PopaIoan.pdf

52
 1 Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Op eraţional Sectorial Dezvoltarea R esurselor Uman e 2007 2013 Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesio nală în sprijinul creşterii econom ice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul c ercetării” Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945 Beneficiar: Universitatea Transilvani a din Braşov Universitatea Transilvania  din Bra ș ov Școala Doctoral ă Interdisciplinară Departament: ŞTIINŢA MATERIAL ELOR Ing. Ioan I. POPA MATERIALE AVANSATE MULTIFUNC ȚIONALE CU GRANULAȚIE ULTRAFINĂ/NANOMETRICĂ OB ȚINUTE PRIN DEFORMARE PLASTICĂ SEVERĂ MULT IFUNCTIONAL ADVANCED SU PERF INE/NANO - GRAINED MATERIALS OBTAINED BY SEVERE PLASTIC DEFORMATION Conducător ştiinţific Pr of . dr. ing. Vi rgil GE AMĂN BRA ȘOV, 2013

Transcript of PopaIoan.pdf

Page 1: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 152

1

Investeşte icircn oameni

FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 ndash 2013Axa prioritară 1 bdquoEducaţie şi formare profesională icircn sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştererdquoDomeniul major de intervenţie 15 bdquoPrograme doctorale şi post-doctorale icircn sprijinul cercetăriirdquoTitlul proiectului bdquoBurse doctorale pentru dezvoltare durabilardquo BD-DDNumărul de identificare al contractului POSDRU10715S76945Beneficiar Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din BrașovȘcoala Doctorală Interdisciplinară

Departament ŞTIINŢA MATERIALELOR

Ing Ioan I POPA

MATERIALE AVANSATE MULTIFUNCȚIONALE CU

GRANULAȚIE ULTRAFINĂNANOMETRICĂ OBȚINUTE PRINDEFORMARE PLASTICĂ SEVERĂ

MULTIFUNCTIONAL ADVANCED SUPERFINENANO -

GRAINED MATERIALS OBTAINED BY SEVERE PLASTIC

DEFORMATION

Conducător ştiinţific

Prof dr ing Virgil GEAMĂN

BRAȘOV 2013

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 252

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA ldquoTRANSILVANIArdquo DIN BRAŞOVBRAŞOV B-DUL EROILOR NR 29 500036 TEL 0040-268-413000 FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei)

COMPONENŢAComisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii bdquoTransilvaniardquo din Braşov Nr 5953 din 22072013

PREŞEDINTE Prof univ dr ing Teodor MACHEDON PISU

DECAN-Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din BrașovCONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC Prof univ dr ing Virgil GEAMĂN

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din Brașov

REFERENŢIProf univ dr ing Doina RĂDUCANUUniversitatea ldquoPolitehnicardquo din București

Prof univ dr ing Liviu NISTOR Universitatea Tehnică din Cluj-NapocaProf univ dr ing Ana VEȚELEANU

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din Brașov

Data ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat 11102013 ora 1100 salaWIII4 - Departamentul Știința Materialelor Str Colina Universității nr 4 Brașov

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le

transmiteţi icircn timp util pe adresa ioanpopaunitbvro popaiioanyahoocouk

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat

Vă mulţumim

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 352

3

CUPRINS

Pagteză

Pagrezumat

INTRODUCERE 6 9

CAPITOLUL 1 Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselorde Deformare Plastică Severă (DPS) 10 1011 Generalități Nanoştiinţe şi nanotehnologii 10 -12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţieultrafinănanometrică obţinute prin deformare plastică severă 13 10

13 Nanomaterialele - domeniu economic de mare interes 15 -14 Scurt istoric 19 -15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice

prin deformare plastică severă (DPS) 21 11151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin

extrudare ciclică Premise teoretice şi tehnologice 21 11152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea

materialelor metalice 22 11153 Clasificarea procedeelor de obţinere a nanomaterialelor

prin deformare plastică severă 24 -154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe 26 121541 Extrudarea icircn canal unghiular (ECAP) 26 -1542 Procedeul torsiune la presiune ridicată (HPT) 30 -1543 Laminarea cumulativă (repetitivă) icircn pachet (ARB) 32 -1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC) 33 12

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe 33 121551 Compresiune axială multiplă 33 121552 Icircndoire şi icircndreptare ciclică 35 -1553 Despicare prin curgere liniară 36 -

1554 Spin extrudarea 36 -1555 Deformarea locală cu torsiune severă 37 -1556 Extrudarea prin torsiune 37 -

156 Procese combinate 38 -16 Proprietăţile materialelor metalice obţinute prin deformare plastică severă 40 -17 Aplicaţii industriale 42 -18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul

procesării CEC a aliajelor de aluminiu 48 13

CAPITOLUL 2 Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concurăla realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plastică severăa materialelor metalice 52 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 452

4

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare 52 14211 Defecte punctiforme defecte liniare defecte de suprafață 52 -212 Alte defecte punctiforme 53 -213 Defecte liniare Dislocații 54 -

2131 Deplasarea dislocațiilor Dislocațiile și deformarea plastică 56 -

2132 Vizualizarea dislocațiilor 56 -2133 Importanța dislocațiilor 57 -214 Defecte de suprafață 58 -

22 Limita de curgere a unui cristal perfect 60 -23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor 62 1424 Deformația plastică datorită deplasării dislocațiilor 68 -25 Deformații ale monocristalelor și ale policristalelor (definire)

Procesul de glisare și tensiunea de deformație (curgere) plastică 70 -251 Policristale 73 15

26 Durificarea (ecruisarea) monocristalelor și policristalelor 74 -

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor 79 15271 Efortul necesar pentru a curba o dislocaţie 79 -272 Rezistența obstacolelor 80 -

28 Ecruisarea 81 -29 Teoriile ruperii 83 -

291 Teoria efortului normal maxim 84 -292 Teoria efortului de forfecare maxim (criteriul lui Tresca) 84 -293 Teoria energiei de deformare maxime (criteriul lui von Mises) 85 -

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor 85 15

2101 Reducerea dimensiunilor granulare 85 15211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice 86 162111 Materiale nanostructurate NanostructurareaTeoria structurii interne la trecerea micro-nano 87 162112 Tipuri de nanostructuri 89 -2113 Importanța nanostructur ării 90 172114 Clasificarea metalelor policristaline icircn concordanţă cu mărimea grăunţilor 91 -

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea

tehnologiei de extrudarea ciclică 95 17

31 Studiul deformațiilor și calculul forței necesare extrudării 95 -311 Studiul deformațiilor la extrudarea directă 96 -312 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor

sub formă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor 101 17313 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare 105 18314 Comparația relațiilor deduse prin cele două metode de calculConcluzii 108 -

CAPITOLUL 4 Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate

probelor din aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute 111 1941 Direcții de cercetare Programul experimental 111 1942 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 552

5

421 Adoptarea schemei de deformare plastică severă 113 20422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor 114 20423 Variabile de control ale procesului DPS 114 21

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări 116 2144 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă 118 22

441 Ansamblul matrițelor 118 22442 Pastila 120 23443 Semimatrițele 121 24444 Pistoanele 122 25445 Suportul matriței 123 25

45 Proiectarea arcului de compresiune utilizat pentru realizarea contrapresiunii 125 -46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale 127 27

461 Compoziții chimice Proprietăți 127 27462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural 130 28463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice

și fizice ale duraluminiului 131 28464 Pregătirea probelor 132 29465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03] 134 30466 Influența lubrifierii 137 32467 Analiza structurală 138 32

47 Concluzii 146 35

CAPITOLUL 5 Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului

icircn procesele de deformare prin extrudare ciclică 147 3651 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare 147 3652 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoreticeDetalii ale modelării 149 37

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material 156 39522 Analiza deformaţiilor 158 41523 Evoluţia forţei de extrudare 168 43524 Concluzii 174 45

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare 175 4661 Concluzii finale 175 4662 Contribuții originale 176 4663 Diseminarea rezultatelor 177 4764 Direcții viitoare de cercetare 178 48

Bibliografie 180 48

Anexa 1 - Rezumat scurt al tezei 186 50

Anexa 2 - Curriculum Vitae 187 51

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 2: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 252

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA ldquoTRANSILVANIArdquo DIN BRAŞOVBRAŞOV B-DUL EROILOR NR 29 500036 TEL 0040-268-413000 FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei)

COMPONENŢAComisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii bdquoTransilvaniardquo din Braşov Nr 5953 din 22072013

PREŞEDINTE Prof univ dr ing Teodor MACHEDON PISU

DECAN-Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din BrașovCONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC Prof univ dr ing Virgil GEAMĂN

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din Brașov

REFERENŢIProf univ dr ing Doina RĂDUCANUUniversitatea ldquoPolitehnicardquo din București

Prof univ dr ing Liviu NISTOR Universitatea Tehnică din Cluj-NapocaProf univ dr ing Ana VEȚELEANU

Universitatea ldquoTransilvaniardquo din Brașov

Data ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat 11102013 ora 1100 salaWIII4 - Departamentul Știința Materialelor Str Colina Universității nr 4 Brașov

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le

transmiteţi icircn timp util pe adresa ioanpopaunitbvro popaiioanyahoocouk

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat

Vă mulţumim

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 352

3

CUPRINS

Pagteză

Pagrezumat

INTRODUCERE 6 9

CAPITOLUL 1 Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselorde Deformare Plastică Severă (DPS) 10 1011 Generalități Nanoştiinţe şi nanotehnologii 10 -12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţieultrafinănanometrică obţinute prin deformare plastică severă 13 10

13 Nanomaterialele - domeniu economic de mare interes 15 -14 Scurt istoric 19 -15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice

prin deformare plastică severă (DPS) 21 11151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin

extrudare ciclică Premise teoretice şi tehnologice 21 11152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea

materialelor metalice 22 11153 Clasificarea procedeelor de obţinere a nanomaterialelor

prin deformare plastică severă 24 -154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe 26 121541 Extrudarea icircn canal unghiular (ECAP) 26 -1542 Procedeul torsiune la presiune ridicată (HPT) 30 -1543 Laminarea cumulativă (repetitivă) icircn pachet (ARB) 32 -1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC) 33 12

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe 33 121551 Compresiune axială multiplă 33 121552 Icircndoire şi icircndreptare ciclică 35 -1553 Despicare prin curgere liniară 36 -

1554 Spin extrudarea 36 -1555 Deformarea locală cu torsiune severă 37 -1556 Extrudarea prin torsiune 37 -

156 Procese combinate 38 -16 Proprietăţile materialelor metalice obţinute prin deformare plastică severă 40 -17 Aplicaţii industriale 42 -18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul

procesării CEC a aliajelor de aluminiu 48 13

CAPITOLUL 2 Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concurăla realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plastică severăa materialelor metalice 52 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 452

4

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare 52 14211 Defecte punctiforme defecte liniare defecte de suprafață 52 -212 Alte defecte punctiforme 53 -213 Defecte liniare Dislocații 54 -

2131 Deplasarea dislocațiilor Dislocațiile și deformarea plastică 56 -

2132 Vizualizarea dislocațiilor 56 -2133 Importanța dislocațiilor 57 -214 Defecte de suprafață 58 -

22 Limita de curgere a unui cristal perfect 60 -23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor 62 1424 Deformația plastică datorită deplasării dislocațiilor 68 -25 Deformații ale monocristalelor și ale policristalelor (definire)

Procesul de glisare și tensiunea de deformație (curgere) plastică 70 -251 Policristale 73 15

26 Durificarea (ecruisarea) monocristalelor și policristalelor 74 -

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor 79 15271 Efortul necesar pentru a curba o dislocaţie 79 -272 Rezistența obstacolelor 80 -

28 Ecruisarea 81 -29 Teoriile ruperii 83 -

291 Teoria efortului normal maxim 84 -292 Teoria efortului de forfecare maxim (criteriul lui Tresca) 84 -293 Teoria energiei de deformare maxime (criteriul lui von Mises) 85 -

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor 85 15

2101 Reducerea dimensiunilor granulare 85 15211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice 86 162111 Materiale nanostructurate NanostructurareaTeoria structurii interne la trecerea micro-nano 87 162112 Tipuri de nanostructuri 89 -2113 Importanța nanostructur ării 90 172114 Clasificarea metalelor policristaline icircn concordanţă cu mărimea grăunţilor 91 -

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea

tehnologiei de extrudarea ciclică 95 17

31 Studiul deformațiilor și calculul forței necesare extrudării 95 -311 Studiul deformațiilor la extrudarea directă 96 -312 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor

sub formă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor 101 17313 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare 105 18314 Comparația relațiilor deduse prin cele două metode de calculConcluzii 108 -

CAPITOLUL 4 Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate

probelor din aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute 111 1941 Direcții de cercetare Programul experimental 111 1942 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 552

5

421 Adoptarea schemei de deformare plastică severă 113 20422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor 114 20423 Variabile de control ale procesului DPS 114 21

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări 116 2144 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă 118 22

441 Ansamblul matrițelor 118 22442 Pastila 120 23443 Semimatrițele 121 24444 Pistoanele 122 25445 Suportul matriței 123 25

45 Proiectarea arcului de compresiune utilizat pentru realizarea contrapresiunii 125 -46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale 127 27

461 Compoziții chimice Proprietăți 127 27462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural 130 28463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice

și fizice ale duraluminiului 131 28464 Pregătirea probelor 132 29465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03] 134 30466 Influența lubrifierii 137 32467 Analiza structurală 138 32

47 Concluzii 146 35

CAPITOLUL 5 Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului

icircn procesele de deformare prin extrudare ciclică 147 3651 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare 147 3652 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoreticeDetalii ale modelării 149 37

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material 156 39522 Analiza deformaţiilor 158 41523 Evoluţia forţei de extrudare 168 43524 Concluzii 174 45

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare 175 4661 Concluzii finale 175 4662 Contribuții originale 176 4663 Diseminarea rezultatelor 177 4764 Direcții viitoare de cercetare 178 48

Bibliografie 180 48

Anexa 1 - Rezumat scurt al tezei 186 50

Anexa 2 - Curriculum Vitae 187 51

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 3: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 352

3

CUPRINS

Pagteză

Pagrezumat

INTRODUCERE 6 9

CAPITOLUL 1 Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselorde Deformare Plastică Severă (DPS) 10 1011 Generalități Nanoştiinţe şi nanotehnologii 10 -12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţieultrafinănanometrică obţinute prin deformare plastică severă 13 10

13 Nanomaterialele - domeniu economic de mare interes 15 -14 Scurt istoric 19 -15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice

prin deformare plastică severă (DPS) 21 11151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin

extrudare ciclică Premise teoretice şi tehnologice 21 11152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea

materialelor metalice 22 11153 Clasificarea procedeelor de obţinere a nanomaterialelor

prin deformare plastică severă 24 -154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe 26 121541 Extrudarea icircn canal unghiular (ECAP) 26 -1542 Procedeul torsiune la presiune ridicată (HPT) 30 -1543 Laminarea cumulativă (repetitivă) icircn pachet (ARB) 32 -1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC) 33 12

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe 33 121551 Compresiune axială multiplă 33 121552 Icircndoire şi icircndreptare ciclică 35 -1553 Despicare prin curgere liniară 36 -

1554 Spin extrudarea 36 -1555 Deformarea locală cu torsiune severă 37 -1556 Extrudarea prin torsiune 37 -

156 Procese combinate 38 -16 Proprietăţile materialelor metalice obţinute prin deformare plastică severă 40 -17 Aplicaţii industriale 42 -18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul

procesării CEC a aliajelor de aluminiu 48 13

CAPITOLUL 2 Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concurăla realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plastică severăa materialelor metalice 52 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 452

4

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare 52 14211 Defecte punctiforme defecte liniare defecte de suprafață 52 -212 Alte defecte punctiforme 53 -213 Defecte liniare Dislocații 54 -

2131 Deplasarea dislocațiilor Dislocațiile și deformarea plastică 56 -

2132 Vizualizarea dislocațiilor 56 -2133 Importanța dislocațiilor 57 -214 Defecte de suprafață 58 -

22 Limita de curgere a unui cristal perfect 60 -23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor 62 1424 Deformația plastică datorită deplasării dislocațiilor 68 -25 Deformații ale monocristalelor și ale policristalelor (definire)

Procesul de glisare și tensiunea de deformație (curgere) plastică 70 -251 Policristale 73 15

26 Durificarea (ecruisarea) monocristalelor și policristalelor 74 -

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor 79 15271 Efortul necesar pentru a curba o dislocaţie 79 -272 Rezistența obstacolelor 80 -

28 Ecruisarea 81 -29 Teoriile ruperii 83 -

291 Teoria efortului normal maxim 84 -292 Teoria efortului de forfecare maxim (criteriul lui Tresca) 84 -293 Teoria energiei de deformare maxime (criteriul lui von Mises) 85 -

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor 85 15

2101 Reducerea dimensiunilor granulare 85 15211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice 86 162111 Materiale nanostructurate NanostructurareaTeoria structurii interne la trecerea micro-nano 87 162112 Tipuri de nanostructuri 89 -2113 Importanța nanostructur ării 90 172114 Clasificarea metalelor policristaline icircn concordanţă cu mărimea grăunţilor 91 -

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea

tehnologiei de extrudarea ciclică 95 17

31 Studiul deformațiilor și calculul forței necesare extrudării 95 -311 Studiul deformațiilor la extrudarea directă 96 -312 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor

sub formă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor 101 17313 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare 105 18314 Comparația relațiilor deduse prin cele două metode de calculConcluzii 108 -

CAPITOLUL 4 Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate

probelor din aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute 111 1941 Direcții de cercetare Programul experimental 111 1942 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 552

5

421 Adoptarea schemei de deformare plastică severă 113 20422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor 114 20423 Variabile de control ale procesului DPS 114 21

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări 116 2144 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă 118 22

441 Ansamblul matrițelor 118 22442 Pastila 120 23443 Semimatrițele 121 24444 Pistoanele 122 25445 Suportul matriței 123 25

45 Proiectarea arcului de compresiune utilizat pentru realizarea contrapresiunii 125 -46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale 127 27

461 Compoziții chimice Proprietăți 127 27462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural 130 28463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice

și fizice ale duraluminiului 131 28464 Pregătirea probelor 132 29465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03] 134 30466 Influența lubrifierii 137 32467 Analiza structurală 138 32

47 Concluzii 146 35

CAPITOLUL 5 Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului

icircn procesele de deformare prin extrudare ciclică 147 3651 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare 147 3652 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoreticeDetalii ale modelării 149 37

