Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Plastic flow of metals under cyclic change of deformation path conditions

Bochniak W., Korbel A., Ostachowski P., Łagoda M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 3

679--686

EN

Reverse dislocation slip in metal, forced by cyclic change of deformation path (loading scheme), causes localized plastic flow with formation of dislocation dipoles which subsequently collapse leading to high concentration of point defects. Very low migration energy of point defects, especially self-interstitial atoms, indicating low bonding in a crystal lattice, favors low plastic flow viscosity which in turn leads to low flow stress and high plasticity (superplasticity) of metal. This paper presents the experimental results of KOBO extrusion and KOBO complex rolling, at low (room) temperature. The first method was used to produce thin wires made of MgLi4 magnesium alloy (extrusion ratio […]), and fully compacted wires made of AZ91 magnesium alloy in the form of machining chips. Basing on the second method, it has been proved possible to change the mechanical properties of strips made of 7075 aluminum alloy without any reduction in their thickness.

2

Metal Forming of Lightweight Magnesium Alloys for Aviation Applications

Śliwa R. E., Balawender T., Hadasik E., Kuc D., Gontarz A., Korbel A., Bochniak W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1559--1566

EN

The work presents an analysis of selected magnesium alloys as structural materials to be used in production of aircraft parts as well as their technological parameters in some manufacturing processes. Upsetting test, backward extrusion and Kobo extrusion of complex cross-sectional profiles and forging process were realized using magnesium alloys AZ31, AZ61, AZ80, WE 43 and Mg alloy with Li for production of thin – walled aircraft profiles and forged aviation parts. The range of temperatures and extrusion rate for the manufacturing these profiles were determined. Tests also covered the analysis of microstructure of Mg alloys in the initial state as well as after the extrusion process. It has been proved that the proper choice of parameters in the case of a specific profile extruded from magnesium alloys allows the manufacturing of products of complex cross-sections and the quality required in aerospace industry. This has been demonstrated on the examples of complex cross-sectional profiles using elements of varied wall thickness and examples of forged aviation parts: aircraft wheel hub and helicopter lever for control system.

3

Niskotemperaturowa konsolidacja wiórów z trudnoodkształcalnych stopów aluminium

Korbel A., Bochniak W., Ostachowski P., Łagoda M., Kusion Z., Trzebuniak B., Śliwa R.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 2

133--152

PL

Na bazie wyników doświadczalnych, dokonano oceny możliwości recyklingu wiórów odpadowych z trudnoodkształcalnych stopów aluminium serii 2xxx i 7xxx, do postaci i cech litych wyrobów z pominięciem fazy ciekłej. W tym celu wykorzystano proces niskotemperaturowego wyciskania metodą KOBO. Badania cech geometrycznych, mechanicznych i strukturalnych wyrobów/prasówki pozwoliły na stwierdzenie ich pełnej konsolidacji i spełnienie wymagań stawianych wyrobom wytwarzanym z wlewków. W metodzie KOBO, dzięki intensywnej lokalizacji plastycznego płynięcia w pasmach ścinania, tworzenie wiązań atomowych pomiędzy sąsiadującymi ze sobą wiórami, związane jest z ich zagęszczeniem i odsłonięciem „świeżych” warstw przypowierzchniowych, pozbawionych tlenków i innych zanieczyszczeń. Co istotne, konsolidacja wiórów nie wymaga stosowania wysokiej, czy nawet podwyższonej temperatury procesu, co znacząco ogranicza niekorzystne zjawisko utleniania wiórów i negatywny wpływ na strukturę i własności mechaniczne wyrobów. W stosunku do innych metod recyklingu, niskotemperaturowe wyciskanie wiórów metodą KOBO, jawi się jako rozwiązanie w pełni innowacyjne, energooszczędne i technologicznie atrakcyjne (proces na zimno). Jego zastosowanie na zaadaptowanych do procesu KOBO pełnogabarytowych prasach przemysłowych, stwarza szansę na uzyskiwanie wyrobów o większych przekrojach poprzecznych i większym stopniu przerobu, a przy tym pozwoli na sterowanie własnościami wyrobu przez odpowiedni dobór parametrów prowadzenia procesu i ewentualnej obróbki cieplnej.

EN

Basing on experimental data, the possibility to recycle machining chips from hardlydeformable aluminum alloys (series 2xxx and 7xxx) into products with properties of solids leaving the liquid phase out has been assessed. To that end, low-temperature extrusion by the KOBO method has been used. Research regarding geometrical, structural and mechanical properties of the final products/compacts revealed their total consolidation and proved their compatibility with requirements for products made of ingots. Due to intense localization of plastic flow in shear bands during the KOBO method, atomic bonding between adjoining chips is a result of their densification and “fresh” near-surface layers, clear of oxides and other pollutants, being revealed. Importantly, the chips consolidation process does not require high or even raised temperature, which significantly reduces the unfavorable phenomenon of chips oxidation and its negative influence on the structure and mechanical properties of products. In comparison with other recycling solutions, low-temperature extrusion of machining chips by the KOBO method seems to have a range of advantages – it is innovative, energy–saving and technologically attractive (low-temperature process). The method's application on specially adapted full-size industrial presses makes it possible to obtain products with bigger cross-sectional areas and higher extrusion ratio, at the same time allowing to control the properties of products through a relevant choice of parameters for the procedure itself and the potential heat-treatment.

