จำหน่าย,ขาย,แผ่นอลูมิเนียม,อลูมิเนียมแผ่น,อลูมิเนียมเส้นกลม,อลูมิเนียมแผ่นเรียบ,อลูมิเนียมแท่ง,อลูมิเนียมเส้นสี่เหลี่ยม,ขายแผ่นอลูมิเนียม,ขายอลูมิเนียมแผ่น,เพลาอลูมิเนียม,อลูมิเนียมกลม,อลูมิเนียมเส้นแบน,อลูมิเนียมเส้นกลม,ขายอลูมิเนียม 5083,7075,6061,5052,

โครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียมอัลลอย/เหล็กกล้าไร้สนิม รอยต่อวงแหวนที่ต่างกัน ซึ่งเชื่อมด้วยการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแรงเฉื่อย

ความเบาของอะลูมิเนียมและความแข็งแรงสูงของเหล็กสามารถใช้ประโยชน์ได้เต็มที่ในโครงสร้างอะลูมิเนียม/เหล็กกล้าแบบผสม ช่วยลดน้ำหนักของโครงสร้างและต้นทุนการผลิตในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพการบริการส่วนประกอบ ในปัจจุบัน ความต้องการส่วนประกอบอลูมิเนียม/เหล็กกล้าแบบไฮบริดที่มีส่วนทึบหรือท่อกำลังเพิ่มขึ้นในสาขาวิศวกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมทำความเย็น การผลิตอุปกรณ์แยกอากาศ และการผลิตเครื่องยนต์การบินและอวกาศ

การได้รับข้อต่อโลหะที่มีเสียงแตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้ากันได้ทางโลหะวิทยาและคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของโลหะพื้นฐาน นอกจากนี้ ความเข้ากันได้ของวิธีการเชื่อมกับรูปร่างของข้อต่อก็มีความสำคัญเช่นกัน สำหรับการหลอมรวมและการประสานรอยต่อของอะลูมิเนียมกับเหล็ก ความไม่เข้ากันทางโลหะวิทยาอย่างมากและความแตกต่างทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างอะลูมิเนียมกับเหล็กกล้าทำให้เกิดสารประกอบระหว่างโลหะที่เปราะบาง (IMCs) จำนวนมากเพื่อพัฒนา ซึ่งลดความแข็งแรงของข้อต่อเสมอ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบโรตารี่ ตรงข้ามกับการเชื่อมแบบฟิวชั่นและการประสาน จะดีกว่าสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียม/เหล็กกล้า ชิ้นงานที่หมุนได้ เช่น แท่งกลมและท่อ การเชื่อมแรงเสียดทานไดรฟ์ต่อเนื่อง (CDFW) และการเชื่อมแรงเสียดทานแรงเฉื่อย (IFW) เป็นสองประเภทหลักของการเชื่อมแรงเสียดทานแบบหมุน ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างสองกระบวนการนี้คือโหมดการให้พลังงานแก่ส่วนต่อประสานการเชื่อม (Li et al., 2016) . ในกระบวนการ CDFW มอเตอร์จะลากสปินเดิลจับชิ้นงานไปที่ความเร็วที่กำหนดและให้พลังงานอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ใน IFW มอเตอร์จะลากชิ้นงานจับมู่เล่ไปตามความเร็วที่กำหนดก่อน และมู่เล่จะหลุดออกจากมอเตอร์ จากนั้นพลังงานจลน์ในการหมุนของ มู่เล่ใช้ในการให้ความร้อนแรงเสียดทาน

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา นักวิชาการที่ใช้แท่งเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กได้ทำการศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับพารามิเตอร์การเชื่อม (Fukumoto et al., 1997 ; Fuji 2004 ; Kimura et al., 2009 ; Kimura et al., 2017) การกระจาย IMC และลักษณะองค์ประกอบ (Fukumoto et al., 2000 ; Sahin 2014 ; Liu Y. et al., 2019 ; Dong et al., 2019 ; Wang et al., 2020) ลักษณะโครงสร้างจุลภาคของ TMAZ ด้านอลูมิเนียม (โซนที่ได้รับผลกระทบทางกลไกทางความร้อน) (Wan และ Huang 2018 ; Liu, Zhao และ Peng 2020) , พฤติกรรมการกัดกร่อน (Ma et al., 2021) และการกระจายความเค้นตกค้าง (Gan et al., 2016) ของข้อต่ออะลูมิเนียม/เหล็กที่เชื่อมโดย CDFW โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้ข้อต่อที่มีประสิทธิภาพสูงใกล้กับด้านอะลูมิเนียมมากที่สุด อย่างไรก็ตาม ค้นพบว่า เพื่อให้ได้ข้อต่อที่มีเสียง จำเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์การเชื่อมอย่างเข้มงวดหรือแนะนำกระบวนการเพิ่มเติมด้วย มิฉะนั้น IMC ที่เปราะ ซึ่งลดความแข็งแรงของข้อต่อยังคงเป็นปัญหาร้ายแรง

