Ambient and elevated temperature mechanical behavior of a high strength aluminum alloy after cold deformation

Abstract

Günümüzde alüminyum alasımların çelik alasımlara oranla otomativ ve uzay sanayisininyapısal uygulamalarında daha fazla tercih edildigi görülmektedir. Bu tezde7075 alüminyum alasımının tavlanmıs ve haddelenmis durumları altında sıcak sekildegistirme karakteristigi ve mikro yapısal gelisimi incelenmistir. Test numuneleriüzerinde farklı çevresel sıcaklıklarda (200, 250, 300 ve 350 C) ve farklı gerinme oranlarında(0.001, 0.01, 0.1 s−1) izotermik tek eksenli çekme testleri gerçeklestirilmistir.Test sonuçları üzerinde iki önemli etken olan sıcaklık ve gerinme oran duyarlılıgıkırılma mekanizmaları destegi ile tartısılmıstır. Test edilen durumların aktivasyon enerjilerininhesaplanabilmesi için örnek denklemlerdeki Zener-Hollomon degiskenindenfaydanılmıstır. Yapılan testlerin sonucunda deformasyon sıcaklıgındaki artısın ya dagerinim oranlarındaki azalısın yeniden kristallesmis tane oranını arttırdıgı görülmüstür.Bu artısın daha fazla uzamaya olanak sagladıgı anlasılmıstır. Bu durumun sebebiolarak çekme deformasyonu sırasındaki dinamik yeniden kristallesme öngörülmüstür.Dolayısıyla, 200 C ve 0.1 s−1 gerinme oranındaki haddelenmis numunelerin maksimumUTS degeri 218 MPa olarak ölçülmüstür. Oysa ki 350 C ve 0.01 s−1 gerilmeoranına sahip haddelenmis numunelerin kırılmaya kadar uzama oranı 55.9% olarakölçülmüstür.Ayrıca tavlamanın aksine soguk islemelerin maksimum gerilme degerini arttırdıgıve bu durumunda yüksek deformasyon sıcaklıklarından daha fazla süneklige yol açtıgıgörülmüstür. Tam tersine, ortam sıcaklıgında soguk islemelerin esnekligi azalttıgı gözlemlenmistir.Ancak 350 C sıcaklık ve 0.001 s−1 gerinme oranında genel yumusama egiliminin gelistigi ve sünekliginin azaldıgı görülmüstür. Bu azalıs yüksek sıcaklıklardakideformasyon esnasında olusan ikincil evrelerdeki dinamik çökelme ile açıklanmaktadır.Çalısılan sekil degistirme sartlarında incelenen kırılma yüzeyleri ile numunelerdedüsük sıcaklık kırılmalarına mikro boslukların bulundugu bölgesel boyunvermelerin sebep oldugu anlasımıstır. Öte yandan, sıcaklıgın artması ile bosluklarınbirlesmesi sayesinde kırılma meydana gelmis olup, daha iri ve fakat düsük yogunlugasahip bir kırılma morfolojisi ortaya çıkmıstır.

Nowadays, aluminum alloys in automotive and aerospace industries have assigneda noticeable portion in structural applications in comparison to many steel alloys.The aim of this study was to investigate the high-temperature deformation behaviorand microstructural evolution of Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy for two differentannealed and cold rolled conditions. The elevated temperature deformation behaviorand microstructural evolution of 7075 aluminum alloy at the annealed and cold rolledconditions have been studied. Isothermal uniaxial tensile tests at different temperaturesof ambient temperature, 200, 250, 300 and 350 C and strain rates of 0.001,0.01, 0.1 s−1 were conducted.The effects of two important factors; deformation temperature and strain rate sensitivityon the tensile deformation behaviors with support of fracture mechanism characteristicsare discussed in details. The Zener-Hollomon parameter in an exponenttypeequation has been utilized for both tested conditions in order to calculate theactivation energy for the studied conditions. The results review indicates that withthe increase of deformation temperature or the decrease of strain rate, the fractionof recrystallized grains increases which leads to higher elongation. This is mainlyattributed to dynamic recrystallization during the tensile deformation. Accordingly,the maximum UTS value at elevated deformation temperature has been reported 218MPa in rolled samples at 200 C under the strain rate of 0.1 s−1, whereas the maximumelongation to fracture was 55.9% in rolled samples at 350 C under the strainrate of 0.01 s−1.In addition, unlike annealed condition it has been observed that the cold workinghas a remarkable effect on increasing the peak stress and also leads to higher ductilityat elevated deformation temperatures. But in contrast, at ambient temperatureit has been observed that severely cold work could decrease the ductility. However,at 350 C and 0.001 s−1 the general trend of softening has changed and the ductilitydropped which could be imputed to the dynamic precipitation resulting in the formationof the secondary phases during high-temperature deformation. Observation ofthe fracture surfaces in the studied deformation conditions has showed that localizednecking caused the final fracture of the specimens in which microvoids can be seen atlower deformation temperatures. Whereas by increasing the deformation temperaturecoalescence of dimples and micro voids leading to a relatively coarse but less densemorphology resulted in fracture.