4

Warunki inicjacji procesu konsolidacji wiórów ze stopów magnezu poddanych niskotemperaturowemu wyciskaniu metodą KOBO

Korbel A., Bochniak W., Ostachowski P., Łagoda M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 12

734--740

PL

Eliminujący procesy metalurgiczne recykling wiórów ze stopów magnezu, stanowi współczesne wyzwanie stojące przed inżynierią materiałową. Jest ono o tyle złożone, że konwencjonalne, wysokotemperaturowe wyciskanie wiórów nie prowadzi do ich zadowalającej konsolidacji z uwagi na osiągany w tym procesie niewielki stopień przerobu i silne przypowierzchniowe utlenienie poszczególnych wiórów. Dotychczasowe wyniki prób rozwiązania tego problemu metodami SPD, w szczególności ECAP, z uwagi na niewielką wydajność, nie są zachęcające do wykorzystywania w praktyce przemysłowej. W tym kontekście, udokumentowane doświadczalnie możliwości konsolidacji wiórów ze stopów magnezu drogą ich niskotemperaturowego wyciskania metodą KOBO, otwierają zarówno nowy obszar badawczy jak i aplikacyjny. W artykule zidentyfikowano uwarunkowania ograniczające skuteczną inicjację procesu konsolidacji plastycznej wiórów ze stopu magnezu AZ91 bezpośrednio po rozpoczęciu ich niskotemperaturowego wyciskania metodą KOBO oraz podano sposób ich usunięcia.

EN

The recycling of magnesium alloy chips with the elimination of metallurgical processes is a great challenge for material engineering. It is a complicated task, because conventional, high-temperature extrusion of chips does not lead to their satisfactory consolidation, due to a low extrusion ratio of the process and strong near-surface oxidation of individual chips. Attempts to solve the problem with the use of SPD methods, ECAP in particular, have proved to be rather inefficient and not encouraging enough to be applied on an industrial scale. Therefore, experimentally proved possibility to consolidate magnesium alloy chips through low-temperature extrusion by the KOBO method creates both, a new area of research and application. This paper identifies conditions limiting an effective initiation of the process of plastic consolidation of chips of magnesium alloy AZ91, immediately after the process of their low-temperature KOBO extrusion begins, and proposes ways of eliminating these obstacles.

5

Wytwarzanie prętów do produkcji elektrod do zgrzewania punktowego za pomocą wyciskania metodą KOBO

Heyduk F., Ziółkiewicz S., Bochniak W., Korbel A.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 4

325--334

PL

Zgrzewanie punktowe jest najpopularniejszą metodą łączenia blach, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym i kolejowym. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań wytwarzania prętów, będących półwyrobem elektrod przeznaczonych do zgrzewania punktowego. Do badań wykorzystano pręty o średnicy 40 mm ze stopu miedzi Cu-Cr-Zr, które poddano przesycaniu przy dwóch wariantach temperatur: 900°C i 1030°C, a następnie wyciskano na zimno metodą KOBO i starzono. Wyciskanie metodą KOBO prowadzono przy dwóch wartościach siły wyciskania: 400 i 650 kN. W badaniach wykazano, że po tak przeprowadzonym procesie nastąpił wzrost twardości próbek, dochodzący do 10% przy wyciskaniu z siłą 650 kN w stosunku do materiału wyjściowego. W obu przypadkach próbek wyciskanych metodą KOBO obserwuje się ultra drobne ziarna w warstwie przypowierzchniowej na grubości ok. 200 μm, niezależnie od przyjętej siły wyciskania. Półwyroby po procesie KOBO i starzeniu mają inną strukturę przy powierzchni, w porównani do struktury rdzenia, niezależnie od wielkości siły wyciskania. Widać również układ pofalowanych pasm będących efektem płynięcia metalu w procesie wyciskania KOBO. W obu przypadkach próbek wyciskanych metodą KOBO i starzonych obserwuje się równomierne rozmieszczenie wydzieleń dyspersyjnych na tle rozdrobnionej struktury, przy czym rozdrobnienie jest większe dla próbki wyciskanej z większą siłą (650 kN). Uzyskane wyniki stanowią bazę umożliwiającą podjęcie w Instytucie Obróbki Plastycznej dalszych badań nad kształtowaniem plastycznym elektrod o wysokiej twardości, co pozwoli na zmniejszenie stopnia odpadu w stosunku do technologii obróbki skrawania o ok. 30%.

EN

Spot welding is the most popular method of joining sheets, particularly in the motorization and railway industries. This article presents the results of preliminary research on manufacturing rods as components used in the production of electrodes intended for spot welding. Rods with a diameter of 40 mm made of Cu-Cr-Zr copper alloy, hyperquenched at two different temperatures: 900°C and 1030°C, cold-extruded using the KOBO method and aged, were used in tests. KOBO extrusion was performed using two different extrusion force values: 400 and 650 kN. Tests prove that the hardness of specimens increased after this process, by up to 10% at extrusion with 650 kN of force compared to the starting material. In both cases of specimens extruded using the KOBO method, ultra-fine grains are observed in the near-surface layer over a thickness of approx. 200 μm, regardless of the accepted extrusion force. Semi-finished products after the KOBO process and ageing have a different structure near the surface than in the core, regardless of the extrusion force value. A wavy arrangement of bands can also be seen, the effect of metal flow during the KOBO extrusion process. In both cases of specimens extruded using the KOBO method and aged, uniform distribution of dispersive precipitates is observed on the background of the refined structure, where refinement is greater in the specimen extruded with greater force (650 kN). Obtained results constitute the foundations making it possible to undertake further research of plastic forming of electrodes of high hardness at the Metal Forming Institute, enabling reduction of waste by 30% compared to machining technology.