นอกเหนือไปจากการวิจัยทั่วไปแล้ว ยังมีการศึกษาหลายแนวทางเกี่ยวกับแนวทางอื่นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อ ประการแรก วิธีการอบชุบด้วยความร้อนที่แตกต่างกันสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของข้อต่อได้: ชั้น IMC ที่ส่วนเชื่อมประสานที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการ PWHT (การบำบัดด้วยความร้อนหลังการเชื่อม) ส่งผลต่อตำแหน่งการแตกหักของรอยต่อระหว่าง AA6063 และ 304SS (Kimura et al., 2020) อัตราการเติบโตของ IMC ที่รัศมีรอยต่อต่างๆ ที่มีความไวในการอบชุบต่างกัน (Dong et al . , 2020) และการอุ่นที่อุณหภูมิ 1,000°C พร้อมการป้องกันอาร์กอน ซึ่งสามารถป้องกันการก่อตัวของออกไซด์ที่มีรูพรุนที่ส่วนต่อประสาน Fe/Al (Yılmaz et al., 2002). การเลือกวิธีแก้ปัญหาและพารามิเตอร์การรักษาอายุที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของข้อต่อ AW6082/20MnCr5 ในขณะที่ป้องกันการเจริญเติบโตของ IMCs (Herbst et al., 2017) ประการที่สอง การออกแบบพื้นผิว Faying เหล็กเรียวและขัดเงาอาจขับสิ่งสกปรกและ IMC ออกจากพื้นผิว Faying ด้วยแฟลช ลดการผลิตความร้อนจากแรงเสียดทานและป้องกันการพัฒนา IMC (Ashfaq et al., 2013 ; Pinheiro และ Bracarense 2019) นอกจากนี้ Ag เหนียวที่ชุบบนด้านเหล็กกล้าไร้สนิมก่อนการเชื่อมสามารถลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและป้องกันการสร้าง IMC ที่หนา ซึ่งเป็นผลมาจากความร้อนสูงเกินไป ในขณะที่ชั้นแทรก Ag ยังทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันเพื่อยับยั้งกระบวนการแพร่จาก Fe ถึง Al และป้องกัน IMCs กำลังพัฒนาไปสู่ช่วง "Al-rich" (เรดดี้ ราว และโมฮันดาส 2551) เมื่อใช้ CDFW ในการเชื่อมอะลูมิเนียม MMC และ AISI 304 การเชื่อมประสาน Ag สามารถลดอัตราส่วนการกระจายตัวของอนุภาคและความกว้างของโซนอ่อนตัวบนด้านอะลูมิเนียม (Kannan et al., 2015)

เมื่อเปรียบเทียบกับ CDFW แล้ว IFW มีประโยชน์เฉพาะเมื่อเชื่อมอะลูมิเนียมกับเหล็ก คุณสมบัติและลักษณะโครงสร้างจุลภาคของข้อต่ออะลูมิเนียม 6061-T6 ถึงเหล็กกล้า AISI 1018 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12.5 มม. เชื่อมโดย IFWs อธิบายว่า เส้นพันธะสามารถทำให้เกิดชั้นบางๆ ของ IMCs (Taban, Gould และ Lippold 2010) คุณสมบัติทางกลของข้อต่อ IFW 6061-T6/SS304 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 มม. ได้รับการตรวจสอบ และความต้านทานแรงดึงของข้อต่อถึงความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ 323 MPa ซึ่งประมาณ 94% ของ Al 6061 (Liu Yong และคณะ ., 2019) .