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material 156 39522 Analiza deformaţiilor 158 41523 Evoluţia forţei de extrudare 168 43524 Concluzii 174 45

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare 175 4661 Concluzii finale 175 4662 Contribuții originale 176 4663 Diseminarea rezultatelor 177 4764 Direcții viitoare de cercetare 178 48

Bibliografie 180 48

Anexa 1 - Rezumat scurt al tezei 186 50

Anexa 2 - Curriculum Vitae 187 51

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 4: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 452

4

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare 52 14211 Defecte punctiforme defecte liniare defecte de suprafață 52 -212 Alte defecte punctiforme 53 -213 Defecte liniare Dislocații 54 -

2131 Deplasarea dislocațiilor Dislocațiile și deformarea plastică 56 -

2132 Vizualizarea dislocațiilor 56 -2133 Importanța dislocațiilor 57 -214 Defecte de suprafață 58 -

22 Limita de curgere a unui cristal perfect 60 -23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor 62 1424 Deformația plastică datorită deplasării dislocațiilor 68 -25 Deformații ale monocristalelor și ale policristalelor (definire)

Procesul de glisare și tensiunea de deformație (curgere) plastică 70 -251 Policristale 73 15

26 Durificarea (ecruisarea) monocristalelor și policristalelor 74 -

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor 79 15271 Efortul necesar pentru a curba o dislocaţie 79 -272 Rezistența obstacolelor 80 -

28 Ecruisarea 81 -29 Teoriile ruperii 83 -

291 Teoria efortului normal maxim 84 -292 Teoria efortului de forfecare maxim (criteriul lui Tresca) 84 -293 Teoria energiei de deformare maxime (criteriul lui von Mises) 85 -

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor 85 15

2101 Reducerea dimensiunilor granulare 85 15211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice 86 162111 Materiale nanostructurate NanostructurareaTeoria structurii interne la trecerea micro-nano 87 162112 Tipuri de nanostructuri 89 -2113 Importanța nanostructur ării 90 172114 Clasificarea metalelor policristaline icircn concordanţă cu mărimea grăunţilor 91 -

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea

tehnologiei de extrudarea ciclică 95 17

31 Studiul deformațiilor și calculul forței necesare extrudării 95 -311 Studiul deformațiilor la extrudarea directă 96 -312 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor

sub formă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor 101 17313 Calculul for ței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare 105 18314 Comparația relațiilor deduse prin cele două metode de calculConcluzii 108 -

CAPITOLUL 4 Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate

probelor din aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute 111 1941 Direcții de cercetare Programul experimental 111 1942 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 552

5

421 Adoptarea schemei de deformare plastică severă 113 20422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor 114 20423 Variabile de control ale procesului DPS 114 21

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări 116 2144 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă 118 22

441 Ansamblul matrițelor 118 22442 Pastila 120 23443 Semimatrițele 121 24444 Pistoanele 122 25445 Suportul matriței 123 25

45 Proiectarea arcului de compresiune utilizat pentru realizarea contrapresiunii 125 -46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale 127 27

461 Compoziții chimice Proprietăți 127 27462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural 130 28463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice

și fizice ale duraluminiului 131 28464 Pregătirea probelor 132 29465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03] 134 30466 Influența lubrifierii 137 32467 Analiza structurală 138 32

47 Concluzii 146 35

CAPITOLUL 5 Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului

icircn procesele de deformare prin extrudare ciclică 147 3651 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare 147 3652 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoreticeDetalii ale modelării 149 37

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material 156 39522 Analiza deformaţiilor 158 41523 Evoluţia forţei de extrudare 168 43524 Concluzii 174 45

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare 175 4661 Concluzii finale 175 4662 Contribuții originale 176 4663 Diseminarea rezultatelor 177 4764 Direcții viitoare de cercetare 178 48

Bibliografie 180 48

Anexa 1 - Rezumat scurt al tezei 186 50

Anexa 2 - Curriculum Vitae 187 51

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 5: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 552

5

421 Adoptarea schemei de deformare plastică severă 113 20422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor 114 20423 Variabile de control ale procesului DPS 114 21

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări 116 2144 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă 118 22

441 Ansamblul matrițelor 118 22442 Pastila 120 23443 Semimatrițele 121 24444 Pistoanele 122 25445 Suportul matriței 123 25

45 Proiectarea arcului de compresiune utilizat pentru realizarea contrapresiunii 125 -46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale 127 27

461 Compoziții chimice Proprietăți 127 27462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural 130 28463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice

și fizice ale duraluminiului 131 28464 Pregătirea probelor 132 29465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03] 134 30466 Influența lubrifierii 137 32467 Analiza structurală 138 32

47 Concluzii 146 35

CAPITOLUL 5 Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului

icircn procesele de deformare prin extrudare ciclică 147 3651 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare 147 3652 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoreticeDetalii ale modelării 149 37

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material 156 39522 Analiza deformaţiilor 158 41523 Evoluţia forţei de extrudare 168 43524 Concluzii 174 45

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare 175 4661 Concluzii finale 175 4662 Contribuții originale 176 4663 Diseminarea rezultatelor 177 4764 Direcții viitoare de cercetare 178 48

Bibliografie 180 48

Anexa 1 - Rezumat scurt al tezei 186 50

Anexa 2 - Curriculum Vitae 187 51

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 6: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 652

6

CONTENTS

Pagthesis

Pagabstract

INTRODUCTION 6 9

CHAPTER 1 The current state of knowledge in the processes of severe plastic deformation (SPD) 10 1011 General Nanosciences and Nanotechnologies 10 -12 Advanced multi-functional materials with ultrafine nano-grainedobtained by severe plastic deformation 13 1013 Nanomaterials - economic area of great interest 15 -14 History 19 -

15 Technological processing of metallic materials by (SPD) 21 11151 Current state of knowledge of cyclic extrusion processingTheoretical and technological premises 21 11152 Induction of severe plastic deformation inmetallic materials processing 22 11153 Procedures classification for obtaining nanomaterials bysevere plastic deformation 24 -154 Procedures for obtaining severe plastic deformation 26 12

1541 Equal channel angular pressing (ECAP) 26 -1542 High Pression Torsion (HPT) 30 -1543 Accumulative Roll Bonding (ARB) 32 -1544 Cyclic Extrusion Compression (CEC) 33 12

155 Other methods used to achieve severe plastic deformation 33 121551 Multiple axial compression 33 121552 Cyclic bending and straightening 35 -1553 By linear flow splitting 36 -1554 Spin extrusion 36 -1555 Severe local torsional deformation 37 -1556 Extrusion torsional 37 -

156 Combined Processes 38 -16 Properties of metallic materials produced by severe plastic deformation 40 -17 Industrial applications 42 -18 Conclusions about the current state of knowledge in the CEC processingof aluminum alloys 48 13

CHAPTER 2 Theoretical studies on the laws and phenomena thatcontribute to the achievement of ultrafine nano structure bysevere plastic deformation of metallic materials 52 14

21 Plastic deformation Strengthening mechanisms 52 14211 Point defects linear defects surface defects 52 -212 Other point defects 53 -

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 7: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 752

7

213 Linear defects Dislocations 54 -2131 Dislocations displacement Dislocations and plastic deformation 56 -2132 View dislocations 56 -2133 Dislocations importance 57 -

214 Surface defects 58 -

22 Yield strength of a perfect crystal 60 -23 Deformation mechanismsThe concept of slip Dislocation slip 62 1424 Plastic strain due to dislocation motion 68 -25 Deformations of single crystals and polycrystals (definition)The process of gliding and tension of plastic deformation (flow) 70 -

251 Polycrystals 73 1526 Hardening (hardened) crystals and polycrystals 74 -27 Increasing the materials resistance to deformation 79 15

271 Stress to bend a dislocation 79 -272 Obstacle strength 80 -

28 Hardening (strengthening) 81 -29 Fracture theories 83 -

291 Maximum normal stress theory 84 -292 The maximum shear stress criterion (Trescarsquos criterion) 84 -293 The maximum distortion energy criterion (Von Mises criterion) 85 -

210 Strategies for metal strengthening 85 152101 Reduce grain size 85 15

211 Studies on the formation of nanoscale structures 86 162111 Nanostructured materialsNanostructuring

The theory of internal structure to shift micro-nano 87 162112 Types of nanostructures 89 -2113 The importance of nanostructuring 90 172114 Classification of polycrystalline metals in accordancewith the grain size 91 -

CHAPTER 3 Study the forces that contribute tothe achievement of cyclic extrusion technology 95 1731 Study strains and calculating extrusion force required 95 -

311 The study of strains to direct extrusion 96 -312 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas pressure summation method 101 17313 Calculate the force needed to direct extrusion rod blanksas energy consumption equivalent method for forming 105 18314 Comparison of deduced relationship between the twomethods of calculation Conclusions 108 -

CHAPTER 4 Experimental tests applied to the samples of the cyclicextrusion of aluminum alloys investigated and the results 111 19

41 Research directions The experimental program 111 1942 Designing technology for severe plastic deformation 113 20

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 8: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 852

8

421 Adoption of severe plastic deformation scheme 113 20422 Fixing typo-size blanks 114 20423 Control of process variables SPD 114 21

43 Machinery and equipment used in the experiments 116 2144 Design mold (die) for severe plastic deformation 118 22

441 Mold (die) assembly 118 22442 Pill 120 23443 Halves 121 24444 Plungers 122 25445 Support mold (die) 123 25

45 Design of compression spring used to create backpressure 125 -46 Materials used in the experimental tests 127 27

461 Chemical composition Properties 127 27462 The main properties of dural type alloys 130 28463 The influence of alloying elements on mechanical and physical

properties of duraluminrsquos 131 28464 Preparation of samples 132 29465 Processing CEC Results from tests of cyclic extrusionDetermination of microhardness[HV03] 134 30466 Influence of lubrication 137 32467 Structural Analysis 138 32

47 Conclusions 146 35

CHAPTER 5 Modeling and numerical simulation of material flow in

cyclic extrusion deformation processes 147 3651 Finite element calculation method in the analysis of the extrusion process 147 3652 Implementation of FEM in the analysis of cyclic extrusionTheory Details of modeling 149 37

521 Generation tools semi-finished and material parameters 156 39522 Deformation analysis 158 41523 Extrusion force evolution 168 43524 Conclusions 174 45

CHAPTER 6 Conclusions Original contributionsDissemination of results Future research directions 175 4661 Conclusions 175 4662 Original contributions 176 4663 Dissemination of results 177 4764 Future research directions 178 48

Bibliography 180 48

Appendix 1 - Brief summary of the thesis 186 50

Appendix 2 - Curriculum Vitae 189 52

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 9: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 952

9

INTRODUCERE

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință

icircncadrată icircn categoria investițiilor de capital cu risc icircnalt Interesul pentru materialele nanostructurateicircn volum este justificat de proprietățile f izice și mecanice deosebite obținute icircn cadrul produselor

metalice ce posedă asemenea structuri Procesarea prin deformare plastică severă reprezintătotalitatea acelor procedee de prelucrare a materialelor prin intermediul cărora deforma ții plastice

foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului supus procesului icircn scopul de a se crea structuricu grăunți ultrafine UFG (sau de dimensiuni nanometrice NG) Această metodă de procesare poatecrea nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat avacircnd certitudineaobținerii unor proprietăți superioare bine stabilite ale acestuia și f ără a-i fi periclitată icircn vreun felintegritatea mecanică icircn timpul deformării [16] [36]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și

componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare dar cu dimensiuni și greutate specific ă

reduse fără a provoca icircn vreun fel alterarea condițiilor de mediu

Obiectivele tezei

Prin prezenta lucrare se dorește deschiderea perspectivei pentru ldquoapropiereardquo conceptului dedeformare plastică severă de procesul de fabricație a diverselor componente și piese din fabricația

curentă din Romacircnia susceptibile a putea fi realizate icircn viitor prin acest procedeu fiind dorităintegrarea și aplicarea rezultatelor cercetării icircn industria națională Este de asemenea dorită osintetizare a datelor științifice fundamentale stabilirea și exemplificarea limitărilor metodei dedeformare plastică cu deformații severe extinder ea orizontului de cunoaștere a mecanismelor tehnologice generate de introducerea deformațiilor severe și lărgirea sferei de aplicabilitate către noi

materiale și piese cu potențiale noi geometriiIcircn acest sens principalele obiective ale tezei sunt Obținerea de materiale avansate multifuncționale cu structur ă ultrafinănanometrică

cu caracteristici fizico-mecanice icircmbunătățite prin deformare plastică severă șianume prin procedeul extrudării ciclice

Implementarea activității de simulare a procesului de deformare adaptată variatelor condiții tehnologice ale acestuia pentru a putea oferi un instrument util dezvoltăriifabricației icircn astfel de procese de a se construi soluții valide pentru practica

industrială pentru o reală introducere a programelor de calcul icircncă din faza de proiectare aceasta fiind esențială icircn construirea tehnologiilor moderne de deformare plastică

Generarea unui suport științific și experimental al numeroaselor caracteristici ceinfluențează procesul de deformare (dimensiunile canalului - diametrul respectivlungimea acestuia diametrul canalului icircn zona de calibrare unghiul de intrareunghiul de ieșire numărul de treceri schema de extrudare viteza de presare condițiilede lubrifiere gradul de reducere gradul de deformare) pentru a se crea premiseleoptimizării procesului de deformare plastică severă

Organizarea tezei

Lucrarea icircncepe cu precizarea cadrului general științific referitor la subiectul dezvoltat icircn

capitolul1 De asemenea se face o icircncadrare a temei abordate icircn problematica generală a deformării

plastice convenționale In acest sens se prezintă metodele folosite pentru deformare plastică severăcu exemplificarea particularităților tehnologice interdependența dintre dimensiunea granulației și

proprietățile mecanice aspecte tehnologice ale deformării plastice severe Pentru a atrage interesul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 10: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1052

10

procesatorilor unor piese diverse sunt prezentate cacircteva aplicații industriale obținute prin

valorificarea structurilor cu grăunți ultrafini

In capitolul 2 se prezintă un studiu teoretic referitor la principiile și mecanismele interne cestau la baza proceselor de deformare plastică icircn general și apoi ale proceselor de deformare plasticăseveră icircn special precum și teoriile și mecanismele ce stau la baza modifică rilor structurale ce se

produc la trecerea din stadiul micro la stadiul nano deci a rafinării structurii granulareIn capitolul 3 am realizat un studiu teoretic asupra for țelor ce concur ă la realizarea

tehnologiei de extrudare ciclică și a deformațiilor ce apar icircn cadrul procesului de asemenea un calculal for ței necesare extrudării directe ca etapă a extrudării ciclice prin două metode și apoicompararea acestora și a preciziei rezultatelor obținute

In capitolul 4 se descrie metodologia şi structura icircncercărilor experimentale precizacircndaspectele tehnice cu privire la material pregătirea probelor şi echipamentele folosite pentrudeterminări Se prezintă rezultatele experimentale obţinute icircn urma desfăşurării procesului deextrudare ciclică prin inducerea unor deformaţii plastice severe caracterizacircnd şi dezvoltacircnd aspecte

privind curgerea materialului icircn matriţă modificările care apar icircn valorile proprietăţilor mecanice

după fiecare trecere evoluţia mărimii grăunţilor pentru fiecare caz specific al modificării diferitelor caracteristici ale procesului In capitolul 5 se fixează cadrul ştiinţific al introducerii programului de simulare analiză cu

element finit (FEA) FORGE 2009 icircn analiza trecerilor din cadrul procesului de extrudare ciclică icircncare apar deformaţii severe se fixează parametrii de material parametrii tehnologici se evalueazăcaracterul complex al curgerii materialului prin starea de tensiuni şi deformaţii Icircn final s-au extrasconcluzii cantitative şi calitative cu privire la stabilitatea procesului de deformare măsurabile prinanalize comparative ale rezultatelor experimentale şi ale celor obţinute prin simulare Analiza scoateicircn evidenţă rolul important al simulării ca parte importantă icircn proiectarea geometriei sculelor a

proprietăţilor materialului şi a condiţiilor de procesareIn capitolul 6 se prezintă Concluzii finale contribuțiile originale ale autorului modul icircn care

s-a făcut diseminarea rezultatelor cercetării și cacircteva recomandări și direcții viitoare de cercetare

CAPITOLUL 1Stadiul actual al cunoașterii icircn domeniul proceselor de Deformare

Plastică Severă (DPS)12 Materiale avansate multi-funcţionale cu granulaţie ultrafină nanometrică

obţinute prin deformare plastică severă

Proiectate să icircndeplinească obiective multiple la nivele de performanţă apropiate induse deun complex neobişnuit dar eficient de proprietăţi materialele multifuncţionale oferă numeroase

posibilităţi pentru dezvoltarea aplicaţiilor ce pun icircn valoare sinergia sistemelor cu structură ultrafinăsau nanometricăGranulaţia fină este condiţia fundamentală a superplasticităţii ea construieşte echilibrul

rezistenţă-tenacitate modifică proprietăţile termice reactivitatea chimică rezistenţa la coroziune saula uzură determinacircnd astfel caracterul multifuncţional al materialului

Tendinţa actuală de a obţine aliaje cu granulaţie ultrafinănanometrică are cel puţin douămotivaţii prima este legată de creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii care variază invers

proporţional cu pătratul dimensiunii de grăunte ndash prin relaţia Hall-Petch iar a doua este determinatăde stabilitatea granulaţiei ultrafine la temperaturi ridicate care creează premisele deformării

Structura nanometrică stabilă cu grăunţi fini separaţi de limite la unghiuri mari creează premisele transformării unor materiale cu ductilitate precară sau recunoscute ca fragile icircn materiale

cu deformare excepţională icircn condiţiile unei asociaţii rezistenţă ndash tenacitate uniceObţinerea economică a materialelor de volum industrial cu granulaţie ultrafină nanometricăcontrolată fără defecte structurale care afectează complexul proprietăţilor (ex porozităţi saumicrofisuri) pune icircn valoare procedeele de deformare plastică severă (DPS) Prelucrarea plastică cu

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 11: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1152

11

grade mari de deformare la limite de curgere scăzute printr-un proces de curgere plastică uniformădescrie superplasticitatea şi defineşte premisele proiectării tehnologice 3D de performanţă şi icircndomeniile prelucrărilor industriale tradiţionale prin procedee convenţionale (industria deautomobile aviaţie telecomunicaţii electronică computere etc) [93]

Fi gura 14 - Schema propriet ților materi alelor multi funcţionale ob ținute prin DPS [93]