6

Wyciskanie metali i stopów metodą KOBO

Bochniak W., Korbel A., Ostachowski P., Ziółkiewicz S.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2013

|

T. 24, nr 2

83--87

PL

Praca dostarcza wiedzy na temat cech mechanicznych procesu współbieżnego wyciskania metali i stopów metodą KOBO oraz mających wówczas miejsce zjawisk strukturalnych, wskazując na ich odmienność w stosunku do występujących podczas wyciskania konwencjonalnego. Na bazie doświadczalnej, została przeprowadzona analiza skuteczności sterowania parametrami procesu w celu uzyskania założonych własności mechanicznych. Z drugiej strony, praca uzasadnia uznanie lepkiego płynięcia o cechach „cieczy newtonowskiej” jako dominującego mechanizmu odkształcenia materiałów metalicznych poddanych cyklicznie zmiennym warunkom plastycznego płynięcia. Decydującą rolę odgrywają wygenerowane w procesie KOBO defekty punktowe o ponadrównowagowej koncentracji. Ich konfiguracja od formy rozproszonej do postaci nanowymiarowych klastrów definiuje uzyskane przez wyroby własności użytkowe, w szczególności nieosiągalne innymi sposobami obróbki plastycznej własności wytrzymałościowe i plastyczne (nadplastyczne). Dotyczy to zarówno czystych metali jak i trudno odkształcalnych stopów magnezu oraz aluminium.

EN

The study represents knowledge about mechanical features of direct extrusion process of metals and alloys by KOBO method and related structural phenomena, showing their dissimilarity in relation to these ones appeared during a conventional extrusion. The control effectiveness of process parameters has been analysed on an experimental base in order to achieve assumed mechanical properties. On the other hand, the paper gives reasons for regarding a viscous flow with “Newtonian fluid” features as a dominant mechanism of strain of metallic materials exposed periodically to variable conditions of plastic flow. Point defects with supra-equilibrium concentration, generated in the KOBO process play a decisive role. Their configuration from a dispersed form to the form of nanodimensional clusters defines applicational properties obtained by the products, in particular, mechanical and plastic (superplastic) properties, unattainable by other plastic forming methods. It concerns both pure metals and hard-deformable magnesium and aluminium alloys.

7

Eksperymentalna i numeryczna analiza procesu instalacji nitu

Korbel A., Szymczyk E., Skorupa A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2013

|

Vol. 62, nr 2

181-200

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz analiz numerycznych MES związane z procesem zakuwania nitu. Analizie poddano stosowane w polskim przemyśle lotniczym nity z łbem kulistym z materiału PA24 oraz blachy ze stopu D16CzATW. Zbadano, jak siła nitowania wpływa na charakterystyczne wymiary zakuwki oraz ekspansję otworu nitowego, a następnie uzyskane wyniki porównano z wynikami analiz MES. Ponieważ dotychczas stosowane metody pomiaru ekspansji otworu mogą być obarczone błędem, opracowano własną metodę pomiaru, cechującą się większą dokładnością. Zbadano, jak przyjęty w analizach MES model materiału nitu wpływa na jakość otrzymywanych wyników. Wykazano, że wierne odtworzenie procesu nitowania w MES wymaga odpowiedniego zdefiniowania modeli materiałowych stosowanych w tych analizach. Ponadto określono wpływ siły zakuwania nitu na rozkład oraz wielkość resztkowych naprężeń promieniowych i obwodowych wokół otworu nitowego.

EN

Experimental results and numerical FE analysis related to the riveting process are considered in the paper. The research has focused on the round head rivet and D16CzATW sheet material used by Polish aircraft manufacturers. The effect of rivet squeeze force on the rivet driven head dimensions and rivet hole expansion was experimentally investigated and the results were compared with the FE results. In view of an insufficient accuracy of hole expansion measurement methods used so far, a novel more accurate measurement technique developed by the present authors has been applied. FE results were obtained for various models of the rivet material. It was shown that an adequate numerical modelling of the rivet installation is conditioned by appropriate assumptions about the constitutive characteristics of the rivet material. The impact of the squeeze force on distributions and values of residual stresses generated by riveting was also determined.

8

Charakterystyki mechaniczne i struktura drutu Al 99,7 % wyciskanego metodą KoBo

Jaskowski M., Brzostowic A., Bochniak W., Korbel A., Pieła K.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2012

|

R. 57, nr 7

43-443

PL

W artykule badano wpływ parametrów procesu wyciskania metodą KoBo (początkowej temperatury wsadu, prędkości wyciskania i częstotliwości rotacji matrycy) na strukturę, własności mechaniczne i charakterystyki umocnieniowe wyciśniętego drutu Al 99,7%. Stwierdzono, że własności wytrzymałościowe prosówki KoBo maleją wraz ze wzrostem temperatury początkowej wsadu, a przy stałej jej wartości - także ze wzrostem prędkości wyciskania, częstotliwości rotacji matrycy oraz stopnia zaawansowania procesu wyciskania (tzn. na długości wyrobu). Druty Al wyciskane z małą prędkością (0,1 mm/s) i z najmniejszą z zastosowanych częstotliwości rotacji matrycy (3 Hz), ze wsadów o początkowej temperaturze z zakresu od 20 do 220 [stopni]C wykazują strukturę włóknistą, wysokie własności wytrzymałościowe i niskie umocnienie odkształceniowe. W przypadku wyciskania "na zimno" drut osiąga Rm = 200 MPa i umacnia się do ok. 230 MPa po walcowaniu ze zgniotem 90 %. Wzrost temperatury początkowej wsadu i/lub częstotliwości rotacji matrycy powoduje stopniową zmianę struktury prosówki (rośnie udział objętościowy ziaren zrekrystalizowanych), co skutkuje spadkiem własności wytrzymałościowych i wzrostem plastyczności. Drut taki wprawdzie wykazuje zdecydowanie większe umocnienie odkształceniowe, lecz mimo to Rm po dużym zgniocie sięga co najwyżej 150 MPa (w przypadku drutu wyciskanego metodą KoBo w 400 [stopni]C), co upodabnia go do prosówki wyciskanej konwencjonalnie.

