The use of magnesium alloys meets the need of reducing weight of componests(especially in automotive and aerospace industry) keeping unmodified their mechanical properties. The adoption of magnesium alloys in sheet forming processes is still limited, due to their low formability at room temperature caused by the hexagonal crystal structure. In this study, the authors aim to understand the process condition which can lead to a successful improvement in the formability of a magnesium alloy(AZ31). Experiment and simulations of deep drawing were doned at various warm temperature for the blank and tool(holde and die)while the punch was kept at room temperature by cooling wale. in order to confirm that the deep drawing performance of magnesium alloy can be considerably enhanced with using the local heating and cooling technique.
The automotive and electronic industries have seriously considered the use of magnesium alloys because of their excellent properties such as strength to weight ratio, EMI shielding capability, etc. However, it is difficult to form magnesium alloys at room temperature because of the mechanical deformation related to twinning. Hence, magnesium alloys are normally formed at elevated temperatures. In this study, a temperature dependent constitutive model, the C-H/V model, for the magnesium alloy AZ31B sheet is proposed. A hardening law based on nonlinear kinematic and H/V(Hollomon/Voce) hardening model is used to properly characterize the Bauschinger effect and the stabilization of the flow stress. Material parameters were determined from a series of uni-axial cyclic experiments(C-T-C) with the temperature ranging between 150 and $250^{\circ}C$. The developed models are fit to experimental data and a comparison is made.
It is difficult to estimate the properties of multilayered sheet because they are composed of one or more different materials. Plastic deformation behavior of the multilayered sheet is quite different as compared to each material individually. The deformation behavior of multilayered sheet should be investigated in order to prevent forming defects and to predict the properties of the formed part. In this study, the mechanical properties and formability of stainless steel-aluminum-magnesium multilayered sheet were investigated. The multilayered sheet needs to be deformed at an elevated temperature because of its poor formability at room temperature. Uniaxial tensile tests were performed at various temperatures and strain rates. Fracture patterns changed mainly at a temperature of $200^{\circ}C$. Uniform and total elongation of multilayered sheet increased to values greater than those of each material when deformed at $250^{\circ}C$. The limiting drawing ratio (LDR) was obtained using a circular cup deep drawing test to measure the formability of the multilayered sheet. A maximum value for the LDR of about 2 was achieved at $250^{\circ}C$, which is the appropriate forming temperature for the Mg alloy. Fracture patterns on a circular cup and thickness of formed part were predicted by a rigid-viscoplastic FEM analysis. Two kinds of modeling techniques were used to simulate deep drawing process of multilayered sheet. A single-layer FE-model, which combines the three different layers into a macroscopic single layer, predicted well the thickness distribution of the drawn cup. In contrast, the location and the time of fracture were estimated better with a multi-layer FE model, which used different material properties for each of the three layers.
The yield criterion, or called yield function, plays an important role in the study of plastic working of a sheet because it governs the plastic deformation properties of the sheet during plastic forming process. In this paper, we propose a modified version of previous anisotropic yield function (Trans. Mater. Process., 31(4) 2022, pp. 214-228) based on J2 and J3 stress invariants. The proposed anisotropic yield model has the 6th-order of stress components. The modified version of the anisotropic yield function in this study is as follows. f(J20,J30) ≡ (J20)3 + α(J30)2 + β(J20)3/2 × (J30) = k6 The proposed anisotropic yield function well explains the anisotropic plastic behavior of various sheets such as aluminum, high strength steel, magnesium alloy sheets etc. by introducing the parameters α and β, and also exhibits both symmetrical and asymmetrical yield surfaces. The parameters included in the proposed model are determined through an optimization algorithm from uniaxial and biaxial experimental data under proportional loading path. In this study, the validity of the proposed anisotropic yield function was verified by comparing the yield surface shape, normalized uniaxial yield stress value, and Lankford's anisotropic coefficient R-value derived with the experimental results. Application for the proposed anisotropic yield function to AA6016-T4 aluminum and DP980 sheets shows symmetrical yielding behavior and to AZ31B magnesium shows asymmetric yielding behavior, it was shown that the yield locus and yielding behavior of various types of sheet materials can be predicted reasonably by using the proposed anisotropic yield function.
