Asymmetric rolling of 5182 aluminium alloy and interstitial free steel sheets

Abstract

This Ph.D. research focuses on asymmetric rolling (ASR), as an alternative method for improving mechanical responses of aluminium-magnesium alloy and interstitial free (IF) steel regarding industrial requirements. Aluminium alloys are attractive materials in various industries due to their appropriate properties such as low density and corrosion resistance; however, their low formability has limited their applications. As formability of aluminium alloys can be improved through texture development, part of this dissertation is dedicated to producing the desired crystallographic texture with the ASR process. Two types of ASR (i.e. reverse and continuous asymmetric rolling) were investigated. The impact of shear deformation imposed by ASR processes on developing the desirable texture and consequently on mechanical behaviours was observed. The developed shear texture increased the normal and also planar anisotropy. Texture evolution during plastic deformation as well as induced mechanical behaviour were simulated using the “self-consistent” and Taylor models. Interstitial free (IF) steel was the second material selected in this dissertation. Since IF steel is one of the most often used materials in automotive industries it was chosen to investigate the effect of shear deformation through ASR on its properties. Two types of reverse and continuous asymmetric rolling were carried out to deform IF steel sheets. The results of optical microscopy and atomic force microscopy observations showed no significant difference between the grains’ morphology of asymmetric and conventionally rolled samples, whereas the obtained results of transmission electron microscopy indicated that fine and equiaxed dislocation cells were formed through the asymmetric rolling process. This structure is due to imposed shear deformation during the ASR process. Furthermore, the mechanical behaviour of deformed and annealed sheets was evaluated through uniaxial tensile tests. Results showed that at low thickness reductions (18%) the asymmetric rolled sample presented higher stress than that of the conventionally rolled sheet; while for higher thickness reductions (60%) the trend was reversed. The texture analyses indicated that intense rolling texture components which developed through 60% thickness reduction of conventional rolling cause a relatively higher stress; on the contrary the fine structure resulting from ASR appears to be the source of higher stress observed after pre-deformation of 18%.

A presente tese de doutoramento foi dedicada ao estudo da laminagem assimétrica (ASR) como técnica alternativa para a melhoria das propriedades mecânicas das ligas de alumínio-magnésio e aço IF durante processos industriais de conformação plástica. As ligas de alumínio são bastante atrativas devido às suas propriedades específicas, nomeadamente baixa densidade e resistência à corrosão. No entanto, a sua baixa formabilidade limita o seu campo de aplicação. A formabilidade das ligas de alumínio pode ser melhorada através da alteração da textura cristalográfica. Assim, parte desta dissertação é dedicada ao desenvolvimento de uma textura compatível com formabilidade acrescida, através da técnica ASR. A ASR foi conduzida de duas formas distintas designadas ASR – contínua e ASR – com trajetória invertida. O impacto da deformação de corte imposta pela ASR no desenvolvimento da textura e comportamento mecânico pretendidos foi analisado em detalhe. A textura cristalográfica desenvolvida produz o aumento da anisotropia planar. A evolução da textura cristalográfica foi simulada com recurso aos modelos “self-consistent” e Taylor. O aço IF foi o segundo material estudado. Dada a sua vasta utilização na indústria automóvel pretende-se investigar o efeito da deformação de corte desenvolvida durante a ASR nas suas propriedades micro e macro com o intuito de melhorar a resposta a solicitações mecânicas. No aço IF foram também estudadas as duas condições de ASR anteriormente referidas. De acordo com as observações realizadas por microscopia ótica e microscopia de força de atómica as morfologias dos grãos obtidas durante o processo ASR e laminagem convencional são semelhantes. As observações realizadas por microscopia eletrónica de transmissão revelaram que durante a ASR se formam nano células de deslocações com forma equiaxial. A estrutura desenvolvida deverá estar associada à deformação de corte imposta durante a ASR. O comportamento mecânico do aço recozido e deformado foi avaliado através de ensaios de tração uniaxial. Para valores de redução de espessura da ordem dos 18% os provetes pré-deformados por ASR apresentam valores de tensão mais elevados do que os provetes pré-deformados em laminagem convencional. Para reduções de espessura da ordem dos 60% verificaram-se resultados opostos. A análise de textura indicou que o componente de laminagem se desenvolve de forma intensa para reduções de 60%, pelo contrário, a estrutura refinada resultante da ASR parece estar na origem do valor elevado de tensão observado após pré-deformação de 18%.