Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.08a
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pp.233-239
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2004
The effect of annealing temperature on microstructures and mechanical properties of the sheets received $88\%$ reduction at cryogenic temperature was investigated for the annealing temperature of $150\~300^{\circ}C$, in comparison with those at room temperature. The presence of equiaxed grains, whose size is about 200nm in a diameter, was observed in 5052 Al alloy deformed $88\%$ and annealed $200^{\circ}C$ for an hour. When compared with the deformation at room temperature, the deformation at cryogenic temperature showed the higher strengths and equivalent elongation after annealing at the annealing temperature below $200^{\circ}C$. However, for annealing above $250^{\circ}C$ materials deformed at cryogenic temperature showed the lower strength than those deformed at room temperature. This behavior might be attributed to the higher rate of recrystallization and growth in materials deformed at cryogenic temperature during annealing, due to the lager density of dislocations accumulated during the deformation.
An ultrafine grained complex aluminum alloy was fabricated by an accumulative roll-bonding (ARB) process using dissimilar aluminum alloys of AA1050 and AA5052 and subsequently annealed. A two-layer stack ARB process was performed up to six cycles without lubricant at an ambient temperature. In the ARB process, the dissimilar aluminum alloys, AA1050 and AA5052, with the same dimensions were stacked on each other after surface treatment, rolled to the thickness reduction of 50%, and then cut in half length by a shearing machine. The same procedure was repeated up to six cycles. A sound complex aluminum alloy sheet was fabricated by the ARB process, and then subsequently annealed for 0.5h at various temperatures ranging from 100 to $350^{\circ}C$. The tensile strength decreased largely with an increasing annealing temperature, especially at temperatures of 150 to $250^{\circ}C$. However, above $250^{\circ}C$ it hardly decreased even when the annealing temperature was increased. On the other hand, the total elongation increased greatly above $250^{\circ}C$. The hardness exhibited inhomogeneous distribution in the thickness direction of the specimens annealed at relatively low temperatures, however it had a homogeneous distribution in specimens annealed at high temperatures.
A wide range of grain size was achieved in a Fe-Cr-Mn austenitic stainless steel (STS) by cold rolling and reversion annealing. The tensile characteristics of the STS were analyzed in terms of the dependence of strain induced martensitic (SIM) transformation on the grain size. In the ultrafine grain regime, the steel showed a high yield strength over 1 GPa, a discontinuous yielding, and a prolonged yield point elongation followed by considerable strain hardening. By increasing the grain size, the discontinuous yielding diminished and the yield point elongation decreased. The microstructural examination revealed that these tensile characteristics are closely related to the suppression of SIM transformation with decreasing the grain size. Especially, the prolonged yield point elongation of the ultrafine grained STS was found to be associated with development of unidirectional ε martensite bands. Based on the microstructural examination of the deformed microstructures, the rationalization of the grain size dependence of SIM transformation was suggested.
In describing the plastic deformation behaviour of ultrafine-grained materials, a phase mixture model in which a polycrystalline material is regarded as a mixture of a crystalline phase and a grain boundary phase has been successful. The deformation mechanism for the grain boundary phase, which is necessary for applying the phase mixture model to polycrystalline materials, is modelled as a diffusional flow of matter along the grain boundary. A constitutive equation for the boundary diffusion creep of the boundary phase was proposed, in which the strain rate is proportional to (stress/grain siz $e^{2}$). The upper limit of the stress of the boundary phase was set to equal to the strength to the amorphous phase. The proposed model can explain the strain rate and grain size dependence of the strength of the grain boundary phase. Successful applications of the model compared with published experimental data are described.
The microstructural evolution of AA1050/AA6061 complex aluminum alloy, which is fabricated using an accumulative roll-bonding (ARB) process, with the proceeding of ARB, was investigated by electron back scatter diffraction (EBSD) analysis. The specimen after one cycle exhibited a deformed structure in which the grains were elongated to the rolling direction for all regions in the thickness direction. With the proceeding of the ARB, the grain became finer; the average grain size of the as received material was $45{\mu}m$; however, it became $6.3{\mu}m$ after one cycle, $1.5{\mu}m$ after three cycles, and $0.95{\mu}m$ after five cycles. The deviation of the grain size distribution of the ARB processed specimens decreased with increasing number of ARB cycles. The volume fraction of the high angle grain boundary also increased with the number of ARB cycles; it was 43.7% after one cycle, 62.7% after three cycles, and 65.6% after five cycles. On the other hand, the texture development was different depending on the regions and the materials. A shear texture component {001}<110> mainly developed in the surface region, while the rolling texture components {011}<211> and {112}<111> developed in the other regions. The difference of the texture between AA1050 and AA6061 was most obvious in the surface region; {001}<110> component mainly developed in AA1050 and {111}<110> component in AA6061.