งานวิจัยก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่มุ่งความสนใจไปที่การใช้แท่งเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก และใช้ CDFW เป็นหลักในการเชื่อมอะลูมิเนียมกับเหล็ก มีการตรวจสอบเล็กน้อยเกี่ยวกับ IFW ของอะลูมิเนียมกับเหล็กกล้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ในงานวิจัยนี้ IFW ถูกใช้เพื่อเชื่อมอลูมิเนียมอัลลอยด์ 2219-O และเหล็กกล้าไร้สนิม 304 การสังเกตด้วยแสง (OM), การเลี้ยวเบนของการกระเจิงของอิเล็กตรอน (EBSD) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบพื้นผิวร่วมที่อยู่ใกล้กับข้อต่อและโครงสร้างจุลภาคส่วนต่อประสาน ตรวจสอบการทดสอบแรงดึงและความแข็งระดับจุลภาค การศึกษานี้ให้การสนับสนุนทางทฤษฎีและทางเทคนิคสำหรับการใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแรงเสียดทานแรงเฉื่อย และอำนวยความสะดวกในการสร้างระบบทฤษฎีการเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกัน

5083-H116 การคาดคะ เน แบบจำลองครีป KR ที่ปรับปรุงแล้วถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองในรูปที่ 16 หมายเหตุ เส้นโค้งครีปที่คาดการณ์ไว้จะสิ้นสุดเมื่อคาดการณ์การแตกครีป แบบจำลองนี้จับแนวโน้มทั่วไปของเส้นโค้งการคืบรวมถึงรูปร่างของบริเวณตติยภูมิ อัตราการคืบทุติยภูมิที่คาดการณ์และจากการทดลองแสดงให้เห็นข้อตกลงที่สมเหตุสมผล ข้อผิดพลาดที่เด่นชัดที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการคาดคะ เนโมเดล KR ที่แก้ไขแล้วคือข้อผิดพลาดสำหรับเวลาแตก ซึ่งส่งผลให้เกิดการยืดและหดตัวของเส้นโค้งการคืบตามเวลา สิ่งนี้อธิบายได้บางส่วนเป็นอย่างน้อยโดยความสัมพันธ์ของกฎหมายกำลังระหว่าง LMP และเวลาแตก (ดูสมการ (10)). ดังนั้นการทำนายของภูมิภาคตติยภูมิจึงมีความไวสูงต่อข้อผิดพลาดใน LMP ด้วยเหตุนี้ การคาดการณ์ความเครียดจากการแตกจึงสูงกว่าการทดสอบโดยทั่วไป หมายเหตุ ลักษณะของเส้นโค้งยังคงเหมือนเดิมโดยคงการคาดการณ์ที่ดีของอัตราการคืบที่สอง นอกจากนี้ การทำนายความเครียดการแตกที่ 400°C (รูปที่ 16 c) อาจไม่ถูกต้องในส่วนหนึ่งเนื่องจากค่าคงที่ λ ที่สมมติขึ้นในแบบจำลอง KR ความเหนียวสูงที่อุณหภูมินี้ทำให้ยากต่อการระบุจุดที่แน่นอนของการแตกคืบ

6061-T651 การคาดคะ เนแบบจำลองครีป KR ที่ปรับปรุงแล้วถูกเปรียบเทียบกับการทดลองในรูป ที่17 เช่นเดียวกับ 5083 แบบจำลองจะจับพฤติกรรมทั่วไปของการตอบสนองของครีปที่วัดได้ รวมถึงลักษณะของพื้นที่ระดับอุดมศึกษา ข้อผิดพลาดของเวลาการแตกของครีปที่คาดการณ์ไว้จะอธิบายในลักษณะเดียวกันกับ 5083

