Evaluation of the level of hardening of aluminum alloy chips intended for subsequent pressure treatment

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. It is noted that the chip is an undesirable type of metal scrap, because it has a developed surface, which creates conditions for more intense interaction with the surrounding atmosphere. This creates conditions for oxidation and gas saturation, especially at elevated temperatures typical of remelting processes. Therefore, the process of chip utilizing is considered, bypassing the remelting stage. The aim of the work is to establish the level of work hardening of chips during the processing of aluminum alloys and to predict its effect on the subsequent processing process. Research methods: to assess the deformed state, the finite element method was applied, implemented in the RAPID-2D software package. The sequence of actions included the creation of the initial shape of the deformation region and the configuration of the tool. The mutual displacement of the tool and the deformable material is specified using the corresponding boundary conditions. The deformable medium is a viscous-plastic material with power-law hardening, the physical and mechanical properties correspond to an aluminum-magnesium alloy. Results and discussion: the solution obtained shows that the degree of shear deformation in the chips can reach a value of more than 2. In this case, a higher level of deformation is localized on the side of the convex part of the chip. The comparison of the solution with those obtained earlier by other authors is carried out and its similarity is shown. In the considered solution, the difference in the degree of work-hardening of the chips along its thickness is 36 %. A variant of the sequence of processing the workpiece first by cold deformation, and then by cutting is considered. The field of application of the results of the work is the development of methods for the processing of technogenic formations. Conclusions. During the cutting process, the plastic deformation of the chips reaches significant values. In this paper, the difference in the degree of shear deformation in the chip thickness is established, depending on the proximity of the cut layer to the surface of the cutting tool. It is proposed to take this difference into account at the subsequent stages of chip processing. The presence of the marked inhomogeneity of mechanical properties leads to consequences in the form of an inhomogeneous distribution of the temperature of the beginning of recrystallization during subsequent operations of heat treatment or hot deformation treatment. The principle of additivity of the degree of deformation obtained by the metal at the stage of plastic shaping of the workpiece and the shaping of the chip itself is introduced.

About the authors

Y. N. Loginov

Email: j.n.loginov@urfu.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, 1. Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, 19 Mira str., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation; 2. M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 18 S. Kovalevskaya str., Ekaterinburg, 620137, Russian Federation, j.n.loginov@urfu.ru

N. N. Zagirov

Email: nzagiroff@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, 79 Svobodny Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, nzagiroff@mail.ru

E. V. Ivanov

Email: kafomd_1@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Siberian Federal University, 79 Svobodny Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, kafomd_1@mail.ru