EN

The work presents a study on the influence of process parameters of extrusion by KoBo method (initial billet temperature, extrusion rate and frequency of the die rotation) on the structure, mechanical properties and work-hardening characteristics of extruded Al 99.7 % wire. It was found that the strength properties of KoBo extruded material decrease with increasing initial temperature of the billet, and at its constant value - also with an increase of extrusion rate, frequency of the die rotation and the advancement of the extrusion process (i.e. on the length of the product). Al wires extruded at low rate (0.1 mm/s) and at the lowest applied frequency of die rotation (3 Hz), from the billets at initial temperatures 20 [degrees]C, 100 [degrees]C to 220 [degrees]C exhibit a fibrous structure, high strength properties and low strain hardening. In the case of "cold" extrusion the wire reaches Rm = 200 MPa and is strengthened to about 230 MPa after rolling with 90 % cold work. Increase of initial temperature of the billet and/or frequency of the die rotation causes a gradual change in the structure of extruded material (the volume fraction of recrystallized grains increases), resulting in a decrease of strength properties and increase of workability. Although the wire exhibits much higher strain hardening, but still the Rm after substantial cold working reaches a maximum of 150 MPa (in case of wire extruded by KoBo at 400 [degrees]C), which makes it similar to conventionally extruded material.

9

Observations on fatigue crack growth and fatigue life of riveted lap joints

Skorupa A., Skorupa M., Machniewicz T., Korbel A.

Mechanics and Control

|

2012

|

Vol. 31, no. 3

108--114

EN

Effects of variables related to design and production of riveted lap joints representative of longitudinal sheet connections for a pressurized transport aircraft fuselage were experimentally investigated. The specimens from an aircraft Al alloy D16 Alclad sheets of three different thicknesses (1.9, 1.2 and 0.8 mm) were assembled under load control using round head rivets and rivets with the compensator from a P24 Al alloy. For the joints from 1.9 mm thick sheets fatigue tests indicated a dependency of the crack initiation site and crack path on the squeeze force level and on the rivet type. At the same time, increasing the squeeze force led to improved fatigue properties of the joints, specimens assembled using the rivets with the compensator showing fatigue lives consistently longer than joints with the round head rivets. All observed trends have been explained based on hole expansion and load transfer measurements. For thin sheets connected using the round head rivets, local deformations and indentations under the driven rivet head promoted crack initiation and failure in the adjacent sheet. Fatigue test results indicated that the detrimental effect of this type imperfections could outweigh the benefits associated with a decrease in secondary bending due to thinning the sheets. The rivets with the compensator were observed to cause significant local imperfections beneath the manufactured head, which adversely affected the joint fatigue performance.

PL

Sposób zniszczenia i wytrzymałość zmęczeniowa połączeń zakładkowych stosowanych w lotnictwie zależy od wielu czynników technologicznych i konstrukcyjnych, a w szczególności od rodzaju nitu i siły jego zakuwania oraz grubości łączonych blach. W artykule omówiono te zagadnienia na przykładzie blach o różnych grubościach z lotniczego stopu aluminium D16, połączonych zakładkowo za pomocą nitów z łbem kulistym ze stopu PA24. Próbki połączeń poddawane były stałoamplitudowym obciążeniom zmęczeniowym przy różnych poziomach naprężeń nominalnych. Wykazano, że wraz ze wzrostem siły zakuwania nitów rośnie trwałość zmęczeniowa połączenia, a tor pęknięcia oddala się od przekroju netto blachy. Zaobserwowano, że pęknięcia zmęczeniowe pojawiają się w blasze, w której ekspansja otworów nitowych jest mniejsza, co z kolei zależy od rodzaju nitu. Trendy te wyjaśniono na podstawie wyników pomiarów ekspansji otworów nitowych wypełnionych nitami zakutymi przy użyciu różnych sił oraz z uwzględnieniem wyznaczonego eksperymentalnie względnego udziału poszczególnych rzędów nitów w transferze obciążenia. Stwierdzono, że nity z kompensatorem nie są odpowiednie do łączenia cienkich blach; w trakcie zakuwania powstają znaczne deformacje złącza obniżające jego własności zmęczeniowe.

10

Pomiary podatności nitów oraz transferu obciążenia w połączeniach zakładkowych

Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A.

Przegląd Mechaniczny

|

2011

|

nr 3

36-41

PL

W artykule porównano podatności nitów w połączeniu zakładkowym z wykorzystaniem kilku metod, stosując je do realistycznej konfiguracji z trzema rzędami nitów. Zaproponowano dwie nowe techniki optyczne pozwalające na uniknięcie zafałszowania wyniku wpływem wtórnego zginania, trudnym do eliminacji w przypadku innych sposobów pomiaru. Jedna z zaproponowanych technik umożliwia ponadto określenie podatności dowolnie wybranego nitu w połączeniu, w odróżnieniu od metod dotąd stosowanych, które pozwalały jedynie na pomiar średniej podatności wszystkich nitów tworzących połączenie lub tylko nitów w skrajnym rzędzie złącza.