Nanostructured metallic materials are synthesized by bottom-up processing which starts with powders for assembling bulk materials or top-down processing starting with a bulk solid. A representative bottom-up and top-down paths for bulk nanostructured/ultrafine grained metallic materials are powder consolidation and severe plastic deformation (SPD) methods, respectively. In this study, the bottom-up powder and top-down SPD approaches were combined in order to achieve both full density and grain refinement without grain growth, which were considered as a bottle neck of the bottom-up method using conventional powder metallurgy of compaction and sintering. For the powder consolidation, equal channel angular pressing (ECAP), one of the most promising method in SPD, was used. The ECAP processing associated with stress developments was investigated. ECAP for powder consolidation were numerically analyzed using the finite element method (FEM) in conjunction with pressure and shear stress.
The automotive industry has focused on the development of metallic materials with high specific strength, which can meet both fuel economy and safety goals. Here, a new class of ultrafine-grained high-Mn steels containing nano-scale oxides is developed using powder metallurgy. First, high-energy mechanical milling is performed to dissolve alloying elements in Fe and reduce the grain size to the nanometer regime. Second, the ball-milled powder is consolidated using spark plasma sintering. During spark plasma sintering, nanoscale manganese oxides are generated in Fe-15Mn steels, while other nanoscale oxides (e.g., aluminum, silicon, titanium) are produced in Fe-15Mn-3Al-3Si and Fe-15Mn-3Ti steels. Finally, the phases and resulting hardness of a variety of high-Mn steels are compared. As a result, the sintered pallets exhibit superior hardness when elements with higher oxygen affinity are added; these elements attract oxygen from Mn and form nanoscale oxides that can greatly improve the strength of high-Mn steels.
Bulk nanostructured metallic materials are generally synthesized by bottom-up processing which starts from powders for assembling bulk materials. In this study, the bottom-up powder metallurgy and High Pressure Torsion (HPT) approaches were combined to achieve both full density and grain refinement at the same time. After the HPT process at 473K, the disk samples reached a steady state condition when the microstructure and properties no longer evolve, and equilibrium boundaries with high angle grain boundaries (HAGBs) were dominant. The well dispersed alumina particles played important role of obstacles to dislocation glide and to grain growth, and thus, reduced the grain size at elevated temperature. The small grain size with HAGBs resulted in high strength and good ductility.
In this research, a new medium-entropy alloy with an equiatomic composition of FeCuNi was designed using a phase diagram (CALPHAD) technique. The FeCuNi MEA was produced from pure iron, copper, and nickel powders through mechanical alloying. The alloy powders were consolidated via a high-pressure torsion process to obtain a rigid bulk specimen. Subsequently, annealing treatment at different conditions was conducted on the four turn HPT-processed specimen. The microstructural analysis indicates that an ultrafine-grained microstructure is achieved after post-HPT annealing, and microstructural evolutions at various stages of processing were consistent with the thermodynamic calculations. The results indicate that the post-HPT-annealed microstructure consists of a dual-phase structure with two FCC phases: one rich in Cu and the other rich in Fe and Ni. The kernel average misorientation value decreases with the increase in the annealing time and temperature, indicating the recovery of HPT-induced dislocations.
Equal channel angular pressing (ECAP) with intermediate heat treatment was employed to optimize the strength of Cu-15 wt.%Ag. Changes in microstructure, electrical properties and mechanical properties were studied as a function of pressing methods and heat treatment. ECAPed Cu-15wt.%Ag exhibited ultrafine-grained microstructures with the shape and distribution of Ag-rich lamellae dependent on the processing routes. For route A in which the sample was pressed without rotation between each pass, the initial dendrites of Ag-rich phase were elongated along the shear direction and developed into elongated filaments. For route C in which the sample was rotated by 180 degree after each pass, the morphology of initial dendrites of Ag-rich phase was not much modified and the networked structure remained even after 8 passes of ECAP. For route Bc in which the sample was rotated by 90 degree after each pass, the initial dendrites became finer by fragmentation with no pronounced change of the shape and distribution of Ag-rich lamellae. The strength of Cu-15wt.%Ag ECAPed using route Bc was found to be greater than those ECAPed using route A, suggesting that the substructural strengthening is more effective in strengthening than the interface strengthening.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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