ความเหนียว
ความเหนียวของ 5083-H116 และ 6061-T651 ได้รับการวิเคราะห์ในแง่ของการลดลงของพื้นที่ (%RA) และความเครียดจากการแตกหักในรูปที่ 22. ความเครียดการแตกหักที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนและ %RA ถูกวัดสำหรับ 5083 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 300°C ซึ่งสอดคล้องกับการลดลงของผลผลิตและความแข็งแรงสูงสุด ความเครียดจากการแตกหักและ %RA เกือบคงที่ต่ำกว่า 300°C ความเครียดการแตกหัก 6061 และ %RA ไม่เป็นไปตามแนวโน้มที่คล้ายคลึงกัน ความเครียดจากการแตกหักยังคงเกือบคงที่ที่ ~0.18 ถึง 400°C ตามด้วยการลดลงถึง ~0.10 %RA เพิ่มขึ้นเริ่มต้นที่ 250°C (47% ถึง 65%) ตามด้วยการลดลงถึง 55% ก่อนการให้ความร้อนสูงกว่า 400°C ส่งผลให้ความเครียดการแตกหักและ %RA ลดลงอย่างมาก แม้ว่า จะไม่ได้แสดงไว้ แต่การขึ้นอยู่กับเวลาและอุณหภูมิของความเหนียวจะคล้ายกับที่สังเกตได้จากความแข็งแรงของคราก 5083 ขึ้นอยู่กับช่วง 50°C ที่แคบเป็นหลัก โดยเริ่มต้นที่ 280 – 320°C ขึ้นอยู่กับอัตราการให้ความร้อน 6061 แสดงการพึ่งพาอาศัยกันอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิมากกว่า 200°C

5083-H116 ความแข็งแรงของผลผลิตตกค้างถูกประเมินสำหรับการให้ความร้อนเชิงเส้นโดยใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

โดยที่T cคืออุณหภูมิสัมผัสสุดท้าย (°C), σ yคือค่าความแข็งแรงของผลผลิตที่เหลือโดยประมาณ (MPa) และa (MPa), ϕ (-) และT k (°C) คือพารามิเตอร์ที่ขึ้นกับอัตราการให้ความร้อน ตามที่ได้รับ (σ y,AR  = 277 MPa) และ recrystallized (σ y,RX  = 120 MPa) ได้มาจากการทดลอง (รูปที่ 20 a) พารามิเตอร์ที่เหลือที่กำหนดในตารางที่ 5ถูกกำหนดโดยการถดถอยกำลังสองน้อยที่สุดที่ไม่ใช่เชิงเส้นสำหรับ แต่ละอัตราการให้ความร้อน แบบจำลองวิวัฒนาการเชิงประจักษ์ในสมการ (13) – (​​15) เปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองในรูปที่ 39โดยมีข้อตกลงที่ดี หมายเหตุ ผลของอัตราการให้ความร้อนระหว่าง 5°C/นาที ถึง 250°C/นาที อาจประเมินได้โดยใช้การแก้ไข

ตารางที่ 5 พารามิเตอร์สำหรับแบบจำลองเชิงประจักษ์การให้ความร้อนเชิงเส้น 5083-H116 ในสมการ (13) – (​​15)
ตารางขนาดเต็ม
แบบจำลองเชิงประจักษ์ของการเปิดรับแสงแบบไอโซเทอร์มอลได้รับการพัฒนาโดยใช้แบบจำลองความแข็งแรงของผลผลิตที่เหลือ 5083-H116 จากการอ้างอิง (ฤดูร้อน2014) . พฤติกรรมอุณหภูมิความร้อนถูกแยกออกเป็นสองส่วนโดยขึ้นอยู่กับว่าวัสดุนั้นเริ่มต้นการตกผลึกใหม่ภายใน 10 ชั่วโมงหลังจากสัมผัสหรือไม่ ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น 230°C ความสัมพันธ์มีดังนี้
โดยที่σ y,min (MPa), ϕและT kคือพารามิเตอร์ที่ขึ้นกับอัตราการให้ความร้อน ความแข็งแรงของครากตามที่ได้รับ (σ y,AR  = 325 MPa) เป็นค่าที่ได้จากการทดลอง (รูปที่ 20ข) พารามิเตอร์ที่เหลือที่กำหนดในตารางที่ 7ถูกกำหนดโดยการถดถอยกำลังสองน้อยที่สุดที่ไม่ใช่เชิงเส้นสำหรับ แต่ละอัตราการให้ความร้อน แบบจำลองวิวัฒนาการเชิงประจักษ์ในสมการ (19) เปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองในรูปที่ 40โดยมีข้อตกลงที่ดี เช่นเดียวกับ 5083-H116 การแก้ไขอาจใช้เพื่อประเมินอัตราการให้ความร้อนระหว่างขอบเขตความสัมพันธ์