15 Procesarea tehnologică a materialelor metalice prin deformare plasticăseveră (DPS)

151 Stadiul actual de cunoaştere a procesării prin extrudare ciclică Premiseteoretice şi tehnologice

Prin starea de deformare se icircnţelege totalitatea modificărilor geometrice ce apar icircntr-un corpsupus acţiunii forţelor exterioare și care caracterizează schimbarea formei corpului icircn timpuldeformării Deformarea plastică severă este aplicată pentru obţinerea materialelor metalicenanostructurate In acest scop trebuie să se asigure condiţii speciale icircn ceea ce priveşte starea detensiuni şi deformare viteză de deformaţie şi temperatură Aceste condiţii sunt definite pe baza

principiilor termodinamicii şi cineticii procesului SPD Icircn cazul deformării la rece trebuie dezvoltatăo stare de tensiuni de compresiune spaţială (3D) cu valoare foarte mare a componentei hidrostaticeodată cu un grad de deformare foarte mare Icircn cazul deformării la cald trebuie asigurată stare decompresiune intensă grad de deformare ridicat şi un control precis al procesului de răcire lasfacircrşitul deformării La SPD energia liberă asociată defectelor de reţea este foarte mare Icircn acelaşitimp valoarea foarte mare a intensităţii tensiunii determină o valoare redusă a tensiunii superficialeAceste condiţii sunt favorabile din punct de vedere termodinamic pentru obţinerea unor structurifoarte fine [93]

Este cunoscută dependenţa dintre mărimea grăunţilor unei structuri policristaline metalice şi proprietăţile fizico-mecanice O structură cu grăunţi grosolani este asociată unor caracteristici fizico-mecanice scăzute iar o structură metalografică cu grăunţi fini are icircntotdeauna caracteristicisemnificativ superioare

Rezistenţa la curgere (σ y) a materialelor policristaline depinde de diametrul mediu (d ) algrăunţilor conform relaţiei Hall-Petch

(11)unde σo este tensiunea de frecare iar A este o constantă de material

152 Inducerea deformaţiilor plastice severe icircn procesarea materialelor metalice

Structurile metalografice cu grăunţi ultrafini şi nano răspund cerinţelor de a avea rezistenţela curgere icircn materialele metalice cacirct mai ridicate pentru a putea reduce astfel cantitatea de materialicircncorporat icircn piese (se reduce consumul de material şi greutatea pieselor)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 12: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1252

12

Prima icircncercare de a crea structuri ultrafine aparţine lui Segal [61] care a introdus extrudareaunghiulară icircn canale egale icircn omogenizarea structurii şi icircmbunătăţirea proprietăţilor materialelor ulterior deformate Procesul de extrudare unghiulară are specific faptul că este un proces repetabilcare permite introducerea icircn material a unor deformaţii plastice severe prin forfecare pură fără aschimba forma şi dimensiunile secţiunii transversale a piesei supuse procesării [60]

Chen și coautorii [10] au observat că aliajul de aluminiu 5052 extrudat la diferitetemperaturi (50-300)oC dezvoltă mărimi diferite de grăunţi icircn funcţie de temperatura de icircncercare

pacircnă la 150oC mărimea grăunţilor rămacircne relativ constantă (03 μm) dar la 200oC aceasta sedublează (06 μm) pentru ca la 250oC aceasta atinge 09 μm creşterea semnificativă se produce latemperatura de 300oC (2 μm)

Krallics şi coautorii [28] [29] au studiat comportarea aliajului de aluminiu 6082 supusextrudării folosind diferitele scheme de extrudare Pentru a diminua pierderile de material prinreducerea zonei de material nedeformat autorii au introdus material suplimentar icircn matriţă care

păstrează aceeaşi stare de tensiuni şi la capete favorizacircnd deformarea icircn volumProcesele de deformare icircn care sunt dezvoltate deformaţii plastice severe şi icircn unele cazuri şi

o schimbare frecventă a traiectoriei de deformare sunt de aşteptat să favorizeze şi substanţialeschimbări ale texturii Textura de deformare post-procesare poate influenţa multe caracteristici alecomportării materialelor cum este rezistenţa ecruisarea anizotropia plastică ductilitatea rafinareagrăunţilor şi ruperea Autorii arată că textura dezvoltată după extrudare depinde de textura iniţialăde condiţiile de deformare parametrii de material iar măsurarea previzionarea şi controlul texturiisunt componente importante icircn optimizarea procesării şi a proiectării tehnologice [2]

154 Procedee de obținere a deformaţiilor plastice severe1544 Extrudarea ciclică cu compresiune (CEC-Cyclic Extrusion Compression)

Acest proces permite inducerea unor deformaţii plastice severe icircntr-un material care icircşi păstrează forma originală după un număr de operaţii de deformare (fig52) Materialul plasat icircncontainer este extrudat repetat icircn ambele sensuri sub o stare de tensiune de compresiune creată

prin prezenţa unor forţe care acţionează icircn ambele capete ale probei Starea de presiune hidrostaticăicircnaltă creată astfel icircn material impune construirea de matriţe pretensionate cu rolul de a mări duratade viaţă a acestora Specificul metodei de deformare face ca deformaţia indusă icircn extrudarearealizată icircntr-un sens să poată fi acumulată icircn extrudarea următoare dezvoltată icircn sens invers [56]

155 Alte metode folosite pentru a obține deformaţii plastice severe1551 Compresiune axială multiplă

Deformarea icircn volum a metalelor pentru a obţine deformaţii plastice severe utilizeazăfrecvent icircncercarea la compresiune axială multiplă dată fiind simplitatea sa şi starea favorabilă detensiuni din zona de deformare Materialul metalic este deformat prin compresiune succesiv icircn

plan vertical şi orizontal (fig117) Salishchiev [58] a investigat evoluţia microstructurii şicomportarea mecanică a cuprului pur prin icircncercări de compresiune multiplă icircn matriţă icircnchisă la400oC pacircnă la un grad real de deformare 60

Becker şi Lalli [8] au studiat evoluţia texturii şi efectului asupra grăunţilor icircn procesul decompresiune icircn matriţă icircnchisă Icircn ciuda interesului larg de care se bucură această metodă foarte

puţine icircncercări au fost efectuate prin compresiune ciclică şi aceasta icircn general pe materiale purealuminiu cupru unde structura metalografică este formată dintr-o singură fază

Li şi Blum [34] folosind compresiunea axială multiplă pentru deformarea cuprului la gradereale de deformare egale cu 7 8 semnalează creşterea rezistenţei mecanice şi a sensibilităţii vitezei

de deformare evoluţii similare cu cele obţinute icircn procesul de extrudare unghiulară Icircncercări pealamă icircn matriţă icircnchisă efectuate de Nourbakhsh şi Vujic [46] indică o ecruisare ridicată atacirct pentru viteze de deformare icircnalte cacirct şi scăzute icircn timp ce pentru valori medii aceasta este mică

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 13: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1352

13

F ig 117 Reprezentarea schematic a procedeului de compresiune axial mul tipl [58]

18 Concluzii cu privire la stadiul actual al cunoașterii icircn domeniulprocesării CEC a aliajelor de aluminiu

In urma studiului bibliografic efectuat icircn literatura de specialitate cu privire la deformarea plstică severă (SPD) prin intermediul procedeului de extrudare ciclică (CEC) a aluminiului șialiajelor de aluminiu se pot desprinde cacircteva concluzii ce definesc atacirct stadiul actual al cunoașterii

icircn domeniu cacirct și lipsurile sau deficiențele sesizateDe asemenea icircn urma acestor concluzii vor putea fi stabilite apoi și direcțiile de cercetare ce

urmează a fi abordate icircn cadrul lucrării prezente ce au drept scop completarea cunoștințelor icircn

domeniu și obținerea de informații care să contribuie la dezvolta rea și icircmbogățirea bazei de date

referitoare la procesarea CEC a aliajelor de aluminiuConcluziile cu privire la stadiul actual al cercetărilor din domeniu ce au rezultat icircn urma studiului

bibliografic amănunțit realizat pot fi sintetizate astfel Aliajele de aluminiu cu granulație ultrafină (UFG) sau nanostructurate (NG) prezintă o serie

de avantaje care determină marele interes din punct de vedere al utilizării lor pentru diverseaplicații structurale icircn special icircn industria aerospațială auto sau navală Aceste avantaje suntdate de combinația unică icircntre proprietățile de rezistență mecanică ridicată rezistență la

coroziune și prelucrabilitate mărite și greutatea specifică mică a acestor a ele putacircnd icircnlocuicu succes aliaje comune mai scumpe cu rezistență ridicată cum ar fi aliajele de titan sauoțelurile

Procedeul de extrudare ciclică icircntrunește condițiile necesare icircn vederea realizării demicrostructuri UFG și nanostructuri și anume viteză de deformație relativ constantăuniformitate a deformațiilor icircn icircntreg volumul materialului procesat precum și un grad dedeformare (deformație echivalentă) controlat prin intermediul numărului de treceri alesemifabricatului prin matriță

Numărul de treceri prin matriță influențează icircn mod direct valoarea deformației echivalente și

gradul de finisare a microstructurii și implicit proprietățile mecanice ale materialului

procesat deformația maximă pe care acesta o poate suporta fără apariția defectelor (fisuri sau

crăpături) fiind determinată de natura lui și condițiile concrete icircn care are loc procesarea

Unghiul de icircnclinație al canalului matriței reprezintă unul dintre cei mai importanți factori

constructivi și experimentali ținacircnd cont că valoarea lui determină (invers propor țional)

valoarea for ței necesare pentru extrudare și determină deformația totală indusă icircn cadrulfiecărei treceri avacircnd o influență directă asupra microstructurii materialului procesat

S-a demonstrat că icircn cadrul procesării CEC viteza de deformare nu manifestă o influen țăsemnificativă asupra dimensiunii medii a grăunților ultrafini obținuți deci icircn consecință niciasupra proprietăților mecanice ale materialului prelucrat

Din punct de vedere al temperaturii la care are loc deformarea deși s-a constatat că este maiușoar ă procesarea semifabricatelor prin CEC la temperaturi icircnalte datorită pericolului

recristalizării și deci a creșterii granulației materialului s -a observat că obținerea demicrostructuri ultrafine ideale s-a realizat la cea mai mică temperatură posibilă la careoperația de deformare a putut fi efectuată fără apariția fisurilor sau cr ăpăturilor Prin

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 14: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1452

14

menținerea unei temperaturi de deformare scăzute s-a asigurat pe lacircngă obținerea de

granulații ultrafine și prezența unei proporții ridicate de limite la unghi uri mari S-a putut de asemenea observa că efectul termic al deformației devine mai important icircn cazul

procesării prin CEC a materialelor rezistente creșterea temperaturii producacircndu-se odată cucreșterea rezistenței materialului și a vitezei de deformar e Așadar icircn cazul procesăriialiajelor de aluminiu cu viteze de deformare relativ scăzute efectul termic al deforma ției

poate fi neglijat In cazul procesării prin CEC printre avantajele utilizării unei contrapresiuni pot fi

enumerate uniformitatea curgerii materialului prin icircndepărtarea zonelor ldquomoarterdquo și o mai bună umplere a locașului matriței icircmbunătățirea structurii obținute prin eliminarea

pericolului apariției fisurilor sau cr ăpăturilor și obținerea mai ușoar ă și mai rapidă agranulației ultraf ine (mai puține treceri)

CAPITOLUL 2Studii teoretice cu privire la legile și fenomenele ce concură

la realizarea structurii ultrafinenanometrice prin deformare plasticăseveră a materialelor metalice

21 Deformarea plastică Mecanisme de durificare

Obiectivul acestui capitol este să stabilească condiţiile fizice pentru icircnţelegerea deformării plastice a metalelor Se va vedea cum dislocaţiile se deplasează şi interacţionează cu limiteleintergranulare precipită şi alte dislocaţii avacircnd ca rezultat durificarea Materialele metalice sunt icircngeneral un conglomerat de cristale foarte mici numite grăunţi Aşadar cele mai multe materialestructurale sunt policristaline In materialele cristaline această curgere plastică este legată icircn moddirect de prezenţa dislocaţiilor şi de răspunsul acestora la sarcinile aplicate Un material icircn timpul

deformării constituie un sistem dinamic Numărul şi morfologia dislocaţiilor se schimbă rapid odatăcu creşterea nivelului deformărilor plastice ceea ce se manifestă la nivel macroscopic printr-otensiune de curgere plastică care variază icircn funcţie de deformările plastice acumulate [91]

23 Mecanismele deformării Conceptul de alunecare Alunecarea dislocațiilor

Glisarea mai multor dislocaţii are ca rezultat alunecarea care este manifestarea cea maicomună a deformării plastice icircn solidele cristaline Deformarea plastică sau curgerea plastică poatefi considerată ca fiind alunecarea sau dispunerea succesivă a unui plan conţinacircnd atomi peste altul(plan) icircn aşa-numitele plane de alunecare Blocuri discrete de cristale icircntre două plane de alunecarerămacircn nedeformate (fără distorsiuni) aşa cum arată figurile 216 și 217 Deformările următoare apar fie prin mai multe mişcări pe planele de alunecare existente fie prin activarea unor noi plane dealunecare

F ig216 Geometr ia al unec r ii F ig217 Al unecar e icircntr -un monocr istal icircn gener a l [74]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 15: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1552

15

Se observ c (29)

Concluzii referitoare la mărirea rezistenței (durificarea) materialelor policristaline

bull Ductilitatea obișnuită este pierdută cacircnd un aliaj este durificatbull Relația dintre deplasarea dislocațiilor și comportarea mecanică a metalelor este semnificativă pentru icircnțelegerea mecanismelor de durificare

bull Abilitatea unui metal de a se deforma plastic depinde de abilitatea dislocațiilor de a se deplasa

bull Virtual toate tehnicile de durificare se bazează pe un principiu simplu Restric ționarea saublocarea deplasării dislocațiilor produce un material mai dur și mai rezistent

bull Se poate considera că durificarea metalelor avacircnd o singură fază se poate face prin reducereadimensiunii granulare alierea soluțiilor -solide și călire prin deformare [94]

251 Policristale

Policristalele sunt compuse din mai mulţi grăunţi cu orientări cristalografice relativ diferiteDacă materialul este nestructurat grăunţii sunt orientaţi aleator (neordonat) Cacircnd semifabricatuleste deformat fiecare grăunte individual suferă o alunecare Efortul la care alunecarea icircncepe icircnfiecare grăunte depinde de orientarea acestuia faţă de axa efortului respectacircnd legea lui SchmidModificarea de formă icircntr-un grăunte deformat plastic poate fi constracircnsă de grăunţii icircnvecinaţi carenu au atins icircncă punctul de curgere (fluaj) In plus limitele dintre grăunţi fiind regiuni de nepotrivireatomică considerabilă acţionează ca bariere puternice icircmpotriva deplasării dislocaţiilor Deasemenea tensiunile interne icircn jurul aglomerărilor de dislocaţii la limitele grăunţilor care au fostsupuse fluajului (curgerii) pot crea surse pentru dislocaţii care operează icircn grăunţii icircnvecinaţi Decilimita (efortul) de curgere macroscopică la care apare curgerea tuturor grăunţilor depinde dedimensiunea grăunţilor In concluzie un grăunte icircntr-un policristal nu este liber să se deformeze

plastic ca un cristal singular deoarece trebuie să rămacircnă icircn contact cu ceilalţi şi să se adapteze laschimbările de formă ale grăunţilor săi icircnvecinaţi Incapacitatea de a se adapta la această condiţieconduce la o mică deformaţie la rupere

Astfel că depinzacircnd de orientarea grăunţilor ţinacircnd cont de direcţia sarcinii aplicatematerialului unii grăunţi vor curge primii pacircnă cacircnd efortul de forfecare stabilit atinge o valoarecritică apoi alţi grăunţi vor urma progresiv pe măsură ce sarcina aplicată creşte

Singura caracteristică bine-definită icircn curba tensiune-deformaţie este limita de curgere lacare deformaţia plastică icircncepe icircn icircntreaga probă [91]

27 Creșterea rezistenței la deformare a materialelor

Mecanismele primare prin care rezistenţa la curgere a solidelor cristaline creşte prinrestricţionarea mobilităţii dislocaţiilor Un material poate conţine tipuri variate de obstacole sau

bariere care icircn mod singular sau icircn combinaţii ale acestora icircmpiedică deplasarea dislocaţiilorAceste obstacole sunt alte dislocaţii graniţe interne (limite intergranulare interfeţe limiteintercelulare samd) atomi ai substanţelor dizolvate defecte punctiforme ciorchini de vacanţe

particule de fază secundară [91]

210 Strategii pentru mărirea rezistenței metalelor

2101 Reducerea dimensiunilor granulare

bull Limitele intergranulare sunt bariere icircmpotriva alunecăriibull ldquo Rezistențardquo barierelor crește odată cu creșterea unghiului de dezorientarebull Dimensiuni granulare mai mici mai multe bariere icircmpotriva alunecăriiTehnici de reducere a dimensiunii granulare

bull Creșterea ratei de solidificare din faza lichidă

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 16: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1652

16

bull Procese de deformare plastică urmate de un tratament termic corespunzător NOTĂ

Reducerea dimensiunii granulare de asemenea icircmbunătățește rezistența multor aliaje

Limitele intergranulare la unghiuri-mici nu sunt apte să interfereze cu procesul de alunecaredin cauza micilor nealinieri cristalografice de-a lungul limitelor

Limitele dintre două faze diferite sunt de asemenea piedici icircn calea deplasării dislocațiilor

211 Studii privind modul de formare a structurilor nanometrice2111 Materiale nanostructurate Nanostructurarea Teoria structurii

interne la trecerea micro-nano

In ultimii ani se foloseşte deformarea plastică severă (DPS) pentru a produce icircn materialelemetalice granulaţii nanometrice necesare icircn deformarea superplastică

Icircncepută cu tratamente termomecanice (TTM) ce constau din laminări controlate şi răciriaccelerate finisarea granulaţiei nu a putut trece iniţial de graniţa de 5microm

Implicarea icircn schemele TTM avansate a recristalizării dinamice combinată cu difuziacontrolată şi precipitarea fin dispersă a fazelor secundare asigurate de o compoziţie chimicăadecvată ndash chiar dacă uneori costisitoare (superaliaje) ndash a coboracirct limita dimensiunii grăunţilor pacircnăla valoarea excepţională de 1microm

Finisarea icircn continuare a granulaţiei presupune o fragmentare suplimentară care implică odeformare plastică avansată sau ndash după cum a primit denumirea consacrată ndash o Deformare PlasticăSeveră (DPS) [93]

