Analiza procesu pełzania metalowego kompozytu dwuwarstwowego Al-Zn

• Autorzy: Uścinowicz R.

Warianty tytułu

EN

Analysis of creep process in two-layer metallic Al-Zn composite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono analizę procesu odkształceń zachodzących podczas pełzania bimetalicznego kompozytu warstwowego aluminium-cynk w warunkach jednoosiowego stanu naprężeń i stałej temperatury. Kompozyt do testów uzyskano poprzez sklejenie pasów blach aluminiowych i cynkowych przy pomocy kleju do metalu CX-80 na bazie żywicy epoksydowej. Badania przeprowadzono również niezależnie na składnikach bimetalu oraz na próbkach, których warstwy nie połączono ze sobą trwale na długości pomiarowej. W opisie matematycznym procesów deformacji podczas monotonicznego obciążania i pełzania wykorzystano zmodyfikowany model ciała odkształcalnego - ortotropowego, szeroko stosowany dla kompozytu typu laminat - tzw. isostrain model. Przeprowadzone na wstępie testy doraźne ze stałą prędkością odkształcenia [epsilon] = 2*10 - 3 1/s pozwoliły na wyznaczenie podstawowych wielkości mechanicznych, w tym granicznych wartości naprężeń, stałych sprężystości, parametrów równania Ramberga-Osgooda, opisującego charakterystyki rozciągania. Stwierdzono, że dla prób krótkotrwałych (doraźnych) realizowanych przy monotonicznym wzroście obciążenia prawo mieszanin prawidłowo opisuje właściwości mechaniczne metalowego kompozytu warstwowego w zakresie dużych odkształceń plastycznych. Badania pełzania prowadzono w zakresie stałych naprężeń 110+121 MPa i w stałej temperaturze 273 K na identycznych próbkach, jakie były użyte w testach doraźnych. Krzywe pełzania otrzymane z testów rozciągania posłużyły do wyznaczenia zależności pomiędzy prędkościami odkształceń pełzania a naprężeniami dla wyodrębnionych dwóch stadiów procesu pełzania. Dla drugiego okresu pełzania wyznaczono, dla badanych rodzajów materiałów, równania funkcji opisujących zależność prędkości pełzania od naprężeń. W przypadku aluminium (Al) i kompozytu Al-Zn relacje pomiędzy [epsilon]t i [sigma] były liniowe lub quasi-liniowe. Zaproponowano empiryczne równanie pozwalające na wyznaczenie prędkości pełzania ustalonego kompozytu metalowego Al-Zn w zależności od reologicznych charakterystyk odkształceniowych jego składników dla różnych poziomów naprężeń. Poprawność otrzymanego równania zweryfikowano, wykorzystując dane otrzymane z eksperymentu. W ramach badań dokonano oceny stopnia podobieństwa badanych tworzyw do modelu ciała liniowo-lepkosprężystego. W przypadku kompozytu Al-Zn stwierdzono podobieństwo izochronicznych krzywych pełzania, a także ich nieliniowość. W trakcie testów rozciągania zaobserwowano efekt charakterystycznego wygięcia próbek w kierunku prostopadłym do płaszczyzny próbek (od strony warstwy aluminium). Jest to efekt wynikły ze znacznej różnicy wartości współczynników Poissona składników kompozytu w zakresie sprężystym (V Zn = 0,25; V Al = 0,35) i odpowiednio zróżnicowanych wartości współczynnika skurczu poprzecznego w zakresie odkształceń plastycznych.

EN

Analysis of the deformation occurring during creep process of two-layer aluminium-zinc composite in conditions of fixed uniaxial stresses and the temperature was presented. The composite to tests made by gluing metal strips of aluminium and zinc with using of CX-80 glue based on epoxy resin. Tests were also independently carried out on components of bimetal, and on the specimens which layers did not permanently joined itself on the final gauge length. The mathematical description of deformation while monotonic loading and creep processes used an adapted model of deformational orthotropic body, widely applied for composites of the laminates type - so-called isostrain model. First tests carried out using monotonic increasing deformation rate [epsilon] = 2*10 - 3 1/s gave possibility to determination basic mechanical properties, it means: values of stress limits and elongations, elastics constants, Ramberg-Osgood's parameters describing characteristics of tensile. It was found that for short-lived temporary tests realized at the monotonic increasing load the mixtures law correctly described mechanical properties in the range of great plastic strains of two-layer composite metal. The creep tests were carried out at the constant stress in the range of 110+121 MPa and at the 273 K temperature at the identical samples which were used in initial tests. The creep curves received from tensile tests served for determination the dependence stationary creep rate on stress, for the tested material in the two separate stages of creep process. The formulas which described the relation among deformation creep rate and stresses for aluminium and Al-Zn composite during second period of creep were linear or quasi-linear form. Created empirical model of relation among creep strain rate and stress in the stationary creep period for Al-Zn composite contained rheological properties of components. Correctness of the worked out equation was verified using data held from experiment. During the study, the analysis of the similarity of tested materials to the model of the linear viscoelasticity body was executed. The reciprocal similarity of isochronous creep curves and non-linearity of form for Al-Zn composite was identified. In the tensile tests an effect of characteristic bending of specimen was observed in direction perpendicular to the plain of flat sample at the side of the aluminium layer. It could be explained by effect of the significant difference of the Poisson coefficients values of composite layers in the elastic range (V Zn = 0.25; V Al = 0.35) and suiting diversified values of contraction coefficient in the plastic range.

Słowa kluczowe

PL

metalowy kompozyt warstwowy; pełzanie; właściwości mechaniczne; umocnienie; krzywe izochroniczne

EN

clad metal; composite; creep; mechanical properties; hardening; isochronous curves

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 3
• Strony: 262--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Uścinowicz R.

• Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, ul. Wiejska 45 C, 15-351 Białystok,

Bibliografia

• [1] Shi-Hoon, Keun-Hwan Kim, Kyu Hwan, Dong Nyung Lee, Tensile deformation behavior of stainless steel clad aluminium bilayer sheet, Materials Science&Engineering 1997, A222, 158-165.
• [2] Dong Nyung Lee, Yoon Keun Kim, Tensile properties of stainless steel-clad aluminum sandwich sheet metals, Journal of Materials Science 1988, 23, 4, 1436-1442.
• [3] Dong Nyung Lee, Yoon Keun Kim, On the rule of mixtures for flow stress in stainless-steel-clad aluminum sandwich sheet metals, Journal of Materials Science 1988, 23, 4, 558-564.
• [4] Sherman D., The mechanical behavior of layered brazed metal/ceramic composite, Materials Letters 1998, 33, 255--260.
• [5] Biner S.B., Creep deformation and rupture behavior of a laminated metal matrix composite, Journal of Materials Science 2002, 37, 3555-3558.
• [6] Naumenko K., Altenbach H., A phenomenological model for anisotropic creep in a multipass weld metal, Arch. Appl. Mech. 2005, 74, 808-819.
• [7] ASTM EM-04 Standard test methods for tension testing of metallic materials, ASTM International 2004, 1-57.
• [8] PN-EN 10002-1. Metale. Próba rozciągania. Metoda badania w temperaturze otoczenia 2004.
• [9] Ramberg W., Osgood W.T., Description of stress-strain curves by three parameters. Technical Note 902. Washington: National Advisory Committee of Aeronautics 1943, 1-29.
• [10] Malinin N.N., Rżysko J., Mechanika materiałów, PWN, Warszawa 1981