Experimental characterization of material by means of shear testing at intermediate strain rate and elevated temperatures

Resumen

El doctorado forma parte del proyecto ENABLE (European Network for Alloys Behaviour Law Enhancement) que ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Marie Sklodowska-Curie N°764979. El trabajo también se ha desarrollado en el marco del laboratorio transfronterizo conjunto LTC ÆNIGME, entre la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), la Universidad de Bordeaux (UBx) y Arts et Métiers Science et Technologie (ENSAM). El objetivo del doctorado es caracterizar experimentalmente el comportamiento a cizalla de una aleación de aluminio (AA7075-T6), en el rango de velocidad de deformación intermedia (101-103s-1) y temperatura elevada (hasta 0,7 veces la temperatura de fusión).La fabricación de componentes metálicos implica a menudo la deformación del material a velocidades de deformación de medias a altas y a temperaturas elevadas, especialmente en los procesos de conformación, mecanizado, soldadura por fricción (FSW), etc. Además, en muchos procesos de fabricación, la deformación dentro del material se genera por esfuerzos de cizallamiento y no por esfuerzos de tracción o compresión. Sin embargo, los dispositivos de ensayo mecánico existentes no son capaces de proporcionar un historial completo del comportamiento del material durante el proceso de fabricación en el rango de la velocidad de deformación y la temperatura.Los principales pasos tecnológicos y científicos para superar la preocupación:- Diseño y desarrollo de un nuevo banco de pruebas experimental para realizar el ensayo de cizallamiento a una velocidad de deformación intermedia.- La definición de ensayos termomecánicos capaces de reproducir las mismas solicitaciones que durante el mecanizado (velocidad de deformación media y deformación de rango medio), FSW (velocidad de deformación media, alta deformación), etc.- Proporcionar un comportamiento experimental detallado del material y realizar investigaciones microestructurales.Se desarrolla un nuevo dispositivo experimental de prueba de torsión basado en el principio de la rueda volante de inercia para reproducir localmente los niveles de tensión y las tasas de deformación que se encuentran en procesos como el mecanizado o el FSW. EnAbstractuna primera etapa, este dispositivo permite, mediante esfuerzos de torsión, alcanzar deformaciones a velocidades de deformación medias (en el rango de 102-103s-1). A continuación, se realizará una evolución para realizar ensayos de temperatura (hasta 0,7 veces la temperatura de fusión para las tres aleaciones estudiadas). La novedad de este equipo radica en los ensayos dinámicos en torsión que pueden realizarse bajo velocidades de deformación intermedias controlando la velocidad de carga. La deformación de la muestra se mide mediante una cámara de grabación de alta velocidad y la carga se mide mediante la técnica de la barra de Hopkinson. El nuevo banco de pruebas se implementa en la plataforma dinámica presente en el I2M, Burdeos, Francia.Tras la fabricación del dispositivo de prueba, se lleva a cabo la calibración de los diferentes componentes de medición para obtener resultados precisos de par y deformación. Por último, se realizan las pruebas preliminares. Una vez validado el banco de pruebas, se realizan ensayos a temperatura ambiente y a alta temperatura. Para ello, se adopta el diseño del experimento (DOE), con el fin de optimizar y organizar la campaña de ensayos. Los ensayos se realizan a diferentes velocidades de carga y temperaturas. También se realizan varias investigaciones microestructurales con el fin de identificar claramente los mecanismos que rigen la evolución de la respuesta plástica cubriendo un amplio rango de temperaturas, deformaciones y velocidades de deformación. Se estudia a fondo la caracterización mecánica y microestructural del material.Por último, se comparan las curvas de tensión de flujo obtenidas en el nuevo banco de ensayos de torsión a diferentes velocidades de deformación y a diferentes temperaturas con los modelos clásicos de material existentes que se utilizan habitualmente para la modelización del comportamiento constitutivo del AA7075-T6. Los parámetros de los modelos de material se determinan experimentalmente. La comparación con los resultados experimentales permite evaluar la adecuación de los modelos existentes y proponer una línea de base para la mejora del modelo existente o el desarrollo de un nuevo modelo de material.