EN

Rivet flexibility in a riveted lap joint were compared using several methods for realistic configuration with three rows of rivets. There were proposed two novel optical techniques allowed avoiding erroneous results obtaining caused by secondary bending, difficult to eliminate using another measurements methods. One of proposed method additionally enables determination of rivet flexibility in joint, as distinct from methods applying up to now, which allowed only on measurement of average rivet flexibility in a joint or rivet flexibility in terminal raw of rivets.

11

Doświadczalna i teoretyczna analiza wtórnego zginania w zakładkowych połączeniach nitowych blach ze stopniowaną grubością

Skorupa M., Korbel A., Machniewicz T., Skorupa A.

Przegląd Mechaniczny

|

2011

|

nr 7-8

22-26

PL

Przedstawiono wyniki badań zmęczeniowych zakładkowych połączeń blach aluminiowych z trzema rzędami nitów. Rozważono konfigurację standardową, tj. o stałej grubości blach oraz zmodyfikowaną przez stopniowanie grubości blach w skrajnych rzędach nitów. W rzędach tych występują bowiem maksymalne momenty spowodowane wtórnym zginaniem blach, a stopniowanie grubości blach zaproponowano w celu obniżenia naprężeń zginających w tym obszarze. Badania przeprowadzono dla dwóch różnych sił zakuwania nitów. W obu przypadkach zaobserwowano wyższą trwałość zmęczeniową próbek ze stopniowaną grubością niż próbek standardowych.

EN

Results of fatigue tests of lap joints of aluminum plates with three rows of rivets were presented. Standard configuration i.e. with a constant thickness of metal sheets and modified by gradation of the thickness of metal sheet in extreme rows of rivets were considered. In those rows maximum moments caused by secondary bending of metal sheets were presented, and gradation of sheet thickness was proposed in order to decreasing of bending stresses occurring in this area. Experiments were conducted for two different forces of rivets clenching process. In both cases, it was observed higher fatigue life of specimens with graded thickness than the standard samples.

12

Innowacyjne rozwiązania w obszarze obróbki plastycznej – udział polskiej myśli technicznej

Korbel A., Szyndler R.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2010

|

T. 21, nr 3

203-216

PL

W pierwszej części opracowania, na przykładzie produkcji odkuwek w Polsce i na świecie, omówiono kondycję przemysłu przetwórstwa metali oraz kierunki przezwyciężenia ograniczeń wynikających ze wzrostu kosztów energii i surowców czy generalnie globalnego kryzysu finansowego. Szczególną uwagę poświęcono sposobom zmniejszenia negatywnych skutków tych obiektywnych ograniczeń w aspekcie ekonomiki produkcji i zaspokojenia oczekiwań rynku. W części drugiej dany jest przykład rozwiązania technologicznego (wyciskanie metodą KOBO), które jest wynikiem wieloletnich badań poznawczych i którego walory i konkurencyjność względem obecnie wykorzystywanych technologii jest dowiedziona w skali przemysłowej.

EN

An impact of rising costs of energy (electricity, gas) and generally global economical crisis on the current state of the metal forming industry in Poland and in the world is the subject of the first part of the paper. Particular attention is devoted to means of reduction of these objective constraints to satisfy the demands of the market in a sense of quantity and quality of the metal forming (forging) products. The efforts to find new technological solutions concurrent to know and commonly used processes in terms of energy consumption, manufacturing costs, environment protection and quality of products are therefore in focus of the research works. In the second part of the paper the example of the metal forming technology (KOBO extrusion) which result from the fundamental research and which potential has already been proven in industrial scale is given.

13

Significance of rivet flexibility for load transfer in lap joints

Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A.

Mechanics and Control

|

2010

|

Vol. 29, no. 2

63-69

EN

Presented in this paper are results of an experimental investigation on the rivet flexibility and load transmission in a riveted lap joint representative for the aircraft fuselage. The test specimens consisted of two aluminium alloy Alclad sheets joined with three rows of rivets. Rivet flexibility measurements have been performed under constant amplitude fatigue loading using several methods including two novel optical techniques developed by the present authors. The axial forces in the sheets required to determine the rivet flexibility have been derived from strain gauge measurements. In order to eliminate the effect of sheet bending the strain gauges have been bonded at the same locations on the outside and faying surface of the sheet. Variations of the rivet flexibility during the fatigue loading as well as the dependence of the rivet flexibility and load transmission on the rivet squeeze force have been studied. The experiments enabled to evaluate the usefulness of various techniques to determine the rivet flexibility. It was observed that although the measured flexibility was identical for both outer rivet rows, the load transfer through either of these rows was different. Previous experimental results of the authors suggest that the non-symmetrical load transfer distribution through the joint is associated with large differences between the rivet hole expansion in the sheet adjacent to the driven rivet head and the sheet under the manufactured head. It has been concluded that commonly used computation procedures according to which the load transfer is only related to the rivet flexibility may lead to erroneous results.

