickers micro-hardness test. Moreover, the fracture surface and peeling surface of samples after the tensile test and peeling test have been studied versus different amount of TiO2 volume contents by scanning electron microscopy. The results indicated that the strength and the average vickers micro-hardness of composites improved by increasing the volume content of TiO2 particles and the amount of their elongation and bonding strength decreased significantly.
An oxygen free copper was severely deformed by accumulative roll-bonding (ARB) process for improvement of its mechanical properties. Two copper sheets 1 m thick, 30 mm wide and 300 m long are first degreased and wire-brushed for sound bonding. The sheets are then stacked to each other, and roll-bonded by about $50\%$ reduction rolling without lubrication at ambient temperature. The bonded sheet is then cut to the two pieces of same dimensions and the same procedure was repeated to the sheets up to eight cycles $(\varepsilon-6.4)$. TEM observation revealed that ultrafine grains were developed after the third cycle, and their size was slightly increased at higher cycles. Tensile strength of the copper increased with the strain at low strain levels, but it hardly increased from 3 cycles $(\varepsilon>2.4)$ due to occurrence of dynamic recovery, even if the imposed strain increased.
A deoxidized low-phosphorous (DLP) copper was processed by accumulative roll-bonding (ARB) for ultra grain refinement and high strengthening. Two copper sheets 1 mm thick, 30 mm wide and 300 mm long are first degreased and wire-brushed for sound bonding. The sheets are then stacked to each other, and roll-bonded by about 50% reduction rolling without lubrication at ambient temperature. The bonded sheet is then cut to the two pieces of same dimensions and the same procedure was repeated to the sheets up to eight cycles (${\varepsilon}{\sim}6.3$). TEM observation revealed that ultrafine grains were developed after the 4th cycle, and their size decreased at higher cycles. Tensile strength of the copper increased with the equivalent strain, and it reached 547 MPa which was 3 times higher than that of the initial material. It is concluded that the ARB process is an effective method for high strengthening of the DLP copper.
A Cu-Fe-P copper alloy was processed by accumulative roll-bonding (ARB) for ultra grain refinement and high strengthening. Two 1mm thick copper sheets, 30 mm wide and 300 mm long, were first degreased and wire-brushed for sound bonding. The sheets were then stacked on top of each other and roll-bonded by about 50% reduction rolling without lubrication at ambient temperature. The bonded sheet was then cut into two pieces of the same dimensions and the same procedure was repeated for the sheets up to eight cycles. Microstructural evolution of the copper alloy with the number of the ARB cycles was investigated by optical microscopy (OM), transmission electron microscopy(TEM), and electron back scatter diffraction(EBSD). The grain size decreased gradually with the number of ARB cycles, and was reduced to 290 nm after eight cycles. The boundaries above 60% of ultrafine grains formed exhibited high angle boundaries above 15 degrees. In addition, the average misorientation angle of ultrafine grains was 30 degrees.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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