วิวัฒนาการเชิงทดลองของความแข็งแรงของครากหลังจากการสัมผัสความ ร้อนแสดงได้ดีโดยการคาดคะ เนแบบจำลองในรูปที่ 43 ตามที่คาดไว้ การสัมผัสกับความร้อนที่ต่ำกว่า 250°C จะไม่ทำให้ความแข็งแรงของครากลดลงอย่างมีนัยสำคัญ สูงกว่า 300°C ความแข็งแรงของครากจะลดลงจนกระทั่งการตกตะกอนและปริมาณ Mg อะลูมิเนียมเมทริกซ์ Mg เข้าสู่สภาวะสมดุล การลดลงอย่างมีนัยสำคัญของความแข็งแรงของผลผลิต (ลดลงประมาณ 240 MPa) ถูกควบคุมโดยการเติบโตและการละลายของตะกอนที่มีนัยสำคัญ ความแข็งแรงครากที่เหลือยังขึ้นอยู่กับอัตราการให้ความร้อน: ยิ่งอัตราการให้ความร้อนต่ำ ความแข็งแรงครากที่เหลือจะยิ่งลดลงที่อุณหภูมิสูงสุดที่กำ

การทำนายองค์ประกอบจำกัดของพฤติกรรมเชิงกลที่เหลือ
พฤติกรรมที่เป็นส่วนประกอบของสารตกค้างที่แสดงลักษณะและสร้างแบบจำลองในส่วนก่อนหน้านี้ได้ขยายไปยังส่วนโครงสร้างและข้อกำหนดการให้ความร้อนก่อนหน้านี้ ซึ่งแสดงให้เห็นได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมเชิงโครงสร้าง แพ็คเกจการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เชิงพาณิชย์ Abaqus ถูกนำมาใช้เพื่อจำลองพฤติกรรมเชิงกลที่เหลืออยู่ของส่วนเหล่านี้

การทดลอง
ชุดของการทดลองโครงสร้างทางความร้อนขนาดเล็กดำเนินการกับ 6061-T6 ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมอัดขึ้นรูป รูปทรงตัวอย่างมีความกว้าง 38.1 มม. ยาว 304.8 มม. และมีความหนาของผนัง 3.2 มม. เช่นเดียวกับการทดลองพฤติกรรมการตกค้างก่อนหน้านี้ ดำเนินการโดยการให้ชิ้นงานทดสอบด้วยความร้อน ทำให้เย็นลงตามสภาพแวดล้อม จากนั้นจึงทดสอบทางกลไก การรับความร้อนประกอบด้วยการให้ความร้อนด้านเดียวโดยใช้แผ่นแผ่รังสีเหล็ก ตามด้วยการดับด้วยน้ำทันที มีการใช้ฟลักซ์ความร้อนสองครั้ง – 50 และ 70 กิโลวัตต์/เมตร2. การเปิดรับแสงเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวสัมผัสคงที่ประมาณ 350 และ 400°C ตามลำดับ ใช้เวลาในการเปิดรับแสงสามครั้ง – 300, 600 และ 1200 วินาที หมายเหตุ ตัวอย่างถึงจุดสมดุลทางความร้อนหลังจากผ่านไปประมาณ 600 วินาที อุณหภูมิเต็มฟิลด์ของด้านตัวอย่างถูกวัดระหว่างการให้ความร้อนของ แต่ละตัวอย่างโดยใช้กล้องอินฟราเรดความร้อน FLIR SC655 (640 × 480 พิกเซล, ความยาวคลื่น 7.5 – 14 μm)

หลังจากการสัมผัสความร้อนและการดับด้วยน้ำ ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมได้รับการทดสอบทางกลด้วยแรงดัดงอสี่จุด ใช้ลูกกลิ้งสแตนเลสขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. โดยมีระยะห่างระหว่างลูกกลิ้งด้านนอกและด้านใน 259 และ 75 มม. ตามลำดับ ตัวอย่างทั้งหมดถูกวางในลักษณะที่ลูกกลิ้งช่วงด้านในรับภาระกับพื้นผิวที่ไม่ได้รับแสง การวางแนวนี้ถูกเลือกเพื่อจำลองการเปิดรับความร้อนของเพดานในช่องที่มีการโหลดจากด้านบน