F ig 234 Procedee de ob ținere a materialelor cu granulație ultrafin și gama dimensional a gr un ților obținuți [93]

TTM ndash Tratamente termomecanice ECAP ndash Equal Channel Angular Pressing (presare unghiulară

icircn canale egale) CCDC ndash Cycling Channel Die Compression (comprimare ciclică icircn canalul

matriţei) HPT ndash High Pressure Torsion (torsiune la presiune ridicată ARB ndash Accumulative Roll

Bonding (stratificare prin laminare cumulativă)

Nanostructurarea metalele cu grăun ți ultrafini (ultrafine grains ndash UFG) sau celenanocristaline (NC) au potențialul de a face față multor aplicații avansate astfel de materiale sunt

caracterizate de o combinație neobișnuită icircntre o durabilitate ridicată și o buna ductilitate Microstructura cu grăun ți ultrafini (UFG) dintr-un metal compact (bulk metal) poate fi

obținută prin deformarea plastică severă (severe plastic deformation - SPD) a unui metal cu grăun ți

grosieri (coarse grain metals)Trăsăturile caracteristice ale procesului SPD sunt următoarele deformarea plastică este

obținută predominant printr-un proces de forfecare secțiunea transversală a materialului procesatrămacircne virtual neschimbată integritatea materialului nu este afectată exploatarea metalului este

optimizată icircn vederea obținerii unei rafinări substanțiale a g răunților procesul are loc cu scopul de aschimba permanent proprietățile mecanice Descrierea de mai sus sugerează faptul că procesul SPD poate fi clasificat ca o nouă disciplină de formare a metalelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 17: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1752

17

In orice caz majoritatea acestor metode este utilizată pentru obținerea unor cantități mici de

materiale de multe ori sub forma unor straturi subțiri [93]

2113 Importanța nanostructurării

Importanța nanostructurării este dată de caracterul fundamental al cercetării ce propunegăsirea unei soluții originale pentru o problemă ce ar deschide calea spre noi dezvoltări și modelăriale relațiilor dintre structur ă și proprietăți aplicate icircn deformarea plastică cu grade mari dedeformare ndash SPD

să se obțină piese și semifabricate cu proprietăți icircmbunătă țite prin icircnsuși procesul de

fabricație rezistența la uzur ă datorită organizării nanostructurate și superplasticitate Prinutilizarea procedeelor de deformare plastică se pot obține piese sau semifabricate avacircnd

structură granulară ultrafină dar nu se pot obține piese cu structuri nanocristaline icircn condiții

normale Noi descoperiri ale originii mecanismelor de deformare pot duce la trecerea acestei bariere și la obținerea structurilor nanocristaline Procesele de deformare plastică au ajuns lafrontiera dintre tehnologiile top-down (transformarea materialului) și bottom-up (sintetizarea

materialului) care icircnseamnă nanotehnologii [99]

CAPITOLUL 3 Studiul forțelor ce concură la realizarea tehnologieide extrudarea ciclică

312 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda icircnsumării presiunilor

Se consideră un semifabricat cilindric cu diametrul D din care se obține prin extrudare

directă o piesă cilindrică (icircn formă de bară) cu diametrul d (fig38)

F ig 38 Zonele specif ice de deformare la extrudarea direct a barelor [50]

Presiunea pe suprafața de contact dintre poanson și semifabricat pentru ca acesta să treacă prinorificiul matriței trebuie să atingă valoarea dată de relația

(33)undepd ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona calibrată

pα ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin zona tronconică pD ndash presiunea necesară pentru ca materialul să treacă prin container

Inlocuind expresiile presiunilor par țiale pd pα și pD date de relațiile (38) (337) și (340) icircn relația

(33) se obține presiunea necesar ă a fi aplicată pe fața frontală a semifabricatului care va fi dată derelația

(341)Iar for ța necesar ă extrudării va fi

(342) [50]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 18: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1852

18

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =

22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (342) rezultă că for ța necesar ă extrudării va fi

313 Calculul forței necesare extrudării directe a semifabricatelor subformă de bară prin metoda echivalenței energiei consumate pentru deformare

Spațiul icircn care are loc deformarea semifabricatului (fig39) se icircmparte tot icircn trei zone (idem

cu cap 312) For ța F necesar ă extrudării va fi dată de suma celor trei for țe de frecare din zonele

corespunzătoare (Fd Fα FD) și de forța necesară deformării Fα corespunzătoare zonei tronconicedeci

(343)

F ig 39 For țele care intervin icircn cele trei zone ale spațiului de deformare [50]

Inlocuind expresiile lui FD Fα Fd și Fα din relațiile (347) (355) (359) și (367) icircn relația (343) se

obține forța necesar ă extrudării de forma

(368)

Iar presiunea necesară pe suprafața de contact a presșaibei cu semifabricatul va fi

(369) [50]

Dacă se consideră coeficientul de frecare icircntre matriță și semifabricat (oțel cu aluminiu) avacircnd

valoarea μ = 061 (μ = 0612 = 03 cu ungere) conform [95] diametrul inițial al matriței D = 30

mm diametrul final al piesei rezultate după extrudare d = 15 mm icircnălțimea inițială a matriței H =22 mm icircnălțimea matriței icircn zona de reducere de diametru h = 10 mm unghiul de icircnclinare al

matriței α = 30˚ coeficientul K [95] are valoarea conform relației (37)

Făcacircnd icircnlocuirile icircn ecuația (368) rezultă că for ța necesară extrudării va fi

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 19: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 1952

19

Capitolul 4Icircncercări experimentale de extrudare ciclică aplicate probelor din

aliajele de aluminiu studiate şi rezultatele obţinute

41 Direcții de cercetare

Programul experimentalDirecțiile de cercetare care vo r fi abordate vor viza deformarea plastică severă prin extrudare

ciclică a unor aliaje de aluminiu comerciale ce prezintă o importanță practică deosebită și asupracărora efectele acestui tip de procesare nu au mai fost studiate icircn mod amănunțit și anume aliajeleAlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn Al5TiB1 și A6060

Deformarea se va realiza la temperatura camerei folosind o viteză de deformare constantă cacirctmai mică cu putință Procesarea se va realiza folosind o contrapresiune icircn canalul de ieșire șiasiguracircndu-se o lubrifiere cacirct mai bună pentru a se reduce la minim efectele frecării icircntre material șiscule icircn timpul deformării

Se va studia icircn principal influența ungiului de icircnclinație al canalului matriței și a număruluide treceri prin matriță (ambii parametri determinacircnd icircn mod direct valoarea deformației echivalente)

asupra tipului de microstructuri UFG sau NG obținute (caracteristicilor microstructurale) și a proprietăților mecanice ale aliajelor studiate procesate prin CEC

De asemenea se va neglija orice influență a creșterilor de temperatură care apar icircn timpul procesului ca urmare a deformării și frecărilor (efectul termic al deformației putacircnd fi ignorat) și a

oricăror factori care mai intervin icircn cadrul acestui proces Cercetările experimentale vor avea dreptscop principal atacirct obținerea de microstructuri ultrafine (UFG) sau nanocristaline (NG) cacirct și

determinarea influenței principalilor parametri tehnologici (gradul de deformare viteza de

deformare temperatura de deformare unghiul de icircnclinare al canalului matriței numărul de treceri)asupra caracteristicilor structurale și mecanice ale aliajelor de aluminiu deformate plastic sever prin

procedeul CEC

Cercetările experimentale vor fi axate pe analiza amănunțită a materialelor studiate (aliaj ecomerciale de aluminiu) icircn stare inițială neprocesate prin CEC care să evidențieze caracteristicile

acestora din punct de vedere al compoziției chimice al aspectului microstructurii al principalelor

proprietăți mecanice

După realizarea deformării plastice severe a materialelor prin procedeul CEC vor fi studiateaceleași caracteristici (microstructur ă și caracteristici mecanice) ale aliajelor de aluminiu utilizate dedata aceasta procesate prin CEC și apoi rezultatele vor fi comparate cu cele ale materialuluineprocesat icircn final trăgacircndu-se concluziile necesare

Extrudarea ciclică va fi realizată la temperatura camerei utilizacircnd o viteză de deformareconstantă v = 100 mmmin (reglată prin programul presei)

Analizele vor cuprinde și aprecierea mărimii grăunților cristalini sau a domeniilor cristaline

coerente și corelarea acestora cu valorile caracteristicilor mecanice ale materialelor icircn stările studiateși eventual studiul comportării la rupere și aspectul suprafețelor de rupere la tracțiune pentru aliajeleutilizate atăt icircn stare inițială cacirct și după procesarea prin CEC

După cum se poate observa tema de cercetare abordată prezintă un caracter complex pe tot parcursul lucrării avacircndu-se icircn vedere respectarea planului experimental efectuacircndu-se acolo unde afost necesar anumite corecții sau modificări icircn scopul atingerii obiectivelor propuse

Pe baza structurii proiectate a planului de cercetare urmează a se stabili și prezentaurmătoarele elemente

Descrierea aparaturii și a instalațiilor de cercetare Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței unghiului de icircnclinare al canalului matriței

și implicit a valorii forței necesare extrudării Cercetarea corelațiilor icircntre caracteristicile microstructurale și proprietățile mecanice ale

aliajelor procesate prin CEC pe baza influenței exercitate de numărul de treceri succesive prin matriță

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 20: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2052

20

Concluzii referitoare la influența parametrilor luați icircn considerare asupra tipului destructuri UFG sau NG induse icircn urma procesării prin CEC și implicit asupracaracteristicilor mecanice obținute cacirct și eventual stabilirea regimului optim de

procesare CEC pentru aliajele studiate Concluzii referitoare la evoluția valorilor deformațiilor și tensiunilor care iau naștere icircn

material după fiecare trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu

programul de analiză cu element finit (FEA) Forge2009 Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecare

trecere din cele 14+14 treceri obținute prin simularea cu programul de analiză cuelement finit (FEA) Forge2009 icircn cadrul graficelor For ță-cursă

Concluzii referitoare la evoluția valorilor forțelor necesare extrudării pentru fiecaretrecere desprinse din graficele și tabelele obținute experimental și compararea cu valorile

obținute prin simulare

Concuzii finale referitoare la contribuțiile personale icircn ceea ce privește dezvoltarea

patrimoniului de cunoștințe privind obținerea de microstructuri UFG sau NG prin

deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor de aluminiu42 Proiectarea tehnologiei de deformare plastică severă

421 Adoptarea schemei DPS

Adoptarea tipului de deformare plastică severă (DPS) a variantei constructive funcţionale şia schemei de DPS optime trebuie să icircndeplinească o serie de condiţii şi criterii ce exprimă de faptcerinţele impuse de utilizator sau aplicaţie şi posibilităţile reale ale materialului de a fi deformat

plastic cu grade mari de deformare icircn condiţiile obţinerii structurii ultrafine nanometrice Cel mai important criteriu de decizie icircl reprezintă disponibilitatea materialului la deformare

plastică icircntrucacirct el desparte materialele icircn plastice şi respectiv dure şi fragile Diferenţa de

comportare la deformare este dată de compoziţia chimică şi de starea materialuluideterminată de structura anterioară DPS Al doilea criteriu de decizie este dat de dimensiunile semifabricatului şi de forma sa

semifabricatele de tip bandătablă se prelucrează prin procedeul Acumulative Roll Bonding(ARB) discurile şi inelele prin High Pressure Torsion (HPT) barele cilindrice prin CyclingExtrusion Compression (CEC) sau Equal Channel Angular Pressing (ECAP) iar cele cusecţiune rectangulară prin ECAP

Profilul aplicaţiei reprezintă al treilea criteriu de decizie - dacă se urmăreşte uniformitateadeformaţiei icircn volum atunci se alege CEC sau ECAP - dacă se are icircn vedere doar creşterearezistenţei mecanice atunci se limitează gradul de deformare impus (asymp 4) dar dacă seurmăreşte superplasticitatea atunci limita minimă a gradului de deformare creşte (asymp 8)

Al patrulea criteriu de decizie exprimă legătura cu aplicaţiile industriale actuale şi de viitor şiderivă din acţiunea de integrare a tehnologiilor de DPS icircn lanţul tehnologic de producţieexistent care permite sau nu existenţa operaţiilor de manipulare icircntre treceri sau impune ca

procesul DPS sa fie unul continuu

422 Stabilirea tipo-dimensiunilor semifabricatelor

Are icircn vedere adoptarea formei şi dimensiunilor secţiunii transversale a epruvetelorcanalelor de deformare Gradul de deformare nu depinde de lungimea epruvetelor Secţiunea transversală nu

poate fi decacirct o formă geometrică regulată (pătrat cerc hexagon) datorită rotirii corpului icircn timpul procesului CEC Creşterea dimensiunilor semifabricatelor aduce ca principal dezavantaj creşterea

eforturilor de deformare ca urmare a creşterii forţelor de frecare datorită creşterii ariei de contact asemifabricatului cu matriţa de deformare creşterii volumului deformat ceea ce presupune icircn modfiresc un lucru mecanic de deformare (Ld) majorat De ex creşterea dimensiunilor secţiunii

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 21: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2152

21

transversale de la (10x10) mm la (20x20) mm determină majorarea teoretică a forţei de deformare de4 ori şi a frecării de 2 ori [97]

423 Variabile de control ale procesului DPS

Parametrii tehnologici ai deformării plastice severe prin procedeul CEC sunt gradulconvenţional de deformare () respectiv gradul real de deformare viteza de deformare vd (mms) şitemperatura de deformare Td (degC)- Factorii externi care influenţează procesul DPS sunt frecarea şi condiţiile de lubrifiere stareasuprafeţelor geometria sculelor de deformare şi comportarea materialului- Factorii interni care influenţează procesul DPS sunt structura materialului starea acestuia(tratatnetratat) compoziția chimică (elementele de aliere)- Procedeul utilizat pentru deformarea severă a aliajelor de aluminiu studiate semifabricatele avacircnddimensiuni medii (Oslash25Oslash20x50mm) și formă cilindrică și datorită scopului urmărit de rafinaregranulară și icircmbunătățire a proprietăților fizico-mecanice ale materialului deformat și pentru că seurmăreşte uniformitatea deformaţiei icircn volum a fost ales procedeul de extrudare ciclică (CEC)- Gradul de deformare (ε) pentru procesarea prin CEC se stabilește cu formula (41) Ex (primatrecere pentru matrița Oslash30Oslash15)

(41)

- Temperatura de deformare (Td) trebuie să icircndeplinească următoarele criterii- starea termică corespunzătoare temperaturii adoptate să nu determine recristalizarea dinamicăşisau statică a semifabricatului influenţacircnd negativ finisarea structurală urmărită- să determine o suficientă diminuare a rezistenţei la deformare a semifabricatului icircmpiedicacircndfisurarea probei şi asiguracircnd implicit scăderea uzurii sculelor de deformare Problema deformării

plastice la cald nu se pune pentru metalele pure (sau de puritate comercială) ci pentru aliajele greudeformabile Pentru cazul procesării DPSCEC a aliajelor de aluminiu studiate acestea avacircnd

puritate comercială s-a decis deformarea lor la temperatura camerei (Td=20 C)- Viteza de deformare vd (mms) se referă la viteza de deplasare a poansonului de deformare a fostaleasă la valoarea 100 mmmin pentru a se realiza o deformare ușoară și treptată a materialului și ase elimina riscul producerii unor solicitări mari și bruște ale sculelor și riscul fisur ării materialului- Cursa poansonului (mm) se calculează din considerente geometrice icircn funcţie de icircnălțimea zonei

cilindrice de intrare a canalului matriței rezultacircnd o cursă a poansonului de max 25mm- Geometria sculelor de deformare Unghiul canalului de deformare (60˚) Forma canalului

(cilindrică) Dimensiunile canalului (zona intrare = Oslash30x22mm zona conică =2x(Oslash30Oslash15x13mm)zona calibrare = Oslash15x10mm zona ieșire = Oslash30x22mm) și pentru varianta a 2-a de matriță (zonaintrare = Oslash10x30mm zona calibrare = Oslash7 Oslash55x10mm zona ieșire = Oslash10x30mm) (Lungimeatotală a canalului de deformare = 80mm și 70mm pentru varianta a 2-a de matriță)- Epruvetele Forma (cilindrică) Dimensiuni (Oslash25Oslash20x50mm) și pentru varianta a 2-a de matriță

(Oslash10x25mm) Material (duraluminiu AlCu4Mg15Mn AlCu4Mg1 aliajele Al5TiB1 și A6060)- Lubrifiantul folosit a fost suspensie de grafit coloidal icircn ulei mineral șisau MoS2 [97]

43 Utilajele şi aparatura utilizate la experimentări

Mărimile fizice care definesc parametrii de lucru ai DPS sunt forţa şi deplasarea poansonuluisemifabricatului Celelalte mărimi derivate se obţin prin calcul Mărimile menţionatefac legătura icircntre rezistenţa la deformare şi curgerea materialului icircn procesul deformării plasticesevere [97] For ța de extrudare minimă necesară calculată icircn subcap 313 este de 193kN icircnvarianta procesării prin CEC și a utilizării matriței Oslash30Oslash15 și aliajelor de duraluminiu Avacircnd icircn

vedere toate aceste considerente a fost ales ca utilaj de lucru Presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500 Pentru varianta utilizării matrițelor Oslash10 Oslash7 și Oslash10 Oslash55 avacircnd icircnvedere gabaritul mai mic al sculelor și dimensiunea mai redusă a probelor precum și forțele de

extrudare mai mici rezultate din simularea FEA (cap5) și calcul am decis alegerea ca utilaj a

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 22: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2252

22

Ma șinii universale de icircncercări mecanice WDW 150S Aceste utilaje se găsesc icircn dotarea Instituluide Cercetare PRO-DD (Laboratorul 4) al Universității Transilvania din Brașov

F ig 41 Presa automat hidraulic F ig 42 Ma șina un iversal de cu servocontrol model HCT2500 icircncerc r i mecanice WDW 150S

Pentru icircncălzirea probelor din Dural icircn vederea călirii de punere icircn soluție s-a folosit un

cuptor de incălzire tip UTTIS din dotarea Departamentului Știința Materialelor (Fig43)

F ig 43 Cuptor pentru tratamente termice

Analizele chimice ale materialelor microduritățile și microstructurile au fost studiate peaparatele prezentate icircn fig 44 ndash 47

Fig 44 M icroscop optic de tip OMNIMET3 Fig 45 Spectrometru XRF portabil de a 4-a

genera ție model Genius Laborator Di namic

Fig 46 Spectrometru tip Spectromax XF-BT Fig 47 M icrodurimetru marca FM 700

44 Proiectarea matrițelor de deformare plastică severă (faza a 1-a a icircncercărilor)

441 Ansamblul matrițelor

Ansamblul matrițelor (fig 48) este compus din 2 semimatrițe 1 pastilă 1 suport desusținere și 2 pistoane Pentru proiectarea asistată de calculator a sculelor utilizate icircn ansamblul

