Estudo experimental do comportamento à tração em alta temperatura da liga de alumínio AA5083 com carga oscilante

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13307 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O comportamento do fluxo da liga de alumínio AA5083 a 450 \(^\circ \)C foi investigado sob condições de carga quase estática com e sem uma carga oscilante sobreposta. As amostras foram colocadas sob carga de tração em taxas de deformação constantes variando de 0,001 a 0,3 s\(^{-1}\). Um acessório foi projetado para gerar a oscilação de onda senoidal necessária e foi conectado à máquina de teste de tração MTS junto com uma célula de carga secundária altamente sensível. As frequências das oscilações impostas variaram de 5 a 100 Hz com amplitude variando de 0,02 a 0,5-N. Observou-se que a imposição de oscilações influencia o comportamento de deformação do material. Embora o rendimento e a resistência à tração permaneçam relativamente constantes, o alongamento total é 8–23% maior sob uma carga oscilante imposta. Além disso, foram investigados os perfis de distribuição de espessura ao longo do comprimento útil dos corpos de prova tracionados e observou-se que na presença de oscilações a distribuição de espessura é mais uniforme. Concluiu-se que a presença de uma carga oscilativa sobreposta resultará em maiores capacidades de deformação antes da fratura e adiará a ocorrência de danos em comparação com a conformação convencional. Este fenômeno foi explorado posteriormente utilizando uma sub-rotina de material definida pelo usuário desenvolvida para o solucionador de elementos finitos LS-DYNA para simular os testes de tração de carga constante conduzidos.

O alumínio AA5083 é uma liga de alumínio não tratável termicamente com excelente conformabilidade a frio e pode atingir níveis moderados de superplasticidade1. Esta liga é acessível e possui razoável resistência ambiental e boas propriedades mecânicas, tornando-a ideal para aplicações aeroespaciais, marítimas e automotivas2.

Com a alta demanda e o desenvolvimento de peças e produtos nas indústrias automotiva e aeronáutica, a necessidade de peças leves e processos de conformação aprimorados aumentou drasticamente. Portanto, muitas pesquisas estão envolvidas no aprimoramento de ligas leves de alumínio como a AA5083 e seus diferentes processos de conformação. Diz-se que um material exibe comportamento superplástico quando apresenta deformação plástica significativa (um alongamento \(> 200\%\)) a temperatura elevada sem estrangulamento antes da fratura3. Tanto as propriedades mecânicas (alongamento, UTS, temperaturas ótimas de formação, dependência da taxa de deformação, etc.) quanto as características microestruturais das ligas de alumínio superplásticas foram extensivamente investigadas . Existem três aspectos principais necessários para alcançar a superplasticidade: altas temperaturas de conformação (aproximadamente metade do ponto de fusão do material), tamanho de grão fino e estável (menos de 10 \(\upmu \)m) e um baixo e controlado taxa de deformação, normalmente entre 10\(^{-4}\) e 10\(^{-2}\) s\(^{-1}\). Muitas pesquisas foram feitas para otimizar esses aspectos, Hosseinipour realizou testes para obter temperaturas e taxas de deformação ideais, concluindo que 450 \(^\circ \)C e taxas de deformação de magnitude 10\(^{-3}\) s\(^{-1}\) obteve ótimos resultados11. Yogesha et al.12 relataram combinações semelhantes de requisitos de alta temperatura e baixa taxa de deformação para deformar superplasticamente.

De particular interesse, pesquisas publicadas mostraram a eficácia e os resultados da deformação superplasticamente das folhas AA508311,13. As deformações severas que ocorrem na formação superplástica são alcançadas principalmente pelo deslizamento dos limites de grão (GBS). Além disso, altos níveis de deslizamento de contorno de grão são acompanhados por um mecanismo de deformação acomodativo adicional, e os modelos GBS tradicionais são separados em duas categorias: GBS 14 acomodado difusionalmente e acomodado deslocalmente. O uso generalizado da conformação superplástica é o tempo significativo necessário para formar uma peça industrial, variando de dois a dez minutos15. Isto limita o número de peças que podem ser formadas, especialmente na indústria automotiva, o que aumenta significativamente o custo da peça.