Numerical and experimental modeling of formability of AA5083 O aluminium sheets processed by friction stir processing.

Esta tese tem por objetivo determinar a estampabilidade de chapas de alumínio 5083 O processadas pelo processo de fricção e mistura (PFM). Para atingir os objetivos propostos o processo de fricção por mistura foi estudado e uma ferramenta de soldagem PFM construída, a verificação da qualidade da solda foi realizada com metalografia da região processada para verificar a presença de vazios, obtidas as melhores condições a superplasticidade através do processo PFM é estudada com os ensaios de tração a quente e de saltos. Ensaios de tração a frio foram realizados nos corpos de prova com o processamento e sem o processamento com o objetivo de obter a curva tensão versus deformação do material processado e sem processamento. Foi efetuado o ensaio de microdureza da região soldada. A estampabilidade das chapas foi verificada através do ensaio de expansão hidrostática e empregadas na determinação da conformabilidade das chapas processadas e sem processar. Os ensaios de expansão hidrostática foram realizados em software de elementos finitos com o objetivo de comparar os resultados práticos e teóricos. Este estudo simulou pelo método dos elementos finitos a determinação da curva limite de conformação de chapas de alumínio 5083 O processadas através do processo PFM. A simulação de elementos finitos implicou em utilizar o método não linear e os softwares MSC MARC e Abaqus para simulação. Determinou-se neste estudo que a resistência à tração de chapas após processo PFM é 30% maior do que sem processamento, a estampabilidade à frio das chapas manteve-se a mesma. Os testes práticos determinaram que os softwares Abaqus e MSC MARC possuem boa aproximação para o teste de expansão hidrostática à frio. O Software Abaqus apresentou dificuldades para convergir e tempo de processamento muito superior ao MSC MARC nos estudos de expansão hidrostática à frio e na condição superplástica. Através dos ensaios de saltos determinou-se que a condição 328 rpm e 65 mm/min possui coeficiente de sensibilidade à taxa de deformação m muito superior ao do alumínio 5083 O sem PFM, isto resultou em uma melhor distribuição de espessura da chapa após o ensaio de expansão hidrostática superplástico em software.The aim of this study is to determine the sheet metal formability of 5083 O aluminum sheets after friction stir processing \"FSP\". To achieve the proposed objectives the friction stir processing was be reviewed and modeled in order to enable the design and manufacture of a proper FSP tool. The quality of the process was carried out through metallographic tests of the FSP region looking for the presence of voids. The best conditions for plasticity and superplastic forming after FSP was studied by means of an approach of jump steps in the hot tensile tests, looking for a coefficient of strain rate sensitivity. The micro hardness tests and tensile tests at room temperature were carried out for the specimens with and without FSP processing in order to characterize their material mechanical behavior. The formability of the FSP blanks was evaluated through Bulge tests. The results enable to plot Forming Limit Curves friction stir processed blanks after FSP and without FSP. The numerical simulation of the Free Bulge tests was carried out using a Finite Element Method model in order to compare the numerical theoretical and experimental practical results. The numerical simulation approach allows for the determination the forming limit curve of 5083 O aluminum sheets processed by the FSP process. The Finite Element Method modeling and simulation have employed two nonlinear FEM codes: the MSC MARC and Abaqus were compared as software for the simulations. The Yeld Strength of specimens with FSP increased 30% in comparison with specimens without FSP in cold tensile tests, the formability of shapes with and without FSP was de same. The practical tests showed that Abaqus and MSC MARC results has a good approach, the processing time in Abaqus was much greater than in MSC MARC, Abaqus had convergence problems when contact condition is applied. Through the jump tensile tests the 328 rpm and 65 mm/min condition showed a m factor much higher in comparison with condition without FSP in AA 5083 O, this results led in a better thickness distribution after the superplastic bulge test in software