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 23: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2352

23

matrițelor pentru deformare plastică severă prin CEC s-a utilizat pachetele software specializateAutoCAD2012 iar pentru simulare procesului pachetele software specializate SolidWorks șiForge2009 Testele cu acest tip de matriță s -au efectuat pe Presa automată hidraulică cuservocontrol model HCT2500 (fig 41)

a) b) Fi g 48 Vedere (a) și desen de execuție ansamblu matrițe (b)

442 Pastila

Pastila are rolul cel mai important icircn ansamblul matrițelor ș

i materialul pentru confecționarea

acesteia a fost ales cu atenție deoarece icircn timpul extrudării materialului asupra pastilei suntexercitate for țe foarte mari care au valori ce depind de materialul folosit la extrudare

La realizarea pastilei s-a folosit ca semifabricat un aliaj 41VMoC17 care este un oțel aliatce conține 041 C 17 Cr 01 V 02 Mo

In urma studiului bibliografic efectuat am constatat că unghiul de intrare al pastileirecomandat pentru materialul de prelucrat (aliaj de aluminiu) trebuie sa fie minim 60ordm [50] la fel celde ieșire pentru o mai ușoar ă extracție a acestuia

Diametrul exterior al pastilei s-a calculat cu formula [72] (42)

unde

D - diametrul exterior al pastileid ndash diametrul interior al (canalului) pastilein = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 24: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2452

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 25: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2552

25

d - diametrul interior al semimatriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

444 Pistoanele

Acestea au fost debitate dintr-un oțel OLC45 cu un diametru de Oslash60 mm iar icircn urma prelucrării prin strunjire au fost aduse la un diametru al flanșei de Oslash58x25mm și al păr ții active deOslash30x55mm (fig411) A fost necesară confecționarea a două pistoane acestea se montează icircnambele capete ale semimatrițelor unul superior și al doilea inferior (f ig 49)

a) b)F ig 411 a)Desenu l de execu ț ie al pistonului b)Vederea pistonului

445 Suportul matriței

La confecționarea suportului s-a utilizat ca material pentru semifabricat OLC45 rolul principal al acestuia fiind acela de așezare a ansamblului matrițelor pe masa presei și de montare a

arcului de contrapresiune (fig 412)

Suportul a fost executat pe strung fiind adus icircn final la o rugozitate de 63 Acesta are oicircnălțime de 80 mm diametrul exterior Oslash78 cel interior este de Oslash58 avacircnd și un rol de ghidare a pistonului inferior care intră icircn matriță de asemenea pentru arcul de contrapresiune ce se așeazăsub capul pistonului inferior Talpa suportului este de Oslash100 mm pentru a oferi o stabilitate mai

bună a ansamblului matrițelor icircn timpul prelucr ării materialului

a) b)

F ig 412 a)Desenu l de execu ț ie al suportu lu i b)Vederea suportul ui

Ansamblul astfel realizat se rotea manual cu 180o după fiecare trecere Deoarecemanipularea era greoaie și forțele de deformare mari s -a recurs la proiectarea unui al doilea set dematrițe mult mai mici ușor manevrabile Astfel s-au proiectat și executat alte matrițe poansoane

port-poansoane supor ți pentru extragerea pieselor din matrițeMaterialul utilizat pentru matrițe a fost OLC45 Matrițele au cotele de gabarit Oslash25x70mm fiind

prevăzute cu canale Oslash10x30mm la ambele capete și un canal de calibrare Oslash7x10mm și Oslash55x10mmcu un unghi de icircnclinație de 60˚ (fig 413) Raportul de reducere și unghiul de icircnclinație al matrițelor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 26: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2652

26

s-a păstrat aproximativ constant comparativ cu cel al matrițelor din prima fază a testelor deextrudare ciclică Testele cu acest tip de matriță s-au efectuat pe Mașina universală de icircncercărimecanice WDW 150S (fig42)

a) b) Fig 413 Matri țele executate pentru faza a 2-a a experimentelor

a)matri ța Oslash55mm-desen execu ție b) matri ța Oslash7mm-desen execu ție

Diametrul exterior al matriței s-a calculat cu formula [72]sau (44)

undeD ndash diametrul exterior al matriței

d - diametrul interior al matriței

n = 2 pentru oțeluri aliate sau oțeluri carbon de icircmbunătățire

S-a ales un diametru exterior al matrițelor ca fiind media celor două valori obținute prin calcul cu

formula (44) și anume D=25mmPoansoanele pentru aceste matrițe s-au executat tot din OLC45 avacircnd partea activă

Oslash98x31mm (fig 414)

a) b) F ig 414 Poanson uti l izat icircn faza a 2-a a experimentelor a)desen execu ție b)vedere

Ca și in cazul matrițelor mari și la matrițele mici s -a folosit un suport de sprijin și ghidare alarcului de contrapresiune (fig 415)

F ig 415 Suport de spri ji n și fi xare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 27: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2752

27

46 Materiale utilizate la icircncercările experimentale461 Compoziții chimice Proprietăți

Pentru icircncercările experimentale de extrudare ciclică icircn prima fază a icircncercărilor am alesdouă mărci de duraluminiu cu deformabilitate plastică ridicată și două aliaje speciale respectiv

bull AlCu4Mg1 - EN755-2573515bull AlCu4Mg15Mn - EN755-2573515bull Al5Ti B1bull A6060

Pentru a putea stabili compoziția chimică a a materialului probelor utilizate pentru icircncercăriam efectuat testul de analiză chimică cu ajutorul spectrometrului Spectromax XF-BT (fig 46) și deasemenea cu ajutorul spectrometrului XRF portabil de a 4-a generație model Genius (fig 45)Laborator Dinamic BucureștiCompoziția chimică a duraluminurilor mărcile AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 și AlCu4Mg1-EN755-2573515 este redată icircn tabelul 41 iar icircn tabelul 42 cea a aliajului marca Al5TiB1

Tabel 41 Compozi ția chimic a aliajelor de tip Dur al

Nr

crt

Marca duraluminiu

Standard

Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sn Impurități Al

1 AlCu4Mg1-2024-EN755-2573515

0291 0438 408 0535 139 0042 004 001 - 016 rest

2 AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515

0267 0481 402 0541 128 003 007 0003 001 rest

Tabel 42 Compozi ția chimic a aliajului Al5TiB1

Fe Si V Ti B Be Sn Impurități - Al

max03

max02

max015

45 -55

09 -11

max00001

max002

fiecare 004 toate01

Pb + Cd lt00095

rest

Proprietățile deosebite ale aluminiului și aliajelor de aluminiu (greutate specifică redusă plasticitate mare proprietăți mecanice foarte bune icircn cazul aliajelor conductibilitate termică șielectrică mare rezistență bună la coroziune aspectul deosebit de agreabil al produselor) au

determinat extinderea folosirii produselor obținute prin deformare plastică icircn toate domeniileindustriei și vieții moderne

Industria transporturilor navale aeriene și terestre industria electrotehnică și electronicăindustria ambalajelor industria alimentară arhitectură și construcții industria chimică și textilăindustria bunurilor de consum reprezintă principalii consumatori ai semifabricatelor și produselor finite obținute prin deformare plastică din aluminiu și aliaje de aluminiu

Icircn domeniul aviației aliajele speciale de aluminiu de icircnaltă rezistență s-au impus icircn moddeosebit prin greutatea specifică redusă rezistența mare la oboseală rezistență la temperatură

proprietăți magnetice și conductibilitate electrică buneUtilizarea aluminiului și aliajelor speciale de aluminiu icircn construcția vagoanelor și a

caroseriilor auto (camioane izoterme etc) a condus la reducerea substanțială a greutății acestoraconcomitent cu creșterea capacității utile de transport Icircn construirea vagoanelor pentru metrourialiajele speciale de aluminiu sunt folosite pe scară largă ca urmare a specificului acestui traficcaracterizat prin demaraje frecvente și accelerații mari

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 28: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2852

28

462 Principalele proprietăți ale aliajelor de tip dural

In aliajele de aluminiu deformabile elementele de aliere Mg Si Cu Mn și Zn formeazăsoluții solide cu aluminiul icircmbunătățindu-i substanțial tenacitatea

Cacircnd conținutul elementelor de aliere este scăzut soluțiile solide obținute sunt stabile la orice

temperatură iar creșterea caracteristicilor mecanice este moderată La procente mai ridicate aleelementelor de aliere soluțiile solide obținute sunt metastabile la temperatura ambiantă și icircnconsecință aliajele pot fi durificabile structural prin precipitarea din soluția solidă a unor compușicare conduce la o creștere importantă a rezistenței aliajului dar icircn detrimentul plasticității care scade

In stare recoaptă duraluminiul este format din soluție solidă și compuși sub formă de precipitate secundare La icircncălzire (la circa 500˚C) CuAl2 si Mg2Si se dizolvă icircn aluminiu iar compușii de Mn și Fe nu se dizolvă Prin călire de la această temperatură aliajul va consta dinsoluție solidă suprasaturată și compuși de Fe și Mn

Caracteristicile mecanice ale principalelor aliaje de aluminiu speciale de icircnaltă rezistențămecanică utilizate icircn domenii de vacircrf ale tehnicii variază icircn funcție de mai mulți factori dintre carecei mai importanți sunt compoziția chimică și starea structurală gradul de deformare și direcția decurgere a materialului metalic icircn procesul de deformare plastică precum și de tratamentele termiceaplicate [100]

Cele două calități de duraluminiu utilizat apar țin conf SREN573-31995 clasei de aliaje cu bază de aluminiu deformabile seria 2000sistemul Al-Cu (-Mg) conține cuprul ca principal element de aliere iar icircn microstructura aliajuluiapar faze bogate icircn cupru cum sunt CuAl2 si CuMgAl2 prin icircncălzire acești compuși se dizolvă icircnmatricea de aluminiu iar cantitatea lor va da măsura eficacității procesului de călire

Am ales ca variantă de lucru deformarea materialului imediat după călirea de punere icircnsoluție Se știe faptul că imediat după călire aliajele de aluminiu prezintă o scădere a proprietăților

lor mecanice foarte importantă Este vorba de așa numita bdquoperioada de incubațierdquo care se manifestă

icircn intervalul de cacircteva ore după călire (fig 418)Icircn industria aeronautică se speculează frecvent această stare a materialului icircn care se pot facediverse deformații spațiale ale materialului batere de nituri etc

F ig 418 Diagrama de varia ție a valorilor propriet ților mecanice ale Duraluminiului icircn funcție

de timp dup c li rea de punere icircn solu ție

463 Influența elementelor de aliere asupra proprietăților mecanice și fizice aleduraluminiului

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu ca urmare aformării compusului CuAl2 Concentrația cuprului icircn aliajele de tip duraluminiu nu depășește icircn

general 5 Creșterea conținutului de cupru conduce la creșterea rezistenței mecanice dar scadecontinuu plasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului Plasticitatea scade ca urmare a fragilitățiicompusului CuAl2

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 29: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 2952

29

Magneziul este de asemenea un element de durificare a aliajelor de aluminiu prin formareacompusului Al2Mg3 iar icircn prezența siliciului formează compusul Mg2Si Concentrația magneziuluiicircn aliajele de aluminiu deformabile este limitată la 25 deoarece peste această valoare plasticitateaaliajelor scade foarte mult In general pacircnă la 14 Mg aliajele nu se durifică prin tratament termiciar la concentrații mai mari pacircnă la maximum 3 Mg aliajele se pot durifica prin tratament termicicircnsă efectul de durificare este foarte mic Magneziul mărește și rezistența la coroziune a aliajului

Siliciul icircn aliajele deformabile de aluminiu se introduce icircntr-o propor ție de 0512 Laconcentrații mai mari proprietățile mecanice ale aliajelor nu cresc simțitor icircnsă plasticitatea scadefoarte mult

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile icircn aliajele de aluminiu speciale curezistența mecanică icircnaltă prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de durificare superior celorlalți compuși Concentrația zincului icircn aliajele speciale de aluminiu deformabile este de 68Peste aceste valori creșterea concentrației de zinc nu se recomandă ca urmare a scăderii foarteaccentuate a plasticității și rezistenței la coroziune a aliajului

Manganul se adaugă icircn aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistenței la coroziune a

acestora Icircnsă influența sa dăunătoare asupra plasticității limitează concentrația manganului lamaxim 12 Manganul are și rolul de a icircnlătura influența dăunătoare a fierului icircn aceste aliaje Deasemenea manganul mărește temperatura de recristalizare a aliajelor de aluminiu și micșoreazăsensibilitatea la creștere a grăunților [100]

464 Pregătirea probelor

Pregătirea probelor icircn vederea procesării CEC a fost realizată icircn concordanță cu configurația

proiectată a canalului matriței Lungimea și diametrul probelor sunt determinate de configur ațiacanalului matriței și anume matrița avacircnd canalul cu diametrul de Oslash30 și lungimea activă acanalului fiind de 55mm și fiind necesară o cotă de minim 5mm pentru ghidarea poansonului icircncanalul matriței deci pentru a se evita pericolul alunecării sau flambării poansonului precum și pecel al blocării curgerii materialului am efectuat debitarea materialului pentru probe la cota h=50mm Pentru ușurința introducerii probelor icircn canalul matriței acestea se vor realiza la un diametru

mai mic decacirct diametrul canalului pentru a se asigura un mic joc și anume la Oslash25 mm (fig419)

F ig 419 Probele deOslash25 debitate la cota h=50mm

Probele din duraluminiu au fost supuse apoi unui tratament termic de călire de punere icircnsoluție icircn vederea reducerii dur ității acestora și unei mai bune deformabilități plastice prin extrudare

ciclică Temperatura de icircncălzire icircn vederea călirii a fost aleasă la valoarea de 510˚C această valoaresituacircndu-se icircn interiorul intervalului indicat de standardele icircn vigoare Durata de menţinere de cca30 min a fost aleasă astfel icircncacirct să se asigure uniformizarea temperaturii pe icircntreaga secţiune a

probelor Răcirea a fost făcută icircn apăAm stabilit duritatea materialelor utilizate pentru icircncercări (atacirct icircn stare de livrare cacirct și icircn

stare călită) cu ajutorul microdurimetrului marca FM 700 (fig 47)S-a utilizat o presiune de 300gf șio identare de 20 sec s-au executat cacircte 7 identări și determinări eliminacircndu-se valorile maximă șiminimă apoi făcandu-se media aritmetică a celorlalte 5 determinări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 30: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3052

30

465 Procesarea CEC Rezultate icircn urma testelor de extrudare ciclicăDeterminarea microdurității [HV03]

Operația propriu-zisă de deformare plastică severă prin extrudare ciclică a aliajelor deduraluminiu specificate anterior a fost efectuată icircn conformitate cu programul de cercetare propusAstfel procesarea a fost realizată pe presa automată hidraulică cu servocontrol model HCT2500(fig 41) la temperatura camerei (20˚C) folosind o viteză de deplasare a poansonului de100mmmin o contrapresiune de cca 20kN asigurată de arcul și poansonul inferior icircn scopulrealizării unei mai bune umpleri cu material a cavității pastilei a eliminării posibilității apariției unor

zone ldquomoarterdquo după ieșirea materialului din zona canalului de calibrare și a fisurării acestuiaDupă prima trecere ansamblul matrițelor a fost rotit cu 180˚ realizacircndu-se extrudarea și

comprimarea materialului icircn sens invers decacirct la prima trecere Piesele rezultate icircn urma extrudăriiciclice după 6 9 12 respectiv 15 treceri au fost extrase din matriță debitate aproximativ icircn

jumătate apoi fixate icircn dispozitiv și pregătite icircn vederea realizării analizei structurale suprafețele

lustruite au fost atacate cu soluție de Nital 2 și clătite cu apă icircn final am realizat analiza

structurală a probelor utilizacircnd microscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLERTabel 45 M icroduri tatea aliajelor de tip Dural

Marca Microduritatea[HV03] icircn Stareinițială

Microduritatea [HV03]după Călire la 510oC 30min Răcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Dural_1 943 465 557 578 597 63 657 668 701 742 778

Dural_2 924 451 532 547 563 587 61 621 645 678 69

La aliajele de tip Dural fazele secundare care apar icircn urma călirii respectiv CuAl2 CuAl2Mgși CuAl2MgMn se fragmentează se dizolvă rapid și se răspacircndesc uniform icircn masa metalică de bază

după primele treceri astfel că nu apar probleme la măsurarea microdurităților

Fi g 421 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcție de num rul de tecer i pentr u Duraluminiu AlCu4Mg15Mn-EN755-2573515 - Dural_1 Duraluminiu AlCu4Mg1-EN755-2573515 - Dural_2

Icircn schimb la aliajul Al5TiB1 evoluția durității apare puțin diferit icircn sensul că fazelesecundare care apar icircn structură după călire nu se fragmentează ușor și rămacircn ca niște insule izolateicircn masa metalică de bază

La modul general variația durității acestui aliaj apare ca icircn tabelul 46 și icircn diagrama

prezentată icircn fig 422 dar ținacircnd cont de faptul că formațiunile secundare sunt mai dure ele vor avea evoluții diferite după deformare (tabelul 47 și fig 423) Acest aspect reiese și din studiulstructural care va fi prezentat icircn subcapitolul 467

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 31: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3152

31

Tabel 46 M icroduri tatea aliajului Al5TiB1

Marca Microduritatea icircnStare inițială

Microduritatea după Călirela 510oC 30 min Răcire apă

Microduritatea [HV] după numărul de treceri

1 2 3 5 7 9 11 13 15

Al5TiB1 626 451 651 662 673 691 711 734 762 787 822

F ig 422 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1

F ig 423 Diagrama evolu ției microdurit ții icircn funcț ie de num ru l de teceri pentru ali ajul Al5TiB1 pe faze zonale

Tabel 47 M icroduri tatea ali ajul ui A l5TiB1 pe faze zonale

Marca Microduritatea[HV03] icircnStare inițială

Microduritatea[HV03] dupăCălire de la510oC 30 minRăcire in apă

Microduritatea [HV03] după numărul de treceri6 9 12 15

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Fazesecundare

Matdebaza

Al5TiB1 626 451 6463 4925 711 52 782 5263 835 556

Icircn toate cazurile se observă faptul cu microduritățile cresc icircn general mai rapid după primeletreceri ca urmare a ecruisării pronunțate care a pare dar pe urmă se stabilizează după aproximativ 7-8treceri Icircn continuare evoluția creșterii este ceva mai moderată

