상용 마그네슘 합금의 경우, 상온에서 낮은 성형성을 갖기 때문에, 온간 성형 조건 하에서 성형 공정을 수행하는 것이 일반적이다. 마그네슘 합금은 온간 성형 과정 중에 동적 재결정(dynamic recrystallization, DRX)이 발생하여, 초기 결정립 사이즈가 급격하게 작아지며, 내부 전위 밀도가 낮아지게 된다. 이에 따라, 유동 응력 곡선은 세 단계의 복잡한 변형 경화 및 연화 현상을 보이게 된다. 첫 번째 구간에서는 변형률이 증가함에 따라, 가공 경화에 의해 응력이 증가하는 경향을 보이며, 두 번째 구간에서는 동적 재결정 현상에 의한 가공 연화로 응력이 갑작스럽게 감소한다. 세 번째 구간에서는 가공 경화와 가공 연화 사이의 평형에 의해, 응력이 일정하게 나타난다. 본 연구에서는, 성형 온도 $300^{\circ}C$, 변형률 속도는 0.001, 0.1, 1, 10/sec에서 AZ80 합금의 구성 방정식의 18개 변수들을 체계적으로 최적화하며, 유동 곡선의 정확도를 높일 수 있는 방식에 대해 제안하려고 한다. 또한 AZ80외에 AZ61도 추가적으로 최적화여 본 논문에서 제안한 최적화 방식의 성능을 증명하였다.
상용 마그네슘 합금의 경우, 상온에서 낮은 성형성을 갖기 때문에, 온간 성형 조건 하에서 성형 공정을 수행하는 것이 일반적이다. 마그네슘 합금은 온간 성형 과정 중에 동적 재결정(dynamic recrystallization, DRX)이 발생하여, 초기 결정립 사이즈가 급격하게 작아지며, 내부 전위 밀도가 낮아지게 된다. 이에 따라, 유동 응력 곡선은 세 단계의 복잡한 변형 경화 및 연화 현상을 보이게 된다. 첫 번째 구간에서는 변형률이 증가함에 따라, 가공 경화에 의해 응력이 증가하는 경향을 보이며, 두 번째 구간에서는 동적 재결정 현상에 의한 가공 연화로 응력이 갑작스럽게 감소한다. 세 번째 구간에서는 가공 경화와 가공 연화 사이의 평형에 의해, 응력이 일정하게 나타난다. 본 연구에서는, 성형 온도 $300^{\circ}C$, 변형률 속도는 0.001, 0.1, 1, 10/sec에서 AZ80 합금의 구성 방정식의 18개 변수들을 체계적으로 최적화하며, 유동 곡선의 정확도를 높일 수 있는 방식에 대해 제안하려고 한다. 또한 AZ80외에 AZ61도 추가적으로 최적화여 본 논문에서 제안한 최적화 방식의 성능을 증명하였다.
A hot forming process is required for Mg alloys to enhance the formability and plastic workability due to the insufficient formability at room temperature. Mg alloy undergoes dynamic recrystallization (DRX) during the hot working process, which is a restoration or softening mechanism that reduces th...
A hot forming process is required for Mg alloys to enhance the formability and plastic workability due to the insufficient formability at room temperature. Mg alloy undergoes dynamic recrystallization (DRX) during the hot working process, which is a restoration or softening mechanism that reduces the dislocation density and releases the accumulated energy to facilitate plastic deformation. The flow stress curve shows three stages of complicated strain hardening and softening phenomena. As the strain increases, the stress also increases due to work hardening, and it abruptly decreases work softening by dynamic recrystallization. It then maintains a steady-state region due to the equilibrium between the work hardening and softening. In this paper, an efficient optimization process is proposed for the material model of the dynamic recrystallization to improve the accuracy of the flow curve. A total of 18 variables of the constitutive equation of AZ80 alloy were systematically optimized at an elevated forming temperature($300^{\circ}C$) with various strain rates(0.001, 0.1, 1, 10/sec). The proposed method was validated by applying it to the constitutive equation of AZ61 alloy.
A hot forming process is required for Mg alloys to enhance the formability and plastic workability due to the insufficient formability at room temperature. Mg alloy undergoes dynamic recrystallization (DRX) during the hot working process, which is a restoration or softening mechanism that reduces the dislocation density and releases the accumulated energy to facilitate plastic deformation. The flow stress curve shows three stages of complicated strain hardening and softening phenomena. As the strain increases, the stress also increases due to work hardening, and it abruptly decreases work softening by dynamic recrystallization. It then maintains a steady-state region due to the equilibrium between the work hardening and softening. In this paper, an efficient optimization process is proposed for the material model of the dynamic recrystallization to improve the accuracy of the flow curve. A total of 18 variables of the constitutive equation of AZ80 alloy were systematically optimized at an elevated forming temperature($300^{\circ}C$) with various strain rates(0.001, 0.1, 1, 10/sec). The proposed method was validated by applying it to the constitutive equation of AZ61 alloy.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는, 성형 온도 300°C, 변형률 속도는 0.001, 0.1, 1, 10/sec에서 AZ80 합금의 구성 방정식의 18개 변수들을 체계적으로 최적화하며, 유동 곡선의 정확도를 높일 수 있는 방식에 대해 제안하려고 한다.
