Physical modelling of the high temperature deformation of complex microstructure materials for aeronautical applications

Today aerospace industry is growing fast on developing the mechanical component for the hot section part of the jet engine. The prediction of the dynamic behavior of metals is usually investigated by phenomenological models. In this study, we described the hot deformation behavior by using different approaches for constitutive model: Hansel and spittle equation, Garofalo equation and basic modelling. In the present PhD work, three different metals were used (Inconel 718, Ti-6Al-4V and AA2024 – T3) which are extensively used in the aerospace industry. A basic model was applied to pure Ni and then to a single-phase superalloy. In the case of Ti-6Al-4V alloy, the hot deformation behavior was studied by hot compression test in β phase domain. The effects of hot deformation parameters (deformation temperature and strain rate) on flow stress were analyzed. A phenomenological model based on the Hansel and Spittel equation was used to obtain a quite accurate description of the flow curves for processing temperatures between 1010 and 1150 ºC and strain rates of 100 and 0.001 s-¹. The model used gave an accurate excellent experiments result. The high temperature deformation of the superalloy, a solution treated IN718, was investigated by torsion testing in a high-temperature regime (1000–1100 °C). The peak-flow stress dependence on strain-rate and temperature was described by a physically-based constitutive equations, which took into account both dislocation hardening and solid solution strengthening, and represents a substantial advancement over phenomenological models, although, in the present form, it cannot give the full shape of the flow curves.The creep response for AA2024-T3 alloy produced by a friction stir processing (FSP) has been investigated, the same creep modeling based on the theoretical approach. The hardness variation with creep duration was used to quantify the particle strengthening term.

Oggi l'industria aerospaziale sta crescendo rapidamente nello sviluppo del componente meccanico per la parte calda del motore a reazione. La previsione del comportamento dinamico dei metalli è di solito studiata da modelli fenomenologici. In questo studio, abbiamo descritto il comportamento della deformazione a caldo usando diversi approcci per il modello costitutivo: equazione di Hansel e spittle, equazione di Garofalo e modellazione di base. Nel presente lavoro di dottorato sono stati utilizzati tre diversi metalli (Inconel 718, Ti-6Al-4V e AA2024 - T3) che sono ampiamente utilizzati nell'industria aerospaziale. Un modello di base è stato applicato al Ni puro e quindi a una superlega monofase. Nel caso della lega Ti-6Al-4V, il comportamento alla deformazione a caldo è stato studiato mediante test di compressione a caldo nel dominio della fase β. Sono stati analizzati gli effetti dei parametri di deformazione a caldo (temperatura di deformazione e velocità di deformazione) sullo stress del flusso. È stato utilizzato un modello fenomenologico basato sull'equazione di Hansel e Spittel per ottenere una descrizione abbastanza accurata delle curve di flusso per temperature di processo comprese tra 1010 e 1150 ºC e velocità di deformazione di 100 e 0,001 s-¹. Il modello utilizzato ha dato un risultato accurato di esperimenti eccellenti. La deformazione ad alta temperatura della superlega, una soluzione trattata IN718, è stata studiata mediante test di torsione in regime ad alta temperatura (1000-1100 ° C). La dipendenza dallo stress del picco di flusso dalla velocità di deformazione e dalla temperatura è stata descritta da equazioni costitutive basate fisicamente, che hanno tenuto conto sia dell'indurimento della dislocazione che del rafforzamento della soluzione solida e rappresentano un progresso sostanziale rispetto ai modelli fenomenologici, sebbene, nella forma attuale, non può dare la forma completa delle curve di flusso. È stata studiata la risposta al creep per la lega AA2024-T3 prodotta da un processo di agitazione per attrito (FSP), la stessa modellazione del creep basata sull'approccio teorico. La variazione della durezza con la durata del creep è stata utilizzata per quantificare il termine di rafforzamento delle particelle.