Trebuie specificat faptul că aliajul AlTi5B1 nu este un aliaj tipic pentru deformări plastice Else livrează de obicei icircn colaci din sacircrmă trefilată și este destinat cu precădere rafinării grăunților icircn

aliajele de aluminiu Borul este elementul principal care duce la reducerea dimensiunilor grăunților

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 32: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3252

32

cu pacircnă la 15 μm Asta depinde de cantitatea de aliaj de rafinare icircnglobat icircn aliajul la care vrem săobținem o granulație mai fină și de asemenea de viteza de răcire la călire ndash de obicei 15oCsec

466 Influența lubrifierii

Lubrifierea este un element foarte important icircn evoluția forțelor de deformare plastică icircngeneral și icircn cea a extrudării icircn specialIcircn cazul nostru uleiul mineral cu grafit coloidal (70 Grafit și 30 ulei mineral) s-a

comportat bine pe tot parcursul experimentelor evoluția forțelor de deformare fiind relativ medie ndash icircn jurul valorii de 80 kN pacircnă la trecerea a 9-a după care creșterea s-a făcut progresiv pacircnă lavaloarea de 120 kN ndash respectiv pentru 15 treceri (fig 424)

Fig 424 I nf luen ța lubrifiantulu i asupra for ței de extrudare icirc n func ție de num rul de trecer i

Lubrifiantul pe bază de MoS2 a creat o creștere constantă pacircnă icircn jurul valorii de 110 kN ndash respectiv pentru 5 treceri după care valoarea for ței a r ămas aproximativ constantă pentruurmătoarele 10 treceri Aceasta se explică prin faptul că la presiuni mari pelicula de lubrifiant nu seicircntrerupe lucru care se produce icircn cazul uleiului mineral icircn jurul for ței de 90 kN ndash respectiv dupătrecerea cu numărul 10

467 Analiza structurală

Pentru analiza structurală s-au prelevat probe icircn diversele stadii de tratament și după treceriastfel icircncacirct să vedem evoluția micșor ării de grăunte ndash de fapt scopul principal al acestei lucrări

Am debitat două bucăți eșantioane din materialul mai sus menționat netratat la cota de h=10

mm apoi am pregătit suprafața materialului prin polizare șlefuire lustruire (fig425) apoi prin ataccu soluție de Nital 2 și apoi clătire cu apă am realizat analiza structurală a probelor pemicroscopul metalografic de tip OMNIMET-BUEHLER (fig44)

F ig 425 Probele icircn stare de li vrare (duraluminiu ) preg tite prin poli zare șlefu ire lustrui re și

atacate cu solu ție de Nital 2 icircn vederea efectu r ii anal izei structur ale Pentru probele mici s-au folosit dispozitive speciale de prindere astfel icircncacirct această operație

să se execute cacirct mai precis (fig426)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 33: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3352

33

a) b) F ig 426 Șl if uri metalografi ce preg tite pentru studiul structur ilor

a)fi xate icircn cleme b)f ixate icircn acril at (r șin )

Icircn prima fază s-au analizat structurile obținute după călirea de punere icircn soluție Aces temicrografii sunt prezentate icircn fig 427 și fig 428

Icircn amblele structuri se observă precipitatele fazelor secundare care s-au separat respectiv cu preponderență Al 2Cu și Al2CuMn pentru Dural_1 și respectiv Al2Cu pentru Dural_2 Ele sunt destulde mari și neregulat dispersate icircn masa metalică de bază

F ig 427 Dural_1 - micrografie stare c lit F ig 428 Dural_2 ndashmicrografie stare c litPe parcursul executării trecerilor repetate prin matriță structura se omogenizează și se

uniformizează granulațiaIcircn cazul aliajului Dural_1 dacă vorbim de o granulație 15-20 microm icircn stare inițială aceasta

scade la 10-12 microm după trecerea a treia și a continuat să se micșoreze pănă la 2-3 microm după trecerea a12-a (fig 429)

a) b)

c) d) Fig 429 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_1 dup difer ite treceri a) dup 3 trecer i

b) dup 6 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 34: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3452

34

Icircn cazul aliajului Dural_2 se observă o disponibilitate la deformare a acestuia granulația

ajungacircnd după 15 treceri icircn domeniul a 80-90 nm ndash domeniu rezonabil pentru obținerea structurilor

propuse Aceasta deoarece fazele secundare fiind mai puține ele se dizolvă mai ușor icircn masametalică de bază și se dispersează foarte uniform și foarte fin Evoluția acestor granulații se observă

foarte clar din analiza fig 430

a) b)

c) d)

e) f)

g) Fig 430 Evolu ția granulației structurii aliajului Dural_2 dup diferi te treceri a) dup 1 trecere b) dup 3 treceri c) dup 5 treceri d) dup 7 treceri e) dup 9 treceri f) dup 12 treceri g) dup

15 treceri

Din analiza micrografiilor prezentate icircn fig 430 se observă faptul că practic pacircnă la trecereaa 7-a finisarea granulației se face relativ lent După 8-9 treceri icircn schimb apar finisări

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 35: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3552

35

spectaculoase mărimile de grăunte ajungacircnd la valori de aproximativ 100 nm după 12 treceri ca icircnfinal după 15 treceri acestea să fie de aproximativ 80-90 nm

Icircn cazul aliajului AlTi5B1 așa cum am arătat icircn subcap 465 el conține faze secundare mult

mai dure decacirct masa metalică de bază faze care nu se dizolvă icircn masa metalică Pe parcursultrecerilor ele se micșorează dar nu dispar (fig 431)

a) b)

c) d)

e)

Fi g 431 Evolu ția granulați ei structuri i ali ajului AlTi5B1 dup diferi te treceri a) stare de li vrare b dup 3 treceri c) dup 9 treceri d) dup 12 treceri e) dup 14 treceri

Și icircn cazul aliajului AlTi5B1 se observă o finisare de granulație cu creșterea numărului detreceri dar față de finisarea materialului de bază finisarea fazelor secundare se produce mult mailent Dacă icircn stare de livrare acestea pot avea dimensiuni de 60-70 microm după 14 treceri mărimea lor a ajuns doar la 20-25 microm Dar așa cum am arătat icircnainte acest material este el la racircndul lui un finisor de granulații prin introducerea lui icircn topiturile altor aliaje de aluminiu și deci nu se folosește ca atare

pentru obținerea de semifabricate cu granulație ultrafină

47 Concluzii

Scopul principal al experimentelor derulate icircn lucrarea prezentă a fost acela de a se realiza ofinisare a granulației unor aliaje comerciale de aluminiu pacircnă la nivel submicronic obținacircndu -seastfel microstructuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau chiar nanocristaline (NG) prin intermediuldeformării plastice severe (SPD) prin procedeul de extrudare ciclică (CEC)

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 36: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3652

36

Un al doilea scop al cercetărilor experimentale care s-a avut icircn vedere icircn momentul alegeriialiajelor de aluminiu comerciale AlCu4Mg1 AlCu4Mg15Mn a fost acela ca acestea să fieoriginale iar rezultatele obținute icircn urma acestora să prezinte importanță din punct de vedere practicAstfel din studiul biliografic efectuat am putut constata că nu sunt raportate nici pe plan intern șinici internațional rezultate concludente privind inducerea icircn cadrul acestor aliaje de microstructuriUFG su NG prin intermediul procesării CEC Totodată finisarea granula ției acestor aliaje de

aluminiu poate duce la o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice și o scădere a greutățiispecifice ale acestora putacircnd astfel icircnlocui aliaje mai scumpe de Titan oțel sau chiar aluminiu (seria

7xxx) icircn cadrul aplicațiilor structurale din domeniul industriei aeronautice sau auto

Un al treilea scop al cercetărilor experimentale a avut icircn vedere determinarea influenței

condițiilor specifice de procesare CEC asupra caracteristicilor microstructurale și asupra

proprietăților mecanice ale aliajelor de aluminiu menționate icircn stare procesată cacirct și determinareaconcretă a acestor condiții pentru a putea fi stabilit regimul optim de deformare plastică severă prinCEC a materialelor studiate și a se demonstra importanța practică a rezultatelor obținute

Astfel au fost obținute cu succes structuri nano ndash respectiv de 80-90 nm la aliajul de tip

Dural_2 Aliajul Dural_1 se comportă aproape la fel de bine cu mici excepții date de faza secundar ă

Al2CuMn unde Mn se dizolvă mai greu icircn masa metalică de bazăAliajul AlTi5B1 nu este recomandat a se supune operațiilor de extrudare el fiind de fapt un

aliaj ce finisează granulația altor aliaje similare de aluminiu prin introducerea lui in topitura

metalică

CAPITOLUL 5Modelarea și simularea numerică a curgerii materialului icircn procesele

de deformare prin extrudare ciclică51 Metoda de calcul cu element finit icircn analiza procesului de extrudare

Analiza cu element finit (FEA) s-a dezvoltat icircn ultimele decade ca un instrument foartefolositor pentru analizele proceselor de formare a metalelor [11] [19] [24] [59] Astăzi este posibilsă simulăm prin metoda cu element finit (FEM) procesele de formare a metalelor icircn diverse etapeale proiectării

Cacircnd un model FEM a fost creat pentru o aplicație specifică de formare cerințele de

icircncărcare viteza viteza de deformare cacircmpurile de eforturi și tensiuni etc pot fi ușor obținute prin procesul considerat FEA a icircmbunătățit icircn mod semnificativ standardul proiectării inginerești șimetodologia proceselor de proiectare icircn multe aplicații industriale A redus icircn mod substanțial timpul

necesar pentru a obține produse din faza de concepție pacircnă pe linia de producție Simularea

proceselor utilizacircnd FEA a generat icircmbunătățiri considerabile ale calității și costurilor icircn industrie

Extrudarea este un proces de deformare utilizat pentru a realiza produse metalicesemifinisate lungi drepte cum ar fi barele secțiuni pline sau cu cavități tuburi fire și benzi

Materialul de pornire este icircn mod uzual un semifabricat turnat de formă cilindrică sau un lingourulat sau extrudat anterior care este așezat icircntr -un container (recipient) și deformat sub presiune prinintermediul unui poanson atașat berbecului unei prese mecanice sau hidraulice [4]

Extrudarea poate fi aplicată asupra oricărui material care posedă prelucrabilitate adecvată plumb cositor zinc magneziu cupru aluminiu și aliajele acestora Oțelurile pot fi de asemenea

extrudate la rece sau la cald [4]For ța de presare necesar ă la extrudare și temperatura maximă de extrudare depind de aliaj și

condițiile metalurgice ale acestuia lungimea lingoului temperatura lingoului rata de reducere proiectarea matriței și starea acesteia etc [33]

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt probabil materiale ideale pentru extrudare Mareamajoritate a aliajelor de aluminiu disponibile comercial pot fi extrudate și se poate produce oriceformă din aliaje ușor extrudabile [4]

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 37: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3752

37

Studiul evoluției temperaturii icircn timpul extrudării aliajului de aluminiu A6060 prinintermediul simulării 3D FEM pe computer arată că viteza de avans a berbecului are o influențăsemnificativă asupra distribuției temperaturii icircn lingou care se modifică icircn mod continuu icircn timpul

procesului ca rezultat al unui proces complex al generării și pierderii de căldură [33]Simularea extrudării aluminiului A6060 icircn condiții de extrudare variate investighează

distribuția eforturi-deformare distribuția factorilor distructivi icircncărcarea matriței și viteza de

curgere a lingoului la ieșire Influențele relative ale unghiului de icircnclinare al matriței raportului de

extrudare și factorilor de frecare sunt examinate icircn mod sistematic [15]Simularea comportării la curgere a materialului a devenit astăzi o bdquounealtărdquo de forţă şi

icircncredere capabilă a previziona evoluţia deformaţiilor tensiunilor temperaturii icircn volumul de metalaflat sub diferite şi variate icircncărcări mecanice icircn condiţii tehnologice complexe şi scule dedeformare cu forme geometrice restrictive Mecanismul de funcţionare al procesului de curgerereprezentat printr-un model fizic si matematic asemănător icircn toate aspectele sale cu procesulanalizat este suportul ştiinţific al procedurii de simulare [14]

Pentru simularea comportamentului tranzitoriu al procesului de extrudare ciclică s-a

dezvoltat un model bazat pe divizarea şi discretizarea probei icircntr-o reţea de elemente finite analizaevoluţiei deformaţiilor şi tensiunilor cu extragerea unor concluzii privind stabilitatea procesului dedeformare plastică Icircn orice stadiu intermediar al procesului se poate examina interacţiunea dintregeometria metalului şi matriţa de extrudare se poate interveni şi modifica unii parametri pentru aobţine performanţe maxime ale produselor prelucrate

52 Implementarea FEM icircn analiza extrudării ciclice Aspecte teoretice Detaliiale modelării

FEM este o tehnică numerică utilizată pentru a găsi soluții aproximative ale unor ecuații

par țial diferențiale și ecuații integrale Metoda a fost aplicată la icircnceput icircn mecanica structurală șieste icircn mod uzual bazată pe un principiu energetic ca de ex cel al lucrului virtual sau al energiei

potențiale generale totale minime FEA este utilizată astăzi icircn general pentru predic ția sarcinilor și

deplasărilor icircn obiectele și sistemele mecanice și icircn alte aplicații Abilitatea de a modela un sistem

structural icircn trei dimensiuni poate asigura o analiză exactă pentru aproape orice structură Modeleletridimensionale icircn general pot fi realizate utilizacircnd pachetele obișnuite de proiectare pe computer (CAD) FEA permite ca proiecte icircntregi să fie construite rafinate și optimizate icircnainte ca piesele săfie fabricate (produse) [77]

Simularea FEM a formării metalice este de icircnaltă complexitate și calcul intensiv Aceasta sedatorează neliniarităților extreme din cauza sarcinilor mari curgerii plastice a materialelor

anizotrope cu fricțiuni la interfețe icircntre suprafețe de forme neregulate sub influența contactelor icircn

permanentă schimbare Din această cauză este dificil să obținem ecuații analitice pentru astfel de

probleme pentru evaluarea cantitativă a temperaturii distribuției sarcinilor și deformărilor icircninteriorul corpului deformat De aceea este uzual să utilizăm FEM pentru acest scop [49]Unul dintre cele mai importante elemente ale simulării pe computer a proceselor de

deformare plastică este modelul materialelor deformate descriind icircn mod uzual efortul de curgereca o funcție a condițiilor de deformare Acuratețea unui astfel de model de material depinde atacirct de

structura matematică a modelului cacirct și de determinările experimentale corecte (complete) ale parametrilor materialului utilizat icircn model Structura matematică ar trebui să țină cont de fenomenelefizice ce se produc icircn material și icircn dependență de tipul de material de condițiile de formare istoria

de deformare Consideracircnd diferitele fenomene structurale ar trebui să se facă distincție icircntre

procesele de formare la rece cald sau temperaturi icircnalte [49]Eforturi considerabile au fost depuse de-a lungul deceniilor pentru a dezvolta relații

constitutive cantitative care să descrie rezistența la curgere a materialelor ca o funcție a variabilelor de proces de ex deformație viteză de deformație și temperatur ă pentru modelarea corectă a proceselor

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 38: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3852

38

Tehnicile pentru extrudarea diferitelor materiale sunt dependente icircntr-o extindere largă detemperatura de extrudare Esența prelucr ării la cald este de a reduce limita de curgere și deci de amări viteza de extrudare pentru o sarcină de presare dată O temperatură a lingoului care e preamare poate cauza apariția de pori pete (bășici de ardere) sau alte defecte de suprafață inclus ivfisurarea O temperatură care este prea scăzută crește cerințele de presiune pentru extrudare și

scurtează viața sculelor Un avantaj important al extrudării este acela că produce for țe de

compresiune și forfecare icircn lingou (semifabricat) nu se produce nici un efort de icircntindere ceea ceface posibilă obținerea unor mari deformații [73] Figura 51 prezintă procedeul extrudării directe șistarea de eforturi și tensiuni (deformații) icircn zona de deformare

a) b)F ig 51 a) Procedeul extrud ri i directe

b) Starea de efor tur i și tensiuni la extrudarea direct [49]Forge este un software comercial dezvoltat la CEMEF Școala Mines din Paris și este utilizat

pentru analiza proceselor de deformare plastică Programul este bazat pe metoda cu element finit pentru formarea la rece și la cald a metalelor Ea facilitează simularea termo-mecanică a proceselor de deformare plastică a metalelor icircntr-o stare de deformare izotropică omogenă și simetric axială șicare respectă criteriul von Mises Calculele curgerii metalului cacircmpului de eforturi tensiuni vitezede deformare și temperatură sunt conduse pe ipoteza modelului elasto -plastic al corpuluideformat[49]

Aliajul de aluminiu A6060 este unul dintre cele mai utilizate materiale de mare-rezistență(calitate superioară) pentru componente structurale ale aeronavelor Printre aliajele de aluminiuforjate obișnuite este apreciat ca fiind cel mai dificil de extrudat Aliajul are un interval mic deextrudare fiind restracircns de valoarea icircnaltă a tensiunii de deformare și de către punctul său scăzut deicircnceput al topirii

O ilustrare schematică a extrudării ciclice este prezentată icircn figura 52

F ig 52 Reprezentarea schematic a procedeului extrud r ii ciclice cu contrapresiune [56]

O simulare a procesului de extrudare a fost realizată utilizacircnd software-ul element finitAceasta a fost realizată construind un model tridimensional CAD exact (precis) al procesuluiModelul a fost corelat cu elemente specifice și au fost adăugate proprietăț i ale materialelor și condiții

la limită Proprietățile fizice ale aliajului de aluminiu A6060 utilizat icircn simularea pe computer suntdate icircn tabelul 51 și compoziția chimică este prezentată icircn tabelul 52 Semifabricatul a fostconsiderat elasto-plastic (adică se ține cont și de deformația elastică) icircn timp ce sculele au fost

considerate solide rigide (nedeformabile) Condițiile de fricțiune de tip forfecare la interfețele piesăde prelucrat și scule au fost impuse ca parte a condițiilor limită Coeficientul de frecare conformlegii de frecare a lui Tresca la interfața piesă ndashmatriță s-a presupus a fi 05 (fără ungere) și 02 icircncondiții de ungere cu soluție de grafit coloidal icircn ulei mineral

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 39: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 3952