คำนิยาม FEA
การทดลองโครงสร้างทางความร้อนถูกสร้างแบบจำลองโดยใช้แพ็คเกจ FEA, Abaqus เช่นเดียวกับการทดลอง การสร้างแบบจำลองดำเนินการตามลำดับ: แบบจำลองความร้อนตามด้วยแบบจำลองทางกล แบบจำลองการระบายความร้อนประกอบด้วยส่วนกลวง 6061 และแผ่นฮีทเตอร์แบบแผ่รังสีเหล็ก มีการกำหนดอุณหภูมิเต็มฟิลด์ที่วัดได้ของเครื่องทำความร้อนแผ่นเหล็ก และคาดการณ์การตอบสนองทางความร้อนของชิ้นงานทดสอบแบบเต็มผลลัพธ์จากการแลกเปลี่ยนรังสีระหว่างเครื่องทำความร้อนแบบแผ่รังสีและตัวอย่าง การสูญเสียการพาความร้อนจากพื้นผิวภายนอกถูกจำลองตามพื้นผิวแนวตั้งแบบอุณหภูมิความร้อนที่อุณหภูมิ 325°C ค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนถ่ายเทคำนวณเป็น 9 W/m 2 -K โดยใช้สหสัมพันธ์เชิงประจักษ์มาตรฐาน (Incropera et al. 2007)

โหลดเชิงกลถูกสร้างแบบจำลองโดยใช้แบบจำลองการกระจัดกึ่งสถิตที่ควบคู่กับแบบจำลองความร้อนตามลำดับ รุ่นนี้มีลูกกลิ้งขนาด 10 มม. ความหนาแน่นของตาข่ายจะแตกต่างกันไปตามความยาวของตัวอย่างด้วยตาข่ายละเอียดที่จุดโหลดและจุดรองรับ มีการใช้แบบจำลองการสัมผัสแข็งอย่างง่ายระหว่างลูกกลิ้ง (สมมติว่า เป็นตัวเครื่องที่แข็ง) และตัวอย่าง ไม่มีการพิจารณาแรงเสียดทานแนวสัมผัสเนื่องจากแรงค่อนข้างต่ำและมีการใช้สารหล่อลื่นที่มีกราไฟต์เป็นหลักในการทดสอบ การโหลดเชิงกลถูกสร้างแบบจำลองให้เกิดการเคลื่อนตัวของหัวกากบาทจำลองที่ 20 มม. หรือเมื่อแบบจำลองไม่บรรจบกันอีกต่อไป คุณสมบัติเชิงกลตกค้างที่ลดลงของตัวอย่าง 6061 ถูกป้อนจาก Summers และคณะ (2014) สำหรับอัตราการให้ความร้อนเชิงเส้นที่ 5 และ 25°C/นาที

ผล FEA
การเปรียบเทียบอุณหภูมิเต็มสนามที่วัดได้และอุณหภูมิที่คาดการณ์โดยแบบจำลองความร้อนแสดงในรูปที่ 45สำหรับฟลักซ์ความร้อน 50 กิโลวัตต์/ตร.ม. แบบจำลองความร้อนจะจับการไล่ระดับความร้อนจากพื้นผิวที่สัมผัสกับพื้นผิวที่ไม่ได้รับแสง สำหรับการเปิดรับแสงนี้ โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิที่วัดและคาดการณ์ได้ในทุกสถานที่จะอยู่ภายใน 10°C สำหรับการทดสอบทั้งหมด ด้านซ้ายจะเย็นกว่าเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของอุณหภูมิแผ่นทำความร้อนแบบกระจาย การเปรียบเทียบอุณหภูมิที่วัดได้และคาดการณ์สำหรับการเปิดรับแสง 70 กิโลวัตต์/ตร.ม. แสดงในรูปที่ 46. แบบจำลองความร้อนคาดการณ์อุณหภูมิภายใน 5% ของอุณหภูมิที่วัดได้ อย่างไรก็ตาม มีข้อผิดพลาดจำนวนมากเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่ไม่ได้เปิด อาจเป็น เพราะค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนคงที่ (325°C) ในขณะที่ตัวอย่างเหล่านี้มีอุณหภูมิสูงกว่า 450°C บนพื้นผิวที่สัมผัส การวัดและการคาดคะ เนอุณหภูมิชั่วคราวยังแสดงในรูปที่ 47สำหรับตำแหน่ง 3.2 มม. จากพื้นผิวที่สัมผัสและที่ความยาวกึ่งกลาง แบบจำลองคาดการณ์การตอบสนองของอุณหภูมิชั่วคราวภายใน 5% ของการทดลองสำหรับการสัมผัสทั้งสอง