본 논문에서는 AZ80 합금의 구성 방정식을 교정하는 데에 있어서 실험적 유동 곡선과의 정확도를 증가시키기 위한 체계적인 최적화 방법을 연구하였다.
본 논문에서는 동적 재결정의 효과로 고온에서 마그네슘 합금의 복잡한 변형 경화 및 연화 현상이 발생하는 유동 응력 곡선을 유한요소 해석에 도입하기 위해서 개발된 동적 재결정에 대한 유동 응력 곡선의 정확성을 향상을 위한 최적화 방법을 제안하였다.
제안 방법
직경 10mm, 높이 15mm인(D10L15) 원통형 압축 시편(압출 비 16:1)은 압출 방향(ED)을 따라 제작되었다. AZ61의 최적화는 Mathcad 프로그램의 Quasi-Newton 알고리즘을 사용하여 진행하였으며, 최적화 방식은 AZ80과 동일하게 3단계로 나누어 단계적인 최적화를 하였다. 첫 번째 단계의 최적화 과정은 Equation (1)에서 보여 주듯이, 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계인 의 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화 하는 과정이다.
첫 번째 단계의 최적화 과정은 Equation (1)에서 보여 주듯이, 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계인 의 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화 하는 과정이다. 두 번째 단계에서는 Mg합금의 동적 재결정 현상과 준정적 포화 상태를 포함한 전체 응력 곡선을 변형률속도 0.001, 0.1, 1/sec에서 최적화하였다. 마지막으로 세 번째 단계에서는 두 번째 단계와 마찬가지로 전체 유동 곡선을 최적화하며, 변형률속도는 0.
첫 번째 단계에서는 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계와 관련된 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화를 수행하였다. 두 번째 단계에서는 마그네슘 합금의 동적 재결정 현상과 준정적 포화 상태를 포함한 전체 응력 곡선을 변형률속도 0.001, 0.1, 1/sec에서 최적화를 수행하였으며, 마지막 단계에서는 전체유동 곡선을 최적화를 수행하여, Ahn 등 [12]의 결과와 비교하여 정확성이 향상된 것으로 판단된다. 또한, 제시된 방법을 AZ61 마그네슘 합금에 적용하여 다양한 마그네슘 소재에 적용이 가능함을 증명하였다.
1, 1, 10/sec에서 AZ80 합금의 구성 방정식의 18개 변수들을 체계적으로 최적화하며, 유동 곡선의 정확도를 높일 수 있는 방식에 대해 제안하려고 한다. 또한 AZ61 합금의 추가적인 최적화를 통하여, 논문에서 제안한 방식을 검증하였다.
마그네슘 합금의 구성 방정식과 관련된 18개 변수의 최적값을 도출하기 위해, 세 단계의 최척화 방법을 제시하였다. 첫 번째 단계에서는 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계와 관련된 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화를 수행하였다.
1, 1/sec에서 최적화하였다. 마지막으로 세 번째 단계에서는 두 번째 단계와 마찬가지로 전체 유동 곡선을 최적화하며, 변형률속도는 0.001, 0.1, 1, 10/sec으로 진행하였다. Fig.
본 논문에서 제안한 최적화 방식의 성능을 증명하기 위하여, AZ80외에 AZ61도 추가적으로 최적화하였다. Table 6은 AZ61의 화학적 조성을 나타낸다.
압축 실험은 300°C, 변형률속도는 0.001, 0.1, 1.0, 10/sec 에서 각각 진행하였다.
압축 실험은 350°C, 변형률속도는 0.001, 0.1, 1.0, 10/sec 에서 각각 진행하였다.
마그네슘 합금의 구성 방정식과 관련된 18개 변수의 최적값을 도출하기 위해, 세 단계의 최척화 방법을 제시하였다. 첫 번째 단계에서는 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계와 관련된 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화를 수행하였다. 두 번째 단계에서는 마그네슘 합금의 동적 재결정 현상과 준정적 포화 상태를 포함한 전체 응력 곡선을 변형률속도 0.
대상 데이터
0, 10/sec 에서 각각 진행하였다. 직경 10mm, 높이 15mm인 (D10L15) 원통형 압축 시편(압출 비 16:1)은 압출 방향(ED)을 따라 제작되었다. Fig.
