The influence of the texture on yield strength and strain hardening of high purity aluminum foils

• Autorzy: Lederer M. , Groger V. , Schafler E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ tekstury na granicę plastyczności i umocnienie odkształceniowe folii aluminiowych o wysokiej czystości

• Konferencja: SOTAMA Symposium on Texture and Microstructure Analysis (2; 26-28.09.2007; Cracow, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is well known that yield strength and strain hardenin g of metals strongly depend on the grain size and on the purity of samples. However, the crystallographic texture also plays an important role in terms of describing the mechanical properties. Usually it is difficult to distinguish between all these contributions to the material behavior. If one wants to measure the effect of texture alone without being disturbed by different kind of effects, it is necessary just to change the texture and keep everything else constant. We here report tensile tests of high purity aluminum foils of two different thicknesses. In order to separate the influence of the texture from grain size and impurity effects, we have cut 99.999% purity aluminum foils either parallel or diagonal from identical sheets. Further, the sample preparation included a heat treatment for two hours at 550°C. Thereby, a pronounced cubic texture was obtained. Using a tolerance angle of 10° for the Euler angles, we obtained 30.6% cubic texture for 270 pm thick foils and 36.2% cubic texture for 540 un thick foils. Then tensile tests were performed, where the angle between the tensile direction and the rolling direction was either 0° or 45°. The latter samples showed a smaller flow stress at low strain but a higher ultimate tensile strength at the end. This result was nicely reproduced by the foils of either thickness. In the last experimental step, the texture of the deformed specimens was recorded. It was found that the texture evolution is clearly altered when the orientation of the samples is changed. Nevertheless, the deformed samples have in common that the orientations of the grains are spread over wide angles after the tensile tests. Finally, an attempt was made to interprete the measured flow stress with the Taylor model. According to this model the elongation of the sample is generated by five operating slip systems in any grain. Taylor used the minimum shear principle to select the five active slip systems among the 12 slip systems of the fcc geometry with respect to the orientation of the grains. The ratio of the overall shear of the active slip systems to the macroscopic strain of the sample is the so called Taylor factor. The average Taylor factor should be proportional to the measured flow stress at low strain. However, first calculations yield deviating results. A possible explanation for this discrepancy could be that the number of active slip systems is actually below five.

PL

Wiadomo, że umowna granica plastyczności i umocnienie odkształceniowe metali silnie zależą od wielkości ziarna i czystości próbek. Jednakże, tekstura krystalograficzna także odgrywa ważną rolę przy określeniu własności mechanicznych. Zwykle trudno jest rozróżnić wpływ wszystkich tych czynników na zachowanie materiału. Jeśli chce się zmierzyć efekt samej tekstury bez zakłócania przez inne rodzaje zjawisk, konieczne jest zmieniać właśnie teksturę, a pozostawić wszystkie inne czynniki stale. W pracy przedstawiamy próby rozciągania wysokiej czystości folii aluminiowych o dwóch grubościach. Aby oddzielić wpływ wielkości ziarna i zanieczyszczeń od efektu tekstury wycieto folię z aluminium o czystości 99.999% albo równolegle albo diagonalnie z identycznych arkuszy cienkich blach. Dalsze przygotowanie próbek obejmowalo obróbkę cieplną w 550°C. W ten sposób uzyskano wyraźną teksturę sześcienna. Stosując kątową tolerancję 10° dla katów Eulera otrzymaliśmy 31% tekstury sześciennej dla folii o grubości 270 um i 38% dla folii o grubości 540 um. Próby rozciągania wykonano przy dla katów pomiędzy kierunkiem rozciągania, a kierunkiem walcowania albo 0° albo 45°. Ostatnie próbki wykazały mniejszą wytrzymałość plastycznit przy niskim odksztalceniu, ale wyższą końcową wytrzymałość na rozciąganie. Ten wynik ściśgle powtórzył się dla każdej z grubości folii. W ostatnim etapie eksperymentu zbadano teksture odksztalconych próbek. Stwierdzono, że rozwój tekstury wyraźnie zmienia się kiedy zmienia się orientacja próbki. Niemniej jednak, wspólne dla odkształconych próbek było, że próbie rozciągania orientacje ziaren były rozmyte w szerokim zakresie kątowym. Na zakończenie, podjęto próbę interpretacji zmierzonej wytrzymałości plastycznej przy pomocy modelu Taylora. Zgodnie z tym modelem wydłużenie próbki jest generowane przez pięć systemów poślizgu działających w każdym ziarnie. Taylor uzyl zasady minimalnego ścinania, aby wybrać pięć aktywnych systemów poślizgu — spomiędzy 12 systemów pślizgu dla geometry RPC — w zależności od orientacji ziaren. Stosunek całkowitego ścinania w aktywnych systemach poślizgu do makroskopowego odkształcenia próbki nazywane jest współczynnikiem Taylora. Średni współczynnik Taylora powinien być proporcjonalny do zmierzonej wytrzymałości plastycznej przy niskim odkształceniu. Jednakowoż pierwsze obliczenia dały błędne, odchylne wartości.Możliwym wyjaśnieniem dla tej niezgodności mogłoby być mniej niż pięci aktywnych systemów poślizgu.

Słowa kluczowe

EN

plasticity; tensile test; crystallographic texture; Taylor model; plastic anisotropy

PL

plastyczność; próby rozciągania; tekstura krystaliczna; model Taylora; anizotropia plastyczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 1
• Strony: 69--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lederer M.

autor

Groger V.

autor

Schafler E.

• FACULTY OF PHYSICS. UNIVERSITY OF VIENNA. BOLTZMANNGASSE 5. A-I090 WIEN, AUSTRIA

Bibliografia

• [1] G. I. Taylor, Plastic strain in metals, 28 th May Lecture to the Institute of Metals, May 4, 307-324 (1938).
• [2] H. J. Bunge, Texture Analysis in Materials Science, Matematical Methods, Butterworths, London, 1982.
• [3] U. F. Kocks, C. N. Tome, H.-R. Wenk, Texture and Anisotropy, Cambridge University Press, 1998.
• [4] S. Li, O. Engler, P. Van Houtte, Plastic anisotropy and texture evolution during tenslie testing of extruded aluminum profiles, Modellin g and Simulation in Materials Science and Engineering 13, 783-95 (2005).
• [5] M. Anwander, B. Zagar, B. Weiss, H. Weiss, Experimental Mechanics 40, 1, 1-8 (2000).
• [6] H. P. Karnthaler, The study of glide on {001} planes in f.c.c. metals deformed at room temperature, Philosophical Magazine A 38, 2, 141-56, (1978).
• [7] H. Honneff, H. Meeking, in S. Nagashima (Ed.), Proc. 6th Int. Conf. on Tex. of Mat. ICOTOM 6, 347. Iron and Steel Inst. of Japan 1981.
• [8] P. Van Houtte, in S. Nagashima (Ed.), Proc. 6 th Int. Conf. on Tex. of Mat. ICOTOM 6, 428, Iron and Steel Inst. of Japan 1981.
• [9] U. F. Kocks, H. Chandra, Slip geometry in partially constrained deformation, Acta Metall. 30, 695-709 (1982).
• [10] J. L. Raphanel, P. Van Houtte, Simulation of the rolling textures of b.c.c. metals by means of the relaxed Taylor theory, Acta Metall. 33, 1481-88 (1985).
• [11] P. Van Houtte, S. Li, M. Seefeldt, L. Delannay, Deformation texture prediction: from the Taylor model to the advanced Lamel model, Int. J. Plasticity 21, 589-624 (2005).