PL

Przedstawiono wyniki pomiarów podatności nitów oraz transferu obciążenia przez poszczególne rzędy nitów w zakładkowym połączeniu typowym dla konstrukcji lotniczych. Blachy ze stopu aluminium D16CzATW łączono trzema rzędami nitów zakuwanych z dwoma różnymi siłami. Prowadzone przy stałej amplitudzie obciążenia pomiary podatności nitów pozwoliły na porównanie i określenie użyteczności różnych technik pomiaru, w tym dwóch oryginalnych metod optycznych zaproponowanych przez Autorów. Konieczne do określenia podatności nitów osiowe siły działające w poszczególnych przekrojach poprzecznych łączonych blach wyznaczano przy użyciu tensometrów oporowych. Zbadano wpływ siły zakuwania na transfer obciążenia przez poszczególne rzędy nitów oraz na podatność nitów na różnych etapach trwałości zmęczeniowej połączenia. Stwierdzono nieco mniejszą podatność nitów w środkowym rzędzie połączenia w porównaniu z rzędami skrajnymi. Chociaż w obu skrajnych rzędach podatności nitów były takie same, to transfer obciążenia przez każdy z nich był inny. Wynika stąd, że zwykle stosowane procedury obliczeniowe uzależniające transfer obciążenia od samej tylko podatności nitów prowadzić mogą do zafałszowanych wyników.

14

Rivet flexibility and load transmission for a riveted lap joint

Skorupa M., Machniewicz T., Korbel A., Skorupa A.

Archive of Mechanical Engineering

|

2010

|

Vol. LVII, nr 3

235-245

EN

Presented in this paper are results of an experimental investigation on the rivet flexibility and load transmission in a riveted lap joint representative for the aircraft fuselage. The test specimens consisted of two aluminium alloy Alclad sheets joined with 3 rows of rivets. Two different squeeze forces were applied to install the rivets. Rivet flexibility measurements have been performed under constant amplitude fatigue loading using several methods including two original optical techniques developed by the present authors. The axial tractions in the sheets required to determine the rivet flexibility have been derived from strain gauge measurements. In order to eliminate the effect of secondary bending the strain gauges have been bonded at the same locations on the outside and faying surface of the sheet. The experiments enabled an evaluation of the usefulness of various techniques to determine the rivet flexibility. It was observed that, although the measured flexibility was identical for both end rivet rows, the load transfer through either of these rows was different. Previous experimental results by the present authors suggest that behind the non-symmetrical load transfer distribution through the joint are large differences between the rivet hole expansion in the sheet adjacent to the driven rivet head and the sheet under the manufactured head. It has been concluded that commonly used computation procedures according to which the load transfer is only related to the rivet flexibility may lead to erroneous results.

PL

W artykule zaprezentowano wyniki eksperymentalnych badań podatności nitów oraz transferu obciążenia w nitowanych połączeniach zakładkowych, typowych dla kadłuba samolotu. Badania prowadzono przy stałej amplitudzie obciążenia, na blachach z lotniczego stopu aluminium D16 połączonych trzema rzędami nitów przy dwóch różnych siłach ich zakuwania. Do pomiaru podatności nitów zastosowano kilka różnych metod w tym zaproponowane przez autorów dwie oryginalne metody optyczne. Porównywanie uzyskanych dzięki nim wyników umożliwiło ocenę użyteczności poszczególnych technik do wyznaczenia podatności nitów. Udział poszczególnych rzędów nitów w przenoszeniu obciążenia określony został na drodze pomiarów tensometrycznych. Celem uwzględnienia zjawiska wtórnego zginania tensometry oporowe mocowane były w rejonie zakładki parami tj. na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni jednej z łączonych blach. Stwierdzono nieco mniejszą podatność nitów w środkowym rzędzie połączenia w porównaniu z rzędami skrajnymi. Jakkolwiek w obu skrajnych rzędach podatności nitów były takie same, to transfer obciążenia przez każdy z nich był inny. Wyniki wykonanych wcześniej badań wskazują, że ten brak symetrii w transferze obciążenia może mieć związek ze znacznie większą ekspansją otworu nitowego w blasze po stronie zakuwki niż po stronie głowy fabrycznej. Wynika stąd, że zwykle stosowane procedury obliczeniowe uzależniające transfer obciążenia od samej tylko podatności nitów, prowadzić mogą do zafałszowanych wyników.

15

Zjawisko Ludersa w aluminium wyciśniętym metodą KOBO

Brzostowicz A., Korbel A., Bochniak W., Błaż L., Suder W.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 11

663-665

PL

Druty z technicznie czystego aluminium otrzymane "na zimno" w procesie wyciskania KOBO, podczas rozciągania charakteryzują się trzema rodzajami zachowań: 1 - szybką lokalizacją odkształcenia pogłębiającą się do postaci szyjki, 2 - odkształceniem typu Ludersa, 3 - monotonicznym przebiegiem. Odpowiadają one początkowi, środkowi i końcowi wyrobu. Pytania o powody wystąpienia oraz mechanizm ujawnionego zjawiska Ludersa, stały się inspiracją niniejszego artykułu.

EN

Wires made of technically pure aluminum obtained on the way of extrusion in "cold" conditions with KOBO method are characterized during tensile test by three types of behaviour: 1 - fast deformation localization getting more and more advanced towards a form of bottleneck, 2 - Luders type deformation, 3 - monotonic run. They correspond to the beginning, middle and the end of the product. The questions about the reasons why it is observed and what is the mechanism of revealed Luders phenomenon were the inspiration for making present study.