0, 10/sec 에서 각각 진행하였다. 직경 10mm, 높이 15mm인 (D10L15) 원통형 압축 시편(압출 비 16:1)은 압출 방향(ED)을 따라 제작되었다. Fig.
이론/모형
초기 변형률 단계에서는 최대 응력까지 가공 경화가 발생한 후, 동적 재결정이 발생함에 따라 가공 연화가 이루어지며, 그 이후에는 준정적 평형 단계에 이른다. 본 논문에서는 Ahn 등[12]에서 제안한 재료 모델을 채택하여, 마그네슘 합금의 동적 재결정을 고려한 유동 곡선을 나타내었다. 고온에서의 AZ80 마그네슘 합금의 변형률속도 의존 재료 모델의 형식은 식(1)과 같다
이와 같은 결과를 얻기 위해 3단계의 최적화 과정을 거쳤다. 본 논문에서의 모든 최적화는 Mathcad 프로그램의 Quasi - Newton 알고리즘을 사용하였다. 첫 번째 단계의 최적화 과정은 식 (1)에서 보여주듯이, 최대 응력이 발생하기까지의 초기 가공 경화 단계인 의 7개 변수 A, B, n1, n0, Cn, C, P를 최적화 하는 과정이다.
성능/효과
1, 1/sec에서 최적화를 수행하였으며, 마지막 단계에서는 전체유동 곡선을 최적화를 수행하여, Ahn 등 [12]의 결과와 비교하여 정확성이 향상된 것으로 판단된다. 또한, 제시된 방법을 AZ61 마그네슘 합금에 적용하여 다양한 마그네슘 소재에 적용이 가능함을 증명하였다. 제시된 최적화 방법을 통해 고온에서 마그네슘의 복잡한 유동 응력 곡선을 효과적으로 표현하여, 유한요소해석에 적용 시 마그네슘 합금의 온간성형 공정모사의 정확성을 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
또한, 제시된 방법을 AZ61 마그네슘 합금에 적용하여 다양한 마그네슘 소재에 적용이 가능함을 증명하였다. 제시된 최적화 방법을 통해 고온에서 마그네슘의 복잡한 유동 응력 곡선을 효과적으로 표현하여, 유한요소해석에 적용 시 마그네슘 합금의 온간성형 공정모사의 정확성을 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마그네슘 합금을 온간 성형 할 시 생기는 문제점은?
그러나 상용 마그네슘 합금의 경우, 상온에서 낮은 성형성을 갖기 때문에, 온간 성형 조건 하에서 성형 공정을 수행하는 것이 일반적이다[4,5]. 마그네슘 합금은 온간 성형 과정 중에 동적 재결정(dynamic recrystallization, DRX)이 발생하여 초기 결정립 사이즈가 급격하게 작아지며, 내부 전위 밀도가 낮아지게 된다. 이러한 동적 재결정의 효과로 인하여 마그네슘 합금의 유동 응력 곡선은 세 단계의 복잡한 변형 경화 및 연화 현상을 보이게 된다.
상용 마그네슘 합금을 온간 성형 조건에서 수행해야 하는 이유는?
마그네슘 합금은 자동차, 항공 산업 등에서 금속 소재의 경량화 요구에 대한 대책으로서 기존에 쓰이던 알루미늄이나 철 합금을 대체하기 위해 최근 많은 연구가 이루어지고 있다[1-3]. 그러나 상용 마그네슘 합금의 경우, 상온에서 낮은 성형성을 갖기 때문에, 온간 성형 조건 하에서 성형 공정을 수행하는 것이 일반적이다[4,5]. 마그네슘 합금은 온간 성형 과정 중에 동적 재결정(dynamic recrystallization, DRX)이 발생하여 초기 결정립 사이즈가 급격하게 작아지며, 내부 전위 밀도가 낮아지게 된다.
동적 재결정의 효과로 인하여 마그네슘 합금의 유동 응력 곡선은 어떤 현상을 보이는가?
이러한 동적 재결정의 효과로 인하여 마그네슘 합금의 유동 응력 곡선은 세 단계의 복잡한 변형 경화 및 연화 현상을 보이게 된다. 첫 번째 구간에서는 동적 재결정 현상에 의한 가공 연화로 응력이 갑작스럽게 감소한다. 세 번째 구간에서는 가공 경화와 가공 연화 사이의 평형에 의해, 응력이 일정하게 나타난다[6,7]. 따라서 온간 성형조건에서 마그네슘 합금의 유동 응력 곡선을 유한 요소해석에 도입하기 위해서는 동적 재결정에 대한 유동 응력 곡선을 모델링 할 필요가 있다.
참고문헌 (12)
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