39

Tabelul 51 Propri et ți ale aliajului A6060Proprietăți A6060

Densitate (kgm ) 2800Capacitate calorică (μmm K) 898

Conductivitate termică (WmK) 250Rezistența (NWm) 35

Tabel 52 Compozi ția chimic a aliajul ui A6060 uti li zat pentru simulare Nr

crt

Marca aliaj aluminiu Compoziție chimică []

Simbolizare alfa-numerică Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Impurități Al

Fiecare Total

1 AlMgSi (6060) 03006

010030

010 010 03506

005 015 010 005 010 rest

Scopul simulării deformării plastice icircn extrudarea ciclică folosind metoda de calcul cuelement finit este de a determina curgerea metalului cacircmpul de viteze şi deformaţiile efective

pentru a găsi corecturile necesare şi potrivite icircn procesul real de deformare Printre beneficiilesimulării se numără reducerea duratei de timp necesară dezvoltării unui produs reducerea costuluide fabricaţie a sculelor creşterea eficienţei procesului de fabricaţie şi icircmbunătăţirea calităţii

produsuluiProgramul FORGE 2009 dispune de o extinsă bază de date ale materialelor metalice icircn care

se regăsesc proprietăţile mecanice ale acestora la anumite temperaturi evoluţia ecruisării şi a plasticităţii acestora Baza de date poate fi completată şi cu alte materiale speciale icircn funcţie decerinţele din proces Astfel devine posibilă simularea proceselor metalurgice luacircnd icircn consideraretransformările de fază şi modificarea mărimii grăunţilor

Modelele de material cu care lucrează programul pot avea următoarele caracteristici elasto- plastic vacircsco-plastic dependent de temperatură ecruisarea izotropică etc

FORGE 2009 permite vizualizarea rezultatelor simulării chiar şi icircn timpul procesului deanaliză presupune urmărirea traseului liniilor de alunecare şi a unor puncte din material curgereamaterialului şi prezentarea sub formă de animaţie a procesului de deformare folosind formate videoşi imagine

Modelarea fizică a procesului de extrudare ciclică presupune asocierea a mai multe modelece descriu variate fenomene fizice cum ar fi deformarea plastică a probei icircmpreună cu evoluţia satermo-metalurgică mecanismele frecării la interfaţa de contact mecanismul cinematic şi icircncărcareamecanică a procesului

Icircn prezenta lucrare diferite regimuri de extrudare ciclică au fost supuse unui program demodelare fizică menţinacircnd aceleaşi condiţii de desfăşurare a procesului de deformare

521 Generarea sculelor semifabricatelor şi a parametrilor de material

Pentru simularea extrudării ciclice s-a utilizat analiza cu elemente finite folosind modelul dematerial elasto-plastic

Reprezentarea geometriei presupune definirea mărimii şi formei semifabricatului şi a sculei

FORGE 2009 dispune de un modelor geometric care permite reprezentarea formelor geometricerelativ complexe icircn plan sau spaţiu Icircn plus programul permite importarea pieselor proiectate icircntr-un program CAD

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 40: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4052

40

Pentru simularea procesului de extrudare ciclică s-a utilizat programul CAD Solid Works pentru crearea geometriei epruvetei matriţei și poansoanelor iar după importul acestora icircn programvolumul probei s-a discretizat icircn elemente finite 3D solide de tip tetraedru cu zece noduri iar sculele(matrițe și poansoane) sunt considerate a fi suprafețe rigide aproximate cu ajutorul unor faț etetriunghiulare elementele avacircnd dimensiuni de 03 la Oslash7 mm și 026 la Oslash55 mm (fig 54)

Opţiunea rdquo MATERIALS PROPRIETIES rdquo permite introducerea proprietăţilor mecanice şitermice de material respectiv modulul lui Young coeficientul lui Poisson tensiunea de curgeredensitatea masică conductivitatea şi căldura specifică

Modelul de material a fost ales pentru aluminiu A6060 coeficientul lui Poisson = 03modulul lui Young = 73983223103 Nmm2 şi curba de ecruisare prezentată icircn fig 55

Pentru modelare s-a considerat frecarea icircntre materialul probei şi peretele matriţei evoluacircnddupă legea lui Coulomb dar cu o valoare constantă a coeficientului de frecare icircntr-o anume fază adeformării plastice (μ = 02) matriţa este considerată ca fiind rigidă Se admite că coeficientul defrecare este constant pe suprafaţa de contact şi este independent de gradul de deformare şi presiuneade contact

F ig 54 Structura discretizat prob -matr iţ -poanson

Fi g 55 Curba de ecrui sare aliaj aluminiu A6060

FORGE 2009 are o funcţie icircncorporată care face posibilă definirea icircncărcărilor şi amişcărilor componentelor matriţei icircn dependenţă de timp Programul permite definireaechipamentelor folosite pentru deformare prese mecanice ciocane de matriţare prese hidraulice iar

incrementul de timp este definit icircn regim automat de către programDeoarece majoritatea proceselor de deformare se realizează icircn mai multe etape programul

permite simularea acestora icircn etape multiple fiecărei etape asociindu-se propriul set de scule

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 41: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4152

41

522 Analiza deformaţiilor

Omogenitatea deformaţiei şi cantitatea de deformaţie indusă icircn probele deformate prinextrudare ciclică au fost obţinute din distribuţia efectivă a deformaţiilor cuantificată icircn procesul desimulare cu ajutorul FORGE 2009

Am folosit o felie de 36 din ansamblul matrițe-poansoane-piesă (atacirct din punct de vedere alsimetriei axială cacirct și al timpului mai mic de analiză - aprox 6 ore per trecere) (fig56)

Am simulat cacircte 14 treceri pentru fiecare tip de matriță (cu zona de trecere de Oslash7 și Oslash55mm) cufor ța de contrapresiune constantă de 20kN In fig 57 sunt reprezentate deformațiile icircn piesăla sfacircr șitul fiecărei faze

Atacirct suprafaţa peretelui exterior cacirct şi a celui interior al canalului matriţei au fost consideratea fi rigide şi staţionare condiţiile limită de mişcare după axele OX şi OY fiind zero Poansonul a fostconsiderat rigid cu o mişcare de deplasare icircn plan vertical cu o viteză v = 100 mmmin similarăvalorilor folosite pentru icircncercări experimentale

F ig 56 Structura idealizat prob -matriţ -poanson

Pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm deformaţii neuniforme (Distribuţianeuniformă a deformațiilor este influenţată preponderent de frecarea de contact a probei cu peretelematriței) cu valori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire dinmatriţă (zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7mm) valoarea acestora evoluează astfel

bull icircntre 1-10 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 22-22 pentru trecerea 3bull icircntre 28-28 pentru trecerea 4bull icircntre 35-31 pentru trecerea 5bull icircntre 38-35 pentru trecerea 6bull icircntre 4-40 pentru trecerea 7

bull icircntre 44-44 pentru trecerea 8bull icircntre 48-48 pentru trecerea 9bull icircntre 52-52 pentru trecerea 10bull icircntre 55-55 pentru trecerea 11bull icircntre 6-60 pentru trecerea 12bull icircntre 63-63 pentru trecerea 13bull icircntre 66 - 66 pentru trecerea 14

Idem pentru matrița cu zona de trecere de la Oslash10 la Oslash55mm deformaţii neuniforme cuvalori mai mari se observă atacirct icircn apropierea zonei de intrare cacirct şi a celei de ieşire din matriţă (zonade trecere de la Oslash10 la Oslash55mm) valoarea deformațiilor evoluează astfel

bull icircntre 11-11 pentru prima trecerebull icircntre 18-18 pentru trecerea 2bull icircntre 25-25 pentru trecerea 3bull icircntre 32-32 pentru trecerea 4bull icircntre 36-36 pentru trecerea 5bull icircntre 42-42 pentru trecerea 6bull icircntre 45-45 pentru trecerea 7

bull icircntre 5-50 pentru trecerea 8bull icircntre 54-54 pentru trecerea 9bull icircntre 6-60 pentru trecerea 10bull icircntre 64-64 pentru trecerea 11bull icircntre 68-68 pentru trecerea 12bull icircntre 72-72 pentru trecerea 13bull icircntre 78-78 pentru trecerea 14

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 42: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4252

42

F ig57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru a) prima trecere b)trecerea 3 c) trecerea 5 d) trecerea7 e) trecerea 2 f) trecerea 4 g)trecerea 6 h) trecerea 8

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 43: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4352

43

F ig 57 Deforma ția efectiv a piesei icircn matr i ța de Oslash7 mm pentru i) tr ecerea 9 j) tr ecerea 11 k)

trecerea 13

523 Evoluţia forţei de extrudare

S-a analizat forţa necesară deformării icircn procesul de extrudare ciclică pentru determinareaconsumului de energie şi proiectarea geometriei matriţei Icircn acest scop s-au simulat cacircteva variantetehnologice susceptibile a oferi informaţii cacirct mai utile pentru proiectare

Se poate observa din graficul for ță-cursă (fig 59) că for ța necesar ă extr udării crește progresiv de la valoarea de 100kN pentru prima trecere la valoarea de 110kN pentru trecerea 2120kN pentru trecerea 3 130kN pentru trecerea 5 rămacircnacircnd aproximativ la această valoare și

pentru următoarele treceri pacircnă la trecerea 14 De asemenea creșterea valorii forței spre maxim se

face pe o pantă mai abruptă la prima trecere atingacircnd valoarea maximă la o cursă de 20 mm a poansonului adică icircn zona de trecere a matriței de la Oslash10 la Oslash7 mm

In cazul trecerilor următoare creșterea valor ii for ței se face mai lent icircncepacircnd de la valoarea

cursei poansonului de 1-2 mm ceea ce icircnseamnă că materialul opune la icircnceput o anumită rezistențăși forțele de frecare piesă-matriță sunt mai mari apoi urmacircnd o creștere a valorii forței de la 110

pacircnă la 130kN pentru o cursă a poansonului de 5 mm apoi din nou o scădere a valorii for ței de la

130kN pacircnă la valoarea de 110kN icircncepacircnd cu valoarea cursei poansonului de 5 mm pacircnă la 20mm ceea ce icircnseamnă că materialul a atins limita de curgere (se deformează mai ușor) curgerea seface mai ușor prin matriță nemaifiind necesare for țe de extrudare la fel de mari Diferența icircntre

valoarea minimă și maximă a for ței pentru prima trecere este de aproximativ de 100kN

(Fmin=10kN Fmax=110kN) ceea ce arată o icircncărcare destul de mare pentru sculele de deformare

apoi diferența icircntre valoarea minimă și maximă a for ței scade pentru celelalte treceri aproximativ la jumătate adică valoarea de 50kN (Fmin=80kN Fmax=130kN) contribuind la o icircncărcare mai

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 44: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4452

44

uniformă a sculelor de deformare ceea ce arată că materialul se deformează mai ușor apropiindu-sede limita de curgere nemaifiind nevoie ca for ța de extrudare să crească atacirct de mult

Lucrurile stau aproximativ la fel și pentru matrița cu canalul de calibrare de Oslash55 mm (fig510) De fapt graficele obținute prin simulare seamănă cu cele obținute experimental avacircnd

acceași alur ă (f ig 511 512)

F ig 59 Graficul for ț -curs pentru matri ța de Oslash7 mm

F ig 510 Graficul for ț -curs ob ținut prin simulare pentru matri ța cu canal de Oslash55 mm

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 45: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4552

45

Fi g 511 Graficele for ț -curs pentru Dural_1 și Dural_2 obținute experimental

Fig 512 Graficul for ț -curs pentru AlTi5B1 ob ținut experimental

524 Concluzii

Influenţa frecării icircn special icircn zona de trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) apare icircnformarea unei deformări intense la capătul de intrare icircn matriţă Obstrucţia provocată deforma ascuţită a colţului matriţei icircn curgerea materialului prin această zonă este vizibilă dinforma intens distorsionată a reţelei discretizate

Suprafaţa elementelor reţelei discretizate este diferită icircn zona de contact cu pereţii matriţeifaţă de cea din porţiunea centrală a probei ceea ce sugerează o distribuţie neuniformă adeformaţiilor (dacă icircn zona capetelor Δεasymp0 icircn cele ale por țiunii de trecere neuniformitateadeformaţiei atinge valori de Δε = 66 ndash 66 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash7 mm și Δε =78 ndash 78 pentru trecerea 14 la matrița de Oslash55 mm)

Icircn tendinţa de a menţine volumul constant icircn cele două zone diametral opuse datoritătensiunilor de compresiune apare o deplasare de material dinspre zona marginală sprecentrul matriței

Deşi zona de deformare coincide cu planul de intersecţie a celor două diametre adică zonade trecere de la Oslash10 la Oslash7 mm (Oslash55mm) totuşi icircn zona centrală materialul are tendinţa dea curge cu viteză mai mare decacirct icircn zona marginală

Capetele probelor rămacircn mai puțin deformate lucru care duce la pierderi de material

deoarece acele capete nu vor avea aceleaşi proprietăţi icircmbunătăţite ca şi restul probei

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 46: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4652

46

CAPITOLUL 6 Concluzii finale Contribuții originale

Diseminarea rezultatelor Direcții viitoare de cercetare

61 Concluzii finale

Procesarea CEC a aliajelor de aluminiu studiate a dus la o imbunătățire substanțială acaracteristicilor mecanice prin intermediul inducerii unor structuri UFG icircn interiorul

acestora creacircndu-se posibilitatea icircnlocuirii unor materiale mai scumpe și utilizării lor icircnaplicații din domeniul auto sau aeronautic

Procedeul ales (CEC) este mai ieftin dpdv al execuției matrițelor (simplitatea execuției

prin strunjire și rectificare) dpdv al materialelor utilizate (aliaje de aluminiu comerciale -mai ieftine) al temperaturii utilizate - nu a necesitat icircncălzire realizacircndu-se la rece(temperatura camerei) icircn perioada de incubație (24 ore) după un tratament de călire de

punere icircn soluție care a mărit mult caracteristicile de deformabilitate ale materialului icircnacelași timp scăzacircndu-i duritatea foarte mult numărul de treceri fiind mai mic (15) față dealte procedee ca de ex ARB [14] cu 64 treceri probele fiind curățate mecanic și chimic și

apoi supuse unui tratament intermediar de recristalizare după fiecare trecere materialeleutilizate fiind mai scumpe (aliaje de titan) și ECAP [67] matrițe mai complexe și mai

scumpe ( dpdv al execuției) procedeu realizat prin icircncălzirea probelor la 200˚C Caracteristicile mecanice ale materialelor studiate au icircnregistrat o icircmbunătățire considerabilă

odată cu creșterea numărului de treceri prin matriță fiind icircnregistrate creșteri substanțiale

ale proprietăților de duritate și rezistență Analiza microstructurală a evidențiat faptul că odată cu creșterea numărului de treceri prin

matriță crește și gradul de finisare al microstructurii materiale lor studiate dar și gradul defragmentare a particulelor de fază secundară acestea devenind tot mai fine și distribuția lor

din ce icircn ce mai uniformă A fost observat faptul că deformația echivalentă cumulată nu este principalul factor care

determină microstructura materialelor procesate ci este mai importantă inducerea unor deformații cacirct mai ridicate icircn cadrul fiecărei treceri CEC

Simularea procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică realizată prin Programulde analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 a arătat faptul că deformațiile și tensiunile icircn material sunt neuniforme și cresc

ca valoare de la o trecere la alta că deformații mai mari se icircnregistrează icircn special icircn zona detrecere (calibrare) a canalului matriței acolo unde materialul este mai solicitat prin

forfecare exact cum era și de așteptat Graficele trasate de către Programul de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru

cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 au arătat faptul că for ța necesar ă extrudăriiciclice are la icircnceput forma unei curbe cu o pantă crescătoare apoi o zonă de palier cu oușoar ă creștere urmată icircn final de o curbă ascendentă valorile for țelor variază icircntre 10 -

110kN pentru prima trecere icircn care apare o solicitare mai mare a sculelor și icircntre 80-130 kN pentru trecerile 2-14 Graficele For ță - cursă obținute experimental icircn urma efectuării testelor de extrudare

ciclică au fost foarte asemănătoare ca alură a curbelor cacirct și foarte apropiate ca valori alefor țelor de extrudare de cele obținute prin simulare

In urma testelor de extrudare ciclică realizate atacirct cu matrițele de Oslash30Oslash15 cacirct și cu celeOslash10Oslash7 și Oslash10Oslash55 s-au obținut structuri cu granulație ultrafină cu valor i cuprinse icircn jurulvalorii de 80-90nm fapt ce ne icircndreptățește să afirmăm că scopul cercetării a fost atins

62 Contribuții originale

Realizarea unui studiu complex privind efectele procesării prin CEC asupra caracteristicilor aliajelor de duraluminiu (AlCu4Mg1 și AlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate din studiulmaterialelor bibliografice constatacircnd faptul că nu au fost raportate nici pe plan intern sau

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 47: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4752

47

internațional rezultate concludente referitoare la inducerea icircn cadrul acestor aliaje de

structuri UFG sau nanocristaline prin intermediul procesării SPDCEC Am realizat instalația experimentală de laborator (designproiectare și execuție) necesar ă

efectuării testelor de extrudare ciclică pentru aliajele de duraluminiu (AlCu4Mg1 șiAlCu4Mg15Mn) și Al5TiB1 studiate

Realizarea unui program de cercetare original cu un grad ridicat de complexitate care să

permită obținerea unor rezultate relevante din punct de vedere practic icircn ceea ce priveșteinducerea structurilor ultrafine și nanocristaline icircn aliajele de aluminiu studiate cu largăaplicabilitate icircn sectorul industrial

Realizarea unei corelații icircntre parametrii de procesare CEC caracteristicile microstructurale

și proprietățile mecanice ale aliajelor studiate fapt ce a permis determinarea regimului

optim de deformare CEC pentru aceste aliaje Demonstrarea prin intermediul unor metode moderne de caracterizare structurală