16

Wpływ sposobu odkształcania na strukturę, własności mechaniczne i stabilność cieplną cynku

Pieła K., Bochniak W., Korbel A., Ostachowski P., Błaż L.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 6

356-361

PL

Produkowane na linii ciągłego odlewania i walcowania a następnie ciągnione druty z cynku o czystości 99,995 % charakteryzują się niskimi własnościami mechanicznymi. Wytrzymałość na rozciąganie zazwyczaj nie przekracza wartości 140 MPa. W odróżnieniu od tego wyrobu, druty wyciskane współbieżnie metodą KOBO ze stopniem przerobu lambda = 100 bez uprzedniego podgrzania wsadu, charakteryzują się dużą wytrzymałością na rozciąganie, bliską 180 MPa. Ponadto, własności mechaniczne nie ulegają zmianie wskutek wyżarzania w zakresie temperatur wyżarzania do ok. 250 stopni Celsjusza i mogą być dodatkowo zwiększone poprzez zgniot, do wartości przewyższającej 300 MPa (granica plastyczności Rm = 250 MPa). Wraz ze wzrostem własności wytrzymałościowych stwierdzono równocześnie wzrost wydłużenia z 7 % do ponad 25 %. Przeprowadzone w pracy badania strukturalne drutów otrzymanych metodą KOBO, w których uzyskano wielkość ziarn ok. 35 microm, dowodzą, że możliwe jest uzyskanie wyrobów z czystego cynku o wysokich i stabilnych własnościach mechanicznych. Uzyskane wyniki, jak również powadzone aktualnie badania sugerują, że o wymienionych właściwościach wyrobu w dużym stopniu decydują inne czynniki strukturalne niż ogólnie znane procesy prowadzące do rozdrobnienia ziarn (podziarn) lub wzrostu gęstości dyslokacji.

EN

In industrial conditions, zinc wires are produced on a line of continuous casting and rolling (Properzi type) and the final mechanical properties (tensile strength about 140 MPa) are obtained as a result of passing through a multi-die drawing system. On the other hand, as shown by the results of recently published studies, the flow stress even exceeding 200 MPa is possible for zinc in the form of nanocrystalline (grain around 11 nm). Unfortunately, nanocrystalline products are achievable only in a laboratory scale. Industrially efficient solution which overcome this limitation is the KOBO method, which consists of metal extrusion with cyclic torsion. Results of research carried out within the framework of this work show that the wires "cold" extruded by the KOBO method with the extrusion ratio of lambda = 100, are characterized by ultimate tensile stress (U.T.S.) close to 180 MPa that is stable up to 250 degrees of Celsius. In addition, the value of this parameter can be increased through plastic deformation to a level higher than 300 MPa (yield stress Y.S. = 250 MPa), with simultaneous increase of elongation from 7 % to over 25 %. The structural analysis of wires (grain size of about 35 mm) shows that high and stable mechanical properties of products from pure zinc obtained with KOBO method are neither determined by grains (subgrains) refinement nor high density of dislocations, but other structural elements.

17

Własności mechaniczne drutów aluminiowych otrzymanych metodą KOBO

Ostachowski P., Korbel A., Bochniak W., Łagoda M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 11

707-710

PL

Spośród kilku sposobów umożliwiających dużą deformację plastyczną (SPD) i ukierunkowanych na polepszenie własności użytkowych materiałów metalicznych, proces wyciskania z cyklicznym skręcaniem (metoda KOBO) posiada, obok walorów testu doświadczalnego, cechy procesu przemysłowego. W związku z tym, że wyroby wyciskane metodą KOBO mogą osiągać znaczne długości, rodzi się pytanie o ewentualne zróżnicowanie ich własności mechanicznych na początku i końcu, spowodowane odmiennymi warunkami odkształcania (malejąca siła wyciskania, zmieniająca się temperatura). Problem ten stanowił przedmiot badań przeprowadzonych na drutach z aluminium o technicznej czystości (99,7 %), otrzymanych "na zimno" czyli bez wstępnego nagrzewania, w procesie wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu lambda = 100. Badania zostały skoncentrowane na ocenie możliwości uzyskania stałych własności mechanicznych na długości wyrobów oraz na określeniu wpływu temperatury wyciskania na ich stabilność. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że utrzymanie siły wyciskania na stałym poziomie nawet przy zmieniającej się w trakcie procesu temperaturze pozwala na otrzymanie w wyrobie stabilnych na jego długości własnościach. Możliwość utrzymania siły i prędkości wyciskania na stałym poziomie zagwarantowana jest przez odpowiednie sterowanie parametrami wyciskania metodą KOBO w trakcie trwania procesu. W szczególności sterowanie częstością oscylacji matrycy i utrzymanie stałej siły wyciskania w trakcie całego procesu, przy stałej, zadanej prędkości wyciskania. Korelacja własności wyrobu z siłą wyciskania dowiodła możliwości zmiany w szerokim zakresie własności mechanicznych wyrobu i zapewnienia ich stałości na całej jego długości. Badania pokazały także, że własności te są stabilne termicznie to znaczy nie zmieniają się nawet po wyżarzeniu przy temperaturze 250 stopni Celsjusza (0,7 Tm).

EN

Among a few methods allowing to obtain severe plastic deformation (SPD) and oriented to improve usage properties of metallic materials the extrusion process with cyclic torsion (KOBO method) possesses, besides the characteristics of experimental test, the properties of industrial process. According to the fact that the products extruded with KOBO method may be of great length, a question arises about possible diversification its mechanical properties at the beginning and at the end caused by different deformation conditions (decreasing extrusion force, changing temperature). This problem was the object of research carried out on wires made of technically pure aluminum (99.7 %) obtained on the way of cold working i.e. without pre-heating in the process of KOBO method with processing degree of lambda = 100. The tests focused on evaluation if it is possible to obtain constant mechanical properties along the length of the product and on determination of the influence of the extrusion temperature on its stability. The results obtained allow to state that maintaining the extrusion force at constant level, even despite of the temperature change in the process, makes it possible to receive stable properties along the length of the product. The possibility of maintaining the force and rate of extrusion at constant level is guarantied by appropriate control of parameters of extrusion with KOBO method during the process. In particular the control of the die oscillation frequency and maintaining of extrusion force constant at given and constant extrusion rate. Correlation of product properties with extrusion force proved that it is possible to change mechanical properties within wide range and to assure their stability along whole length of the product as well. The research also showed that these properties are heat stable i.e. they do not change even after annealing at the temperature of 250 degrees of Celsius (0,7 Tm).