สรุป
อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้มากขึ้นในการใช้งานรับน้ำหนักที่หลากหลาย เช่น โครงสร้างน้ำหนักเบา รางเบา พื้นสะพาน งานฝีมือทางทะเล และแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ความกังวลหลักในการออกแบบโครงสร้างอะลูมิเนียมบนบกและในทะเลคือความปลอดภัยจากอัคคีภัย เพื่อสนับสนุนการออกแบบโครงสร้างที่ทนไฟ ภาพรวมของพฤติกรรมเชิงกลของ 5083-H116 (strain hardened) และ 6061-T651 (precipitation hardened) ทั้งในระหว่างและหลังเกิดไฟไหม้ในบทความนี้

พฤติกรรมเชิงกลระหว่างเกิดไฟไหม้มีลักษณะเฉพาะในแง่ของการทดสอบแรงดึงกึ่งสถิตที่อุณหภูมิสูงและการทดสอบการคืบ โมดูลัสของ Young มีความคล้ายคลึงกันสำหรับโลหะผสมทั้งสอง 5083-H116 มีความแข็งแรงของผลผลิตต่ำอย่างสม่ำเสมอเมื่อเปรียบเทียบกับ 6061-T651 ขึ้นอยู่กับการลดลงของพื้นที่ที่แตกหัก ความเหนียวตามที่ได้รับ 5083 น้อยกว่า 6061; อย่างไรก็ตาม ความเหนียวของ 5083 จะเพิ่มขึ้นมากขึ้นที่อุณหภูมิสูงเมื่อเทียบกับ 6061 สำหรับโลหะผสมที่พิจารณา พื้นที่การคืบหลักไม่มีนัยสำคัญ ยกเว้นสำหรับ 5083 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า เช่น น้อยกว่า 300°C ดังนั้นแบบจำลองการคืบของ Kachanov-Rabotnov ที่ได้รับการแก้ไขจึงถูกนำเสนอเพื่อทำนายการสะสมของสายพันธุ์คืบคลานทุติยภูมิและตติยภูมิ มีการใช้พารามิเตอร์ Larson-Miller เพื่อทำนายการแตกของครีป

พฤติกรรมเชิงกลที่เหลือหลังจากเกิดเพลิงไหม้มีลักษณะเฉพาะสำหรับวัสดุที่ก่อนหน้านี้สัมผัสกับสภาวะทางความร้อนอย่างเดียวและทางความร้อนเชิงกล การเปิดรับความร้อนโดยไม่ใช้ความเครียดทำให้เกิดวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาค กล่าวคือ การคืนสภาพการเคลื่อนที่และการตกผลึกใหม่ ส่งผลให้ความแข็งแรงลดลงและการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการแข็งตัวของความเครียด โมดูลัสของ Young เปลี่ยนไปเล็กน้อยหลังจากการให้ความร้อนครั้งก่อน การลดลงของความแข็งแรงของผลผลิต 5083-H116 และ 6061-T651 ถูกควบคุมโดยวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาค ซึ่งขึ้นกับอุณหภูมิตามเวลาและอุณหภูมิที่ได้รับสัมผัสสูงสุด ดังนั้น ช่วงอุณหภูมิที่การเสื่อมสภาพของความแข็งแรงเกิดขึ้นในโลหะผสมทั้งสองถูกวัดโดยแปรผันตามอัตราการให้ความร้อน ถ้า 5083 ถูกทำให้ร้อนถึง 400°C ความแข็งแรงของครากลดลง 155 MPa (55%) จากสถานะที่ได้รับ โดย 36 MPa (13%) ของการลดลงเกิดจากการฟื้นตัวจาก 150 – 280°C และ 116 MPa ที่เหลือ (42%) จาก 280 – 360 °C เนื่องจากการตกผลึกซ้ำ ความแข็งแรงของคราก 6061-T651 ลดลง 225 MPa หลังจากการให้ความร้อนก่อนถึง 450°C โดยลดลงอย่างต่อเนื่องที่วัดได้ตั้ง แต่ 200 – 450°C เนื่องจากการเจริญเติบโตและการละลายของตะกอน การสัมผัสทางความร้อนเชิงกลกับความเครียดประยุกต์ส่งผลให้เกิดวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคแบบไดนามิก โดยหลักแล้วจะแสดงตัวเป็นการพัฒนาโพรงอากาศและการยืดตัวของเกรน ผลกระทบเหล่านี้เกิดขึ้นในโลหะผสมทั้งสอง อย่างไรก็ตาม พบได้บ่อยกว่าใน 5083 ซึ่งพบสายพันธุ์การคืบที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ 6061 นอกจากนี้ 5083 ยังประสบกับการเกิดผลึกซ้ำแบบไดนามิกที่สายพันธุ์การคืบสูง ผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศ (ทำให้อ่อนลง) และการยืดตัวของเกรน (ทำให้แข็งแรงขึ้น) โดยทั่วไปไม่มีนัยสำคัญเท่ากับการลดลงของความแข็งแรงเนื่องจากวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคแบบคงที่ (เช่น 5083 – การฟื้นตัว การตกผลึกใหม่ 6061 – การเจริญและการตกตะกอนของนิวเคลียส) ดังนั้น ผลกระทบของความเค้นระหว่างการสัมผัสกับความร้อนก่อนหน้านี้จึงไม่ถูกกำหนดให้มีนัยสำคัญในการประเมินพฤติกรรมที่เป็นส่วนประกอบของสารตกค้างของโลหะผสมอะลูมิเนียมหลังการสัมผัสกับไฟ