(microscopie optică) a faptului că prin inducerea unei microstructuri de tip UFG icircn urma procesării SPDCEC se poate realiza o icircmbunătățire considerabilă a proprietăților mecanice

ale aliajelor studiate (comparativ cu starea inițială) astfel aceste aliaje pot icircnlocui cu succesalte materiale mai scumpe icircn domenii icircn care se cer proprietăți speciale de rezistență și

duritate asociate cu o greutate specifică și dimensiuni reduse Caracterizarea complexă din punct de vedere al proprietăților mecanice ale materialului icircn

starea inițială și după procesarea CEC (teste de compresiune microduritate analiză optică)și corelarea acestor proprietăți cu caracteristicile microstructurale și cu condițiile de

deformare icircn vederea stabilirii regimului optim de procesare SPDCEC a aliajelor studiate Realizarea simulării procesului de curgere al metalului icircn extrudarea ciclică prin Programul

de analiză cu element finit (FEA) FORGE 2009 pentru cele două tipuri de matrițe Oslash10Oslash7și Oslash10Oslash55 de asemenea a fost determinată distribuția tensiunilor și deformațiilor efective

icircn volumul materialului deformat prin intermediul diagramelor de deformare și tensiuni lasfacircr șitul fiecărei treceri din cele 14+14 treceri au fost determinate solicitările la care suntsupuse sculele de asemenea for țele necesare extrudării rezultacircnd graficele For ță ndash cursă

pentru cele două tipuri de matrițe și cele cacircte 14 tr eceri

63 Diseminarea rezultatelor

Am participat la sesiunile de comunicări științifice a 4(+1) Conferințe Internaționale cuarticole și postere și am publicat un număr de 6 (+1 icircn curs de publicare) articole dintre care 3(+1)

ndash ISI Proceedings 2 - BDI și B+ și 1 - C dintre care 4 (+1) articole ca prim autor

Lucrări publicate

1 ldquoNANOCRYSTALI ZATION OF STEELS BY BALL M I LL AND BAL L DROP-SEVERE PLASTIC DEFORMATION TECHNIQUESrdquo ndash I Popa V Geamăn a 7-a ConferinţăInternaţională despre Ştiinţa Materialelor şi Inginerie BraMat Poiana Braşov 23-26 februarie 2011icircn revista CERCETĂRI METALURGICE ŞI DE NOI MATERIALE Trimestrial Vol XIX

pp39-42 2011 Nr special BRAMAT ISSN 1221-5503 CNCSIS categoria B+ 2 ldquoO NOUĂ ABORDARE FĂCUTĂ DESCRIERII TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂPRODUSE SUB INFLUEN ȚA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTIC Ă SEVERĂ rdquo ldquo ANEW APPROACH TO A DESCRIPTION OF STRUCTURALPHASE TRANSFORMATI ONS UNDER A VERY SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo ndash I Popa V Geamăn publicat icircn2011 icircn Revista Bilingvă Creativitate şi Inventică vol 3 pp1-16 2011 ISSN 2067-30863 ldquoEQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION WITH BACK-PRESSURE AS A NEW ALTERNATIVE TECHNIQUE OF SEVERE PLASTIC DEFORMATIONrdquo - I Popa V

Geamăn - Proceedings of the 16

th

International Conference Modern Technologies ModTech 2012Quality and Innovation - Vol IV - Iași - Chișinău ndash Belgrad pp797-801 24-26 Mai 2012 SinaiaRomania ISSN 2069-6736 ISI Proceedings

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 48: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4852

48

4 ldquoGRAIN REFINEMENT IN AL -SI -CU ALLOY DURING CYCLI C EXTRUSIONldquo - VGeamăn I Radomir M Stoicănescu I Popa Conferința Internațională World Conference onBusiness Economics And Management (WCBEM-2012) Antalya Turcia Procedia-Social andBehavioral Sciences Elsevier Publishing LTD Ed Huseyin Uzunboylu Vol62 1-1384 pp 775-779 4-6 mai 2012 ISI (Toate lucrările publicate icircn Procedia-Social și Behavioral Sciences suntindexate de Scopus și ScienceDirect și transmise către Thomson Reuters Conference Proceedings

Citation Index-Science (ISI Web of Science) pentru evaluare și includere icircn listă) 5 ldquoPREDICTING GRAIN REFI NEMENT BY COLD SEVERE PLASTIC DEFORMATI ON PROCESSES IN ALLOYS BY USING THE METHOD OF VOLUME AVERAGED DISLOCATION GENERATIONrdquo - I Popa V Geamăn publicat icircn Proceedings la a 4-a Sesiunea Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineering și a 2-aSesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20 octombrie 2012Brașov Editura Lux Libris Publishing House volI p278-281 ISBN 978-973-131-164-7 ISIProceedings și publicat Editura DERC Publishing House SUA 2012 ISBN 13 978-0981730059ISBN 10 09817300516 ldquoMULTIFUNCTIONAL ADVANCED MATERIALS - THE KEY FOR NEW TECHNOLOGY AREAS A SHORT OVERVI EWrdquo - V Geamăn I Popa A Pop publicat icircn Proceedings la a 4-a

Sesiune a Conferinței Internaționale COMAT 2012 - Advanced Composite Materials Engineeringși a 2-a Sesiune a Conferinței Internaționale Research amp Innovation in Engineering 18 -20octombrie 2012 Brașov Editura Lux Libris Publishing House volIII p711-716 ISBN 978-973-131-164-7 ISI Proceedings7 ldquoUSING NUMERICAL SIMULATION I N CYCLI C EXTRUSION FORMI NG PROCESSESrdquo - I Popa articol icircn curs de publicare icircn Proceedings la 5-a Conferință Internațională ldquoAdvancedMaterials and Structures - AMS rsquo13rdquo organizată de către Universitatea Politehnică Timișoara ceva avea loc icircn perioada 24-25 oct 2013 la Timișoara ISI Proceedings și jurnalul Solid StatePhenomena

64 Direcții viitoare de cercetare

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice prin micșorarea

numărului de treceri sau prin mărirea gradului de reducere de la 2 cacirct e icircn prezent deex la 3 sau 4

Analizarea posibilității obținerii de structuri UFG și nanometrice din alte aliaje decacirct

cele pe bază de aluminiu de exemplu alamele (aliaje Cu-Zn) bronzurile (aliaje Sn-Pb) aliaje pe bază de Mg sau Ti

Analizarea oportunității sau posibilității măririi valorii for ței de contrapresiune icircn

vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice

Analizarea oportunității măririi unghiului de icircnclinație al matrițelor de la 60˚ cacirct e icircn

prezent de ex la 65˚ 70˚ sau 75˚ și influența acestui fapt asupra scăderii valorii for ței

necesare extrudării și asupra obținerii de structuri UFG și nanometriceAnalizarea oportunității icircncălzirii pieselor supuse testelor de extrudare ciclică de ex

la temperatura de 350-450˚C ndash temperatura de recristalizare șisau a preicircncălziriisculelor utilizate icircn vederea obținerii de structuri UFG și nanometrice eventual dupămai puține treceri

Extinderea cercetărilor icircn vederea studiului texturării materialului icircn procesuldeformării plastice severe prin CEC texturare (orientare preferen țială a cristalelor)care este influențată de o serie de factori cum ar fi ruta de procesare gradul dereducere numărul de treceri unghiul matriței utilizarea contrapresiunii șamd

Bibliografie selectivă

[2] Aour B et al bdquoExperimental and numerical study of ECAE deformation of

polyolefinsrdquo Computational Materials Science 45 pp 646ndash652 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 49: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 4952

49

[4] ASM International bdquoHandbook of Workability and Process Designrdquo Ed Dieter G EKuhn H A and Semiatin S L 2003[8] Becker R and Lalli LA bdquoTexture evolution in channel-die compression port effects of

grains which shearrdquo Textures Microstructural 14-18 pp 145-150 1991[10] Chen YC et al bdquoThe effect of extrusion temperature on the development of

deformation microstructures in 5052 aluminium alloy processed by equal channel angular

extrusionrdquo Acta Materialia 51 pp 2005ndash2015 2003[11] Chenot J-L Massoni E bdquoFinite element modelling and control of new metal forming

processesrdquo International J Machine Tools amp Manufacture 46 pp 1194ndash1200 2006[14] Dumitrescu C bdquoCercetări privind inducerea de structuri ultrafin cristaline și

nanocristaline icircn aliaje de titan prin procedee de tip deformare plastică severărdquo BucureștiUniversitatea Politehnică din București Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor

Catedra Procesarea Materialelor și Ecometalurgie teză de doctorat Cond Șt Prof dr ingDoina RĂDUCANU 2011 181 p[15] Dyi-Cheng Chen et al bdquoInvestigation into cold extrusion of aluminum billets

usingthree-dimensional finite element methodrdquo J Mater ProcessTechnol pp192ndash193188ndash193 2007

[16] Feng XM and Ai TT bdquoMicrostructure evolution and mechanical behavior of AZ31 Mg alloy processed by equal-channel angular pressingrdquo Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China Vol 19 Issue 2 pp 293-298 April 2009[19] Fietier N Krahenbuhl Y Vialard M bdquoNew methods for the fast simulations of the

extrusionprocess of hot metalsrdquo J Mater Process Technol 2008[24] Hartley P Pillinger I bdquoNumerical simulation of the forging processrdquo ComputMethods Appl Mech Engrg 195 pp 6676ndash6690 2006[28] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoExperimental Investigations of the Al 6082

Alloy Subjected to Equal-Channel Angular Pressingrdquo Materials Science Forum Vols 473-474 pp 129-134 2005[29] Krallics Gy Malgin D and Fodor A bdquoInfluence of ECAP routes on mechanical

properties of a nanocrystalline aluminium alloyrdquo Periodica Polytechnica Ser Mech EngVol 48 No2 pp 145-150 2004[33] Li L Zhou J Duszczyk J bdquoPrediction of temperature evolution during the extrusion

of7075 aluminium alloy at various ram speeds by means of 3D FEM simulationrdquo J MaterProcess Technol 145 pp 360ndash370 2004[34] Li YJ Blum W bdquoStrain rate sensitivity of Cu after severe plastic deformation by

multiple compressionrdquo Physica Status Solidi A-Applications and Materials ScienceVol202 No 11 pp 119-R121 2005 DOI 101002pssa200521160[36] Ma A et al bdquoCharacteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel

angular pressinrdquo Scripta Materialia 52 pp 433-437 2005

[46] Nourbakhsh S and Vujic DbdquoHigh strain plane ndash strain deformation of 70-30 brass in

a channel dierdquo Acta Metall 34 pp 1083-1090 1986[49] Pop M Frunză D Neag A bdquoApplication of numerical simulation in metal forming

processesrdquo Metalurgia Nr3 pp 14-22 2013[50] Popa A bdquoExtrudarea metalelor și aliajelorrdquo Editura Lux Libris Brașov ISBN 973-96308-8-x pp 36-41 45-54 1994[56] Richert J and Richert M bdquoA new method for unlimited deformation of metals and

alloysrdquo Aluminium 62(8) pp 604-607 1986[58] Salishchev GA bdquoFormation of submicrocrystalline structure titanium during

successive uniaxial compression in three orthogonal directionsrdquo Nanomaterials by severe plastic deformation Weinheim Wiley VCH pp 691-700 2004

[59] Schikorraa M et al bdquoMicrostructure analysis of aluminum extrusion Prediction of microstructure on AA6060 alloyrdquo J Mater Process Technol 201 pp 156ndash162 2008

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 50: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5052

50

[60] Segal VM bdquoEqual channel angular extrusion from macromechanics to structure

formationrdquo Materials Science and Engineering A271 pp 322ndash333 1999[61] Segal VM bdquoMethods of stress-strain Analysis in Metalformingrdquo ScD Thesis Minsk1974[67] Szilagyi E bdquoCercetări privind extrudarea unghiulară icircn canale egalerdquo UniversitateaTehnică Cluj-Napoca teză de doctorat Cond Șt Prof dr ing Tiberiu RUSU (Traian

CANTA) 2012 181 p[72] Teodorescu Al bdquoTehnologia extrudării metalelorrdquo Ed Tehnică București 1975[73] Tiernan P et al bdquoModelling of cold extrusion with experimental verificationrdquo JMater Process Technol 168 pp 360ndash366 2005[77] Valberg HS bdquoApplied Metal Forming Including FEM Analysisrdquo CambridgeUniversity Press 2010[91]wwwbacteriouc3mesdocenciaprofesoresramiroMechanical2PropertiesTheme

plasticdeformationdislocations and strengthening mechanismspdf [93] wwwdpstuiasiro[94] wwwdumneduDislocationMotion_Str_Recovery_Ch7[95] wwwengineeringtoolboxcomfriction-coefficients-d_778html

[97] wwwnanostrallxro[99] wwwtcmugalroCercetarePNII2008Prezentarepdf [100] www marcelsuciueucarteaLaminare-partea5pdf

Anexa 1- Scurt rezumat al tezei ldquoMateriale avansate multifuncționale cu

granulație ultrafinănanometrică obținute prin deformare plastică severărdquo

Deformarea plastică severă reprezintă acele procese de deformare a metalelor icircn caredeformații plastice foarte mari sunt dezvoltate icircn volumul materialului deformat pentru a se crea

structuri cu grăunți ultrafini de dimensiuni nanometrice Aceste metode de procesare pot crea

nanostructuri uniforme icircn icircntreg volumul de material al metalului deformat (materiale

nanostructurate icircn volum) avacircnd certitudinea obținerii unor proprietăți fizice și mecanicesuperioare bine stabilite

Extrudarea ciclică este una dintre cele mai utilizate metode pentru rafinarea grăunţilor dinmetale policristaline cu grăunţi grosolani

Lucrarea conține cercetări experimentale bazate icircn special pe două aliaje de duraluminiudes utilizate icircn industria constructoare de mașini Sunt dezvoltate programe de cercetare moderneefectuate pe utilaje și aparatur ă de investigare de ultimă generație

De asemenea lucrarea conține un program de simulare al deformării prin extrudare ciclicăcu ajutorul elementelor finite - Forge 2009

Appendix 1 - Brief summary of the thesis ldquoMultifunctional advanced

superfinenano-grained materials obtained by severe plastic deformationrdquoSevere plastic deformation represents those plastic deformation processes of forming metal

in that large plastic deformation are developed in the amount of deformed material to create ultra-fine grain structure nano-sized These processing methods can create nanostructures uniformthroughout the volume of the metal deformed material (nanostructured materials by volume) thecertainty of obtaining superior physical and mechanical properties its well established

Cyclic Extrusion is one of the most used methods for refining grains of coarse grain polycrystalline metals

The paper includes experimental research based mainly on two aluminum alloy widely usedin mechanical engineering Research programs are developed modern machinery and equipment

made in the latest investigationThe paper also contains a simulation program of cyclic deformation by extrusion using finite

elements - Forge in 2009

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 51: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5152

51

Anexa 2 - Curriculum Vitae

Nume Ioan PopaOras BrașovAdresa B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Experiență profesionalăPerioada 102010 - prezent Funcție ocupată doctorand inginer Departament Știința Materialelor Companie Universitatea ldquoTransilvaniardquo BrașovPerioada 072007 - 072009 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrașovPerioada 042007 - 072007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrașovPerioada 062006 - 032007 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie PREMS TP BrașovPerioada 052005 - 062006 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC TRACTORUL UTB BrașovPerioada 011993 - 012005 Funcție ocupată Inginer proiectantDepartament Proiectare Companie SC ROMRADIATOARE SA BrașovPerioada 011990 - 011993 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Producție Companie SC RULMENTUL SA BrașovPerioada 101987 - 011990 Funcție ocupată Inginer tehnolog secție asistență tehnicăDepartament Proictare Forjă Companie SC TRACTORUL M - CIUC

EducațieNivel studii FacultateInstituție Universitatea ldquoTransilvaniardquo Brașov (Facultatea Știința și Ingineria Materialelor)Specializare Utilaj TehnologicMedie absolvire 900 Perioada 091982 - 071987 Descriere Diplomă inginer mecanicCertificări și cursuri

Denumire Proiectare 3D Pro-EngineeringDescriere Curs intensiv - 4 săptămacircni SC Cambric Consulting SRL Brașov 2007Denumire Limba Italiană-icircncepătoriDescriere Curs intensiv - 8 săptămacircni Job School Selection Brașov 2002Denumire ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Descriere Curs intensiv - 8 saptamani Technical Group International SA Brașov 1999Denumire Curs Analiști ProgramatoriDescriere Curs intensiv - 6 saptamani Infostar SA Brașov 1993Competențe personaleLimbi străine Engleză-avansați Franceză-mediu Italiană-icircncepătoriCompetențe informatice Autocad Intellicad MS Office-Word+Excell Pro-E AMDSolidWorks Inventor navigare internetCompetențe dobacircndite la locul de muncă abilităţi icircn ceea ce priveşte proiectarea planificareacoordonarea analiza şi sinteza dobacircndite icircn timpul carierei profesionale abilități organizatorice și practice

icircn ce privește lucrul individual și icircn echipăCompetențe de comunicare bune competenţe de comunicare şi socializare dobacircndite icircn timpul cariereieducaţionale şi profesionale prin experienţa proprie și participarea la cursuri de formare şi perfecţionare

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks

Page 52: PopaIoan.pdf

7212019 PopaIoanpdf

httpslidepdfcomreaderfullpopaioanpdf 5252

Appendix 2 - Curriculum Vitae

Name Ioan PopaCity BrasovAdress B-dul Victoriei nr 11 bl35 scB ap47

Professional Experience

Period 102010 - present Function PhD studentDepartment Materials Science Company ldquoTransilvaniardquo University of BrasovPeriod 072007 - 072009 Function Design Engineer Department Design Company SC GEOMETRIC-ROMANIA SRL BrasovPeriod 042007 - 072007 Function Design Engineer Department Design Company SC CAMBRIC CONSULTING SRL BrasovPeriod 062006 - 032007 Function Design Engineer Department Design Company PREMS TP BrasovPeriod 052005 - 062006 Function Design Engineer Department Design Company SC TRACTORUL UTB BrasovPeriod 011993 - 012005 Function Design Engineer Department Design Company SC ROMRADIATOARE SA BrasovPeriod 011990 - 011993 Function Section Engineer Technical SupportDepartament Production Company SC RULMENTUL SA BrasovPeriod 101987 - 011990 Function Section Engineer Technical Support

Departament Design Forge Company SC TRACTORUL M - CIUCEducation

Education level FacultyInstituție ldquoTransilvaniardquo University of Brasov (Faculty of Materials Science and Engineering)Specialization Technical EquipmentAverage Graduation 900 Period 091982 - 071987 DescriptionDiploma Mechanical Engineer Certifications and courses

Name 3D Design Pro-EngineeringDescription Intensive Course - 4 weeks SC Cambric Consulting SRL Brasov 2007Name Italian-BeginnersDescription Intensive Course - 8 weeks Job School Selection Brasov 2002Name ACAD 12 ACAD14 AutoMechanicalDesktop (AMD)Description Intensive Course - 8 weeks Technical Group International SA Brasov 1999Name Currency AnalystDescription Intensive Course - 6 weeks Infostar SA Brasov 1993Personal skills

Languages English- Advanced French-Environment Italian - BeginnersComputer skills Autocad Intellicad MS Office Word + Excell Pro E AMD SolidWorks