The effect of AZ31 alloy flow stress description on the accuracy of forward extrusion FE simulation results

• Autorzy: Cyganek Z. , Tkocz M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ funkcji naprężenia uplastyczniającego stopu magnezu AZ31 na dokładność wyników symulacji MES wyciskania współbieżnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hot compression tests of the AZ31 magnesium alloy, performed for wide ranges of temperature and strain rate, revealed two different flow curve types for the material investigated. At higher strain rates and lower temperatures, flow curves exhibit a distinct peak. At lower strain rates and higher temperatures, flow stress values change less rapidly. This makes it difficult to find a single function able to accurately describe the deformation behaviour of AZ31 alloy in the entire forming range. The present study discusses an effect of the AZ31 magnesium alloy flow stress description on the accuracy of extrusion force prediction by means of FE simulation. A number of forward extrusion trials were carried out in order to acquire experimental data on AZ31 alloy deformation behavior in various forming conditions. Cylindrical billets of 40 mm in diameter and the tooling were initially heated to temperatures in the range of 200 to 400°C and placed in the working space of the 1500 kN hydraulic press to produce extruded rods of 12 mm in diameter. Numerical models for conducting corresponding extrusion simulations were prepared in Forge 2009 software and the selected form of Hensel-Spittel function was applied for the material flow stress description. Function coefficients were calculated both for the entire forming range of AZ31 alloy as well as for the ranges of parameters specific to a certain extrusion trial conditions. The numerical results were compared to the experimental ones and the accuracy of both approaches were estimated. It was found that the selected flow stress function, determined for the wide ranges of temperature and strain rate, allows to achieves a tis factory accuracy of AZ31 alloy extrusion force prediction by FE simulations.

PL

Dwa różne rodzaje krzywych płynięcia uzyskano w próbach ściskania na gorąco stopu magnezu AZ31, prowadzonych dla szerokiego zakresu temperatury i prędkości odkształcenia. Dla wyższych prędkości odkształcenia i niższych temperatur krzywe płynięcia wykazują wyraźne maksimum naprężenia uplastyczniającego. Dla niższych prędkości odkształcenia i wyższych temperatur zmiany wartości naprężenia uplastyczniającego są mniej gwałtowne. Z tego względu trudno jest znaleźć jedną funkcję opisującą zależność naprężenia uplastyczniającego dla całego zakresu warunków odkształcania stopu magnezu AZ31. W artykule przedstawiono wpływ zastosowanej funkcji naprężenia uplastyczniającego stopu AZ31 na dokładność wyznaczania siły wyciskania poprzez symulacje MES. Przeprowadzono szereg prób wyciskania współbieżnego w celu uzyskania danych doświadczalnych charakteryzujących zachowanie się stopu AZ31 w różnych warunkach kształtowania. Próbki walcowe o średnicy 40mm wraz z przyrządem do wyciskania były nagrzewane do temperatury w zakresie od 200 do 400°C i umieszczane w przestrzeni roboczej pionowej prasy hydraulicznej o nacisku 1500kN. Następnie wyciskano z nich pręty o średnicy 12mm. Próby wyciskania zostały zamodelowane w programie FORGE2009, a do opisu zmian naprężenia uplastyczniającego badanego stopu w zależności od warunków odkształcania wykorzystano wybraną postać funkcji Hensla-Spittla. Współczynniki funkcji zostały obliczone zarówno dla całego zakresu kształtowania stopu AZ31, jak i dla warunków występujących podczas określonej próby wyciskania. Wyniki obliczeń porównano z badaniami eksperymentalnymi, co pozwoliło na ocenę poprawności wyników symulacji numerycznych. Z badań wynika, że wybrana funkcja naprężenia uplastyczniającego, która została opracowana dla szerokiego zakresu temperatury i prędkości odkształcenia, pozwala na poprawne wyznaczanie siły wyciskania stopu magnezu AZ31 za pomocą symulacji MES.

Słowa kluczowe

EN

magnesium alloys; AZ31; flow stress; extrusion; FE simulation

PL

stopy magnezu; AZ31; naprężenie uplastyczniające; wyciskanie; symulacja MES

• 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: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 199--204
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cyganek Z.

autor

Tkocz M.

• Faculty of Materials Science and Metallurgy, Department of Materials Technology, Silesian University of Technology, 40-019 Katowice, 8 Krasińskiego Str., Poland

Bibliografia

• [1] R. Ye. Lapovok, M. R. Barnett, C. H. J. Davies, Construction of extrusion limit diagram for AZ31 magnesium alloy by FE simulation, J. Mater. Process. Tech. 146, 408-414 (2004).
• [2] S. J. Liang, Z. Y. Liu, E. D. Wang, Simulation of extrusion process of AZ31 magnesium alloy, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 499, 221-224 (2009).
• [3] G. Liu, J. Zhou, J. Duszczyk, Predicting the variation of the exit temperaturewith the initial billet temperature during extrusion to produce an AZ31 profile, Int. J. Mater. Form. 2, 113-119 (2009).
• [4] M. Chandrasekaran, Y. M. S. John, Effect of materials and temperature on the forward extrusion of magnesium alloys, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 381, 308-319 (2004).
• [5] S. C. V. Lim, M. S. Yong, Plane-strain forging of wrought magnesium alloy AZ31, J. Mater. Process. Tech. 171, 393-398 (2006).
• [6] D. Kuc, E. Hadasik, A. Kur, Influence of deformation parameters on rebuilt process in the hot deformed Mg-Al-Zn alloy, Hutnik - Wiadomości Hutnicze, 77, 406-410 (2010).
• [7] A. Hensel, T. Spittel, Kraft- und ArbeitsbedarfbildsamerFormgeburgsverfahren, VEB DeutscherVerlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig (1978).
• [8] A. Watari, K. Davey, M. T. Rasgado, T. Haga, S. Izawa, Semi-solid manufacturing process of magnesium alloys by twin-roll casting, J. Mater. Process. Tech. 155-156, 1662-1667 (2004).
• [9] A. Gontarz, A. Dziubińska, Ł. Okoń, Determination of friction coefficients at elevated temperatures for some Al., Mg and Ti alloys, Archives of Metallurgy and Materials 56, 379-384 (2011).
• [10] I. Flitta, T. Sheppard, Nature of friction in extrusion process and its effect on material flow, Mater. Sci. Tech. Ser. 19, 837-846 (2003).