มีการนำเสนอแบบจำลองสำหรับการทำนายพฤติกรรมทางกลที่เหลืออยู่ของโลหะผสมอะลูมิเนียม 5083-H116 และ 6061-T651 สิ่งเหล่านี้รวมถึงแบบจำลองเชิงประจักษ์อย่างง่ายรวมถึงวิธีการประมาณค่าแบบอนุรักษ์นิยมโดยใช้อุณหภูมิสูงสุดหรือประวัติของอุณหภูมิ แบบจำลองส่วนประกอบตามโครงสร้างจุลภาคสำหรับพฤติกรรมเชิงกลที่เหลือจากประวัติอุณหภูมิ และการใช้งานไฟไนต์เอลิเมนต์ ตัวเลือกรุ่นที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของผู้ใช้ เช่น ระดับความแม่นยำที่ต้องการ

การวิจัยในอนาคตในพื้นที่นี้ควรสร้างจากพฤติกรรมที่เป็นส่วนประกอบของวัสดุแบบแกนเดียวและคงที่ ซึ่งนำเสนอในที่นี้ ต่อไปนี้เป็นพื้นที่ที่ต้องมีการตรวจสอบเพื่อพัฒนาความเข้าใจโดยละเอียดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับพฤติกรรมทางกลของโลหะผสมอะลูมิเนียมระหว่างและหลังเกิดไฟไหม้:

พฤติกรรมเชิงกลที่เหลืออยู่ของโลหะผสมอลูมิเนียมอื่น ๆ ซึ่งจะรวมถึงโลหะผสมรุ่น 5xxx และ 6xxx อื่น ๆ และการบังคับใช้ของโลหะผสมอื่น ๆ เหล่านี้กับรุ่นที่เสนอในที่นี้ นอกจากนี้ การตรวจสอบโดยละเอียดของอะลูมิเนียมอัลลอยอื่นๆ (เช่น ซีรีส์ 2xxx หรือ 7xxx) รวมถึงการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคและความสัมพันธ์กับพฤติกรรมเชิงกล

พฤติกรรมของวัสดุหลายแกนที่อุณหภูมิสูงตลอดจนพฤติกรรมเชิงกลที่เหลือ ด้วยข้อมูลนี้ พื้นผิวผลผลิตของวัสดุสามารถรับได้สำหรับคำอธิบายทั่วไปของการตอบสนองของวัสดุ

อายุความล้าที่เหลืออยู่หลังจากการสัมผัสไฟ สิ่งนี้จะช่วยให้อายุการใช้งานที่คาดไว้สำหรับวัสดุที่อยู่ภายใต้การโหลดแบบวนรอบ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญในการใช้งานด้านการขนส่งหลายประเภท ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ส่วนประกอบอลูมิเนียมรับน้ำหนัก

การขยายแบบจำลองการคืบของ Kachanov-Rabotnov ที่ปรับปรุงแล้วให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นใกล้กับอุณหภูมิโซลิดัส ดังนั้น แบบจำลองจะสามารถคาดการณ์การเผาไหม้ในโครงสร้างอะลูมิเนียม ซึ่งโดยทั่วไปมีส่วนทำให้เกิดไฟลุกลามไปยังพื้นที่ข้างเคียง