18

Efekt cieplny w procesie wyciskania aluminium metodą KOBO

Walocha A., Korbel A., Bochniak W., Ostachowski P.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 11

773-777

PL

W artykule podjęto próbę odpowiedzi na pytanie, czy niska siła wyciskania rejestrowana w procesie KOBO nie jest spowodowana silnym wzrostem temperatury wyciskanego materiału. Z tego powodu, przeprowadzono proces wyciskania aluminium o technicznej czystości (99,7 %) zarówno metodą KOBO, jak i konwencjonalnie, "na zimno" i "na gorąco", wykorzystując do pomiaru rzeczywistej temperatury metalu, zespołu termopar umieszczonych w wyciskanym wsadzie. Umożliwiło to znalezienie zależności pomiędzy mechanicznymi parametrami procesu wyciskania oraz własnościami mechanicznymi wytworzonych wyrobów a rzeczywistą temperaturą panującą w momencie plastycznego płynięcia w strefie odkształcenia (ścinania). Badania pozwoliły na stwierdzenie, że temperatura nie jest czynnikiem decydującym o zainicjowaniu i realizacji "na zimno" procesu wyciskania metodą KOBO, ponieważ rozpoczyna się on pod wpływem relatywnie małego nacisku prasy, już przy temperaturze rzeczywistej równej 35 stopni Celsjusza. Ponadto w temperaturze wynoszącej ok. 300 stopni Celsjusza, proces KOBO wymaga prawie dwukrotnie niższego nacisku prasy niż wyciskanie konwencjonalne prowadzone w zbliżonej temperaturze. Uzyskane wyniki wpisują się we wcześniej sformułowaną koncepcję zakładającą, że silne przesycenie materiałów metalicznych atomami międzywęzłowymi mające miejsce podczas wyciskania metodą KOBO, nadaje im cechy "dynamicznej cieczy lepkiej" umożliwiając prowadzenie procesu odkształcania pod wpływem niskiego naprężenia.

EN

The paper is an attempt of answering the question if the low extrusion force recorded in KOBO process is a result of significant increase of extruded metal temperature. In order to do that the extrusion process of technically pure aluminum (99.7 %) was ran applying both KOBO method and conventionally, in "hot" and "cold" conditions, using a set of thermocouples located inside of the extruded charge for measuring the true temperature of the metal. It allowed to determine the dependences between the mechanical parameters of extrusion process as well as the mechanical properties of the products and true temperature reigning at the moment of plastic flow in deformation (shearing) zone. The research allowed to state that the temperature is not the initiation - and realization - determining factor of "cold" process of extrusion with KOBO method because it begins upon the influence of relatively small press load already at the true temperature of 35 degrees of Celsius. Furthermore at the temperature of 300 degrees of Celsius the KOBO process requires almost twice lower press load than in case of conventional extrusion carried out at similar temperature. The results obtained inscribe into an earlier formulated conception assuming that strong solutioning of metallic materials with interstitial atoms, taking place during extrusion with KOBO method, gives them the characteristics of "dynamic viscous liquid" allowing to run the deformation process under the influence of low stress.

19

Wytwarzanie drobnoziarnistych wyrobów ze stopu aluminium 7075 w procesie wyciskania metodą KOBO

Bochniak W., Korbel A., Błaż L., Brzostowicz A.

Przegląd Mechaniczny

|

2009

|

nr 10

33-37

20

Eksperymentalne badania własności zmęczeniowych zakładkowych połączeń nitowych stosowanych w lotnictwie

Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A.

Przegląd Mechaniczny

|

2009

|

nr 12

33-36

PL

Omówiono eksperymentalne badania własności zmęczeniowych zakładkowych połączeń nitowych stosowanych w lotnictwie, które są narażone na zniszczenie zmęczeniowe spowodowane działaniem wysokich ciśnień. Własności zmęczeniowe tych połączeń zależą od wielu czynników technologicznych i konstrukcyjnych. Istotne jest również zjawisko tzw. wtórnego zginania spowodowane mimośrodowością połączeń zakładkowych. W celu określenia, w jakim stopniu poszczególne czynniki wpływają na trwałość zmęczeniową, przeprowadzono badania na próbkach z trzema rzędami nitów poddanych osiowym obciążeniom stałoamplitudowym. Zmiennymi uwzględnionymi w pracy były: typ nitu oraz jego materiał, siła zakuwania nitu, a także materiał blachy.

EN

Results of an experimental research on the influence of several factors on the fatigue behaviour of simple riveted lap joint specimens under constant amplitude loading conditions were presented. The variables considered were the rivet type and material, sheet material and the squeeze force. Also, the effect of sheet thickness staggering in the overlap region on the joint fatigue life was studied in the context of secondary bending. The measurements of the driven head dimensions for a range of squeeze force levels and fatigue test results for rivets installed with various squeeze forces indicate that the squeeze stress rather than the rivet driven head dimensions is a safe standard for the quality of the rivet installation. The superior fatigue performance of a rivet with the compensator compared to the round head and universal rivet was noted. The underlying reason is the better hole filling achieved due to the presence of the compensator. Fatigue lives observed for the staggered thickness specimens are consistently longer than for the standard specimens.