References

  1. Yaroslavtsev V.M., Yaroslavtseva N.A. The perfection of technology for recycling steel chips // Черные металлы. – 2018. – № 12. – С. 66–71.
  2. Solid state recycling of aluminium AA6061 alloy chips by hot extrusion / M.I. Abd El Aal, M.A. Taha, A.I. Selmy, A.M. El-Gohry, H.S. Kim // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6, iss. 3. – P. 036525. – doi: 10.1088/2053-1591/aaf6e7.
  3. Effects of chip conditions on the solid state recycling of Ti-6Al-4V machining chips / E.W. Lui, S. Palanisamy, M.S. Dargusch, K. Xia // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 297–304. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.07.028.
  4. Chiba R., Nakamura T., Kuroda M. Solid-state recycling of aluminium alloy swarf through cold profile extrusion and cold rolling // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211 (11). – P. 1878–1887. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2011.06.010.
  5. Сравнительный анализ технологий изготовления сварочной проволоки из эвтектического силумина с применением совмещенных методов обработки / Н.Н. Загиров, С.Б. Сидельников, Ю.Н. Логинов, Р.Е. Соколов // Цветные металлы. – 2017. – № 4. – С. 86–92. – doi: 10.17580/tsm.2017.04.13.
  6. Moungomo J.B.M., Kouya D.N., Songmene V. Aluminium machining chips formation, treatment and recycling: a review // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 710. – P. 71–76. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.710.71' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.710.71.
  7. Review of solid state recycling of aluminum chips / B. Wan, W. Chen, T. Lu, F. Liu, Z. Jiang, Z. Jiang, M. Mao // Resources, Conservation and Recycling. – 2017. – Vol. 125. – P. 37–47. – doi: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004.
  8. Buchkremer S., Klocke F., Lung D. Analytical study on the relationship between chip geometry and equivalent strain distribution on the free surface of chips in metal cutting // International Journal of Mechanical Sciences. – 2014. – Vol. 85. – P. 88–103. – doi: 10.1016/j.ijmecsci.2014.05.005.
  9. Control and mechanism analysis of serrated chip formation in high speed machining of aluminum alloy 7050-t7451 / Q. Shi, Z. Hao, S. Wang, X. Fu, H. Wang // Materials Science Forum. – 2020. – Vol. 990. – P. 13–17. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.990.13' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.990.13.
  10. Koch A., Wittke P., Walther F. Computed tomography-based characterization of the fatigue behavior and damage development of extruded profiles made from recycled AW6060 aluminum chips // Materials. – 2019. – Vol. 12 (15), P. 2372. – doi: 10.3390/ma12152372.
  11. Electrical resistance-based fatigue assessment and capability prediction of extrudates from recycled field-assisted sintered EN AW-6082 aluminium chips / A. Koch, M. Bonhage, M. Teschke, L. Luecker, B.-A. Behrens, F. Walther // Materials Characterization. – 2020. – Vol. 169. – P. 110644. – doi: 10.1016/j.matchar.2020.110644.
  12. Effect of die design on the welding quality during solid state recycling of AA6060 chips by hot extrusion / V. Güley, A. Güzel, A. Jäger, N. Ben Khalifa, A.E. Tekkaya, W.Z. Misiolek // Materials Science and Engineering A. – 2013. – Vol. 574. – P. 163–175. – doi: 10.1016/j.msea.2013.03.010.
  13. Логинов Ю.Н. Решения технологических задач прессования с применением системы анализа процессов пластического деформирования "РАПИД 2D". – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 78 с. – ISBN 978-5-321-01026-6.
  14. Dynamic mechanical behavior of 6061 Al alloy at elevated temperature sand different strain rates / X. Fan, T. Suo, Q. Sun, T. Wang // Acta Mechanica Solida Sinica. – 2013. – Vol. 26, iss. 2. – P. 111–120. – doi: 10.1016/S0894-9166(13)60011-7.
  15. The effect of varying strain rates and stress states on the plasticity, damage, and fracture of aluminum alloys / M.T. Tucker, M.F. Horstemeyer, W.R. Whittington, K.N. Solanki, P.M. Gullett // Mechanics of Materials. – 2010. – Vol. 42. – P. 895–907. – doi: 10.1016/j.mechmat.2010.07.003.
  16. Stress–strain behaviour of aluminium alloys at a wide range of strain rates / Y. Chen, A.H. Clausen, O.S. Hopperstad, M. Langseth // International Journal of Solids and Structures. – 2009. – Vol. 46. – P. 3825–3835. – doi: 10.1016/j.ijsolstr.2009.07.013.
  17. Zones of material separation in simulations of cutting / H. Pan, J. Liu, Y. Choi, C. Xu, Y. Bai, T. Atkins // International Journal of Mechanical Sciences. – 2016. – Vol. 115–116. – P. 262–279. – doi: 10.1016/j.ijmecsci.2016.06.019.
  18. Some insights on the modelling of chip formation and its morphology during metal cutting operations / T. Mabrouki, C. Courbon, Y. Zhang, J. Rech, D. Nélias, M. Asad // Comptes Rendus Mecanique. – 2016. – Vol. 344 (4). – P. 335–354. – doi: 10.1016/j.crme.2016.02.003.
  19. Orthogonal cutting simulation of OFHC copper using a new constitutive model considering the state of stress and the microstructure effects / L.A. Denguir, J.C. Outeiro, G. Fromentin, V. Vignal, R. Besnard // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 46. – P. 238–241. – doi: 10.1016/j.procir.2016.03.208.
  20. Колпашников А.И. Прокатка листов из легких сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 264 с. – ISBN 978-5-321-01026-6.
  21. Alternative technology for manufacturing rod–wire products from AK12 silumin / N.N. Zagirov, Y.N. Loginov, S.B. Sidel’;nikov, E.V. Ivanov // Metallurgist. – 2018. – Vol. 62 (5–6). – P. 587–596. – doi: 10.1007/s11015-018-0696-9.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».