To improve the shortcomings and expand the advantages of the single-roll melt drag method, which is a type of continuous strip casting method, the melt drag method with a molding belt is applied to AZ31 magnesium alloy. By attaching the forming belt to the melt drag method, the cooling condition of the thin plate is improved, making it possible to manufacture thin plates even at high roll speed of 100 m/min or more. In addition, it is very effective for continuous production of thin plates to suppress oxidation of the molten metal on the roll contact surface by selecting the protective gas. As a result of investigating the relationship between the contact time between the molten metal and the roll and the thickness of the sheet, it is possible to estimate the thickness of the sheet from the experimental conditions. The relationship between the thin plate thickness and the grain size is one in which the thinner the thin plate is, the faster the cooling rate of the thin plate is, resulting in finer grain size. The contact state between the molten metal and the roll greatly affects the grain size, and the minimum average grain size is 72 ㎛. The thin plate produced using this experimental equipment can be rolled, and the rolled sample has no large cracks. The tensile test results show a tensile strength of 303 MPa.
Magnesium sheet used in electrical device due to mobility and EMF shielding characteristics. Magnesium case by press forming was advantageous compare with conventional die casting process, because of its thin gauge of wall and surface quality. But it need to makes the boss to fix inner part or assemble the case. CD stud welding was effective way for joining the boss to the thin gauge case of the electrical devices. In this study, we investigated the performances of the magnesium boss welder To measure the process parameters such as the force and the weld current, we design the monitoring system for CD stud welding. We test the characteristics of CD stud welding for AZ31 sheets at some variables. Finally we select the optimum welding range of magnesium sheets in CD stud welding process.
In this paper, warm deep drawing process with local heating and cooling technique was attempted to improve the formability of AZ31 magnesium alloy which is impossibly to form by conventional methods at room temperature by finite element method and experiment. For FE analysis, in first model with considering heat transfer, both die and blankholder were heated to 573K while the punch was kept at room temperature by cooling water. Also distribution of thickness and von Mises stress at room temperature and 498k for warm deep drawing were compared by FEM. Uniaxial tension tests at elevated temperature were done in order to obtain the temperature dependence of material constant under temperature of $293K\~573K$ and cross head velocity of $5\~500mm/min$. The phenomenological model for warm deep drawing process in this work was based on the hardening law and power law strain rate dependency. Deep drawing experiment were conducted at temperatures of room temperature, 373K, 423K, 473K, 498K, 523K, and 573K for the blank and deep drawing tools(holder and die) and at a punch speed of 10mm/min.
마그네슘 합금은 구조용으로 사용 가능한 금속 재료 중 가장 가벼운 소재이며, 동시에 비강도 및 비강성과 같은 기계적 특성이 우수하여 알루미늄 합금의 뒤를 이을 차세대 경량 재료로써 주목을 받고 있다. 더욱이 석유자원의 대부분을 소비하고 있는 운송기기 분야에서는 경량화를 통한 연비향상과 배출가스 저감이 가장 큰 과제이며, 이 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 최경량 소재인 마그네슘 합금의 사용량은 더욱 증가할 것으로 기대된다. 한편 기존의 마그네슘 합금 관련 연구는 새로운 합금의 개발에 치우쳐 있었으며, 상대적으로 이들 합금을 활용하기 위한 가공기술, 특히 용접에 대한 연구는 아직까지 많이 부족한 실정이다. 이는 철강재와 비교하여 마그네슘 합금의 고유물성이 용접의 관점에서는 상당히 열악하기 때문으로, 마그네슘은 융점 및 비점은 낮은 반면, 증기압과 열전도율은 높고 표면장력 및 점성은 낮은 특성을 가지고 있다. 그러므로 타 공법에 비해 상대적으로 입열이 적고 고속용접이 가능한 레이저의 적용이 최적으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 Nd:YAG 레이저를 사용하여 압연판재로 상용화되어 있는 AZ31B 마그네슘 합금의 맞대기 용접성을 조사하였으며, 용접부의 미세조직과 용접조건에 따른 용접부의 기계적 특성을 비교 및 검토하였다. 용접부의 기계적 특성은 인장 및 경도시험을 통해 평가하였다. 그 결과 레이저 출력 1.2kW를 적용한 경우에 안정적인 강도를 얻을 수 있었으며 레이저 출력 1.5kW, 용접속도 80mm/sec의 조건에서 모재 인장강도 대비 103% 그리고 연신율 대비 47.1%의 최적의 결과가 얻어졌다. 또한 용접부의 경도는 모재와 동등하거나 다소 높은 수준이었다. 이는 용접시 용접부내 잔류하는 알루미늄에 의한 고용 강화 효과와 금속간화합물의 석출 빈도 증가, 그리고 레이저 용접의 특징인 급열급랭 공정에 기인한 결정립 미세화의 영향 때문으로 사료된다. 한편 용접부 미세조직을 관찰한 결과, 열영향부의 존재는 두드러지지 않았으며 용융경계부에서는 주상정이, 그리고 용접부 가운데에서는 등축정이 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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