With the focus of the automotive industry on decreasing vehicle weight and improving fuel efficiency, aluminum is being used for structural components in automobiles. Given the high strain rates associated with vehicle impact, it is necessary to understand the rate sensitivity of any potential alloy (eg. AA5754) in order to accurately predict deformation behaviour. Furthermore, the magnitude and strain path associated with the residual strains remaining after forming of the component also play a major role in how the material will behave. It has been found that AA5754 sheet exhibits negative rate sensitivity up to a strain rate of 0.1/s, and positive strain rate sensitivity at strain rates between 0.1/s and 1500/s. Increasing the strain rate also has the effect of increasing the yield stress as well as the ductility. When a strain path change is involved between the prestrain stage and subsequent uniaxial loading, it has the effect of reducing the rate sensitivity of the material as well as reducing the overall flow stress. A rate-sensitive adaptation of the Voce material model was successfully implemented in LS-DYNA and used to predict the response of AA5754 sheet in bending for applied strain rates of 0.001/s and 0.1/s. / Thesis (Ph.D, Mechanical and Materials Engineering) -- Queen's University, 2008-09-23 20:11:30.829

Friction stir welding (FSW) is a well recognised method for joining aluminium alloys and other engineering materials at a temperature below their melting point. However, the microstructure of the alloys may be modified during the welding process due to frictional heat and severe plastic deformation. In this study, the microstructures of friction stir welded AA5754-H111 and AA5083-O aluminium alloys have been investigated using optical microscopy, transmission and scanning electron microscopy equipped with electron backscatter diffraction (EBSD) and energy dispersive x-ray (EDX) facilities. Typical weld zones introduced by FSW were observed. Further, a joint line remnant flaw (JLR) within the thermomechanical affected zone (TMAZ) of the welds was also revealed. The formation of the JLR is attributed to dispersion of the magnesium rich oxides within the joining line.The effect of the modified alloy microstructure on the corrosion behaviour of the welds has been investigated by corrosion susceptibility testing and ex-situ SEM examination. Both parent alloys and welds showed good exfoliation and intergranular corrosion resistance (IGC). However, severe localized corrosion was observed at joint line remnant and the weld root.Reduced hardness was recorded in the heat affected zone (HAZ) of AA5754-H111 aluminium alloy weldment. This is attributed to the heat generated during welding that led to grain coarsening. In contrast, slightly increased hardness was recorded within the TMAZ. This was related to the grain refinement as a result of the recrystallization process that took place due to the effect of the thermal cycle and the plastic deformation. Little hardness change was recorded within AA5083-O aluminium alloy weldment. This was attributed to the effect of the alloy temper condition.Thermal simulation of the service environment of the friction stir welded alloys was conducted to assess the resistance to sensitization of welds. After exposure of the welded AA5754 and AA5083 alloys at 50, 70 and 170°C for prolonged time, the resistance of the AA5083 alloy weld to the IGC drastically decreased owing to the precipitation of magnesium rich particles known as β-phase at the grain boundaries. On the contrary, the resistance of the AA5754 alloy weld to IGC remained after the thermal exposure. Thus, the level of Mg content in Al-Mg alloys plays an important role in determining the corrosion characteristics of the alloys. The precipitation of Mg rich particles (β-phase) on the grain boundary is the determining factor for the resistance of the AA5xxx alloys to IGC owing to the difference in the electrode potentials between the β-phase and the grain interior, which leads to the generation of microgalvanic cells and selective dissolution of the grain boundary.

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Les économies d'énergie et l'allègement des véhicules ont conduit les fabricants automobiles à se tourner vers de nouveaux matériaux métalliques, de plus en plus complexes, en lieu et place des aciers traditionnellement utilisés. Dans ce contexte, les alliages d'aluminium, du fait de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur bon rapport résistance/masse, connaissent un essor important, notamment pour la fabrication des éléments de carrosserie. Cependant, le retour élastique et l'apparition de défauts d'aspect consécutifs aux opérations de mise en forme complexifient la mise au point et allongent les délais de fabrication tout en impactant le prix de revient. Dans ce contexte, la mise en forme par emboutissage en température, bien que plus compliquée à mettre en oeuvre, semble être une alternative envisageable. En effet, l'augmentation de la température permet de réduire le retour élastique tout en diminuant les efforts mis en jeu sur les outils. Le matériau choisi est un alliage d'aluminium-magnésium (AA5754-O) habituellement employé dans le secteur automobile pour la réalisation de panneaux intérieurs d'ouvrants. Ce matériau présente, à température ambiante, l'inconvénient majeur d'être sujet à l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC), se manifestant par des stries à la surface des pièces embouties, empêchant ainsi son utilisation pour des pièces d'aspect malgré un coût attrayant par rapport à d'autres alliages d'aluminium. La caractérisation expérimentale de ce matériau a été effectuée dans une gamme de température allant de 20 à 200~°C, en traction puis en cisaillement simple. Ces deux trajets de chargement ont permis, par le biais d'une mesure optique des déformations, de définir la gamme d'existence de l'effet PLC en fonction de la température et de la vitesse de déformation. Parallèlement, la formabilité de ce matériau a été évaluée à partir d'essais d'emboutissage de godets cylindriques. Les contraintes internes générées au cours du procédé, à l'origine du retour élastique, sont caractérisées à l'aide du test de Demeri, consistant à mesurer l'ouverture d'un anneau découpé dans le mur du godet. Afin d'étudier l'influence de la température sur l'emboutissabilité et le retour élastique, un dispositif, adaptable sur une machine d'essai BUP200, a été mis au point pour mettre en forme des godets jusqu'à 200°C. Ce dispositif permet par le biais d'inserts interchangeables, revêtus (ou non) par des films minces W-Ti-N, de modifier les propriétés de contact tôle/outil et d'analyser l'influence du frottement sur le procédé et les conséquences sur le retour élastique, en fonction de la température et du type d'insert utilisé. Les simulations numériques de ce procédé à température ambiante ont été effectuées avec le code de calcul Abaqus, en utilisant la base de données expérimentale pour identifier les coefficients des lois de comportement du matériau. Les simulations numériques sont alors confrontées aux résultats expérimentaux en termes d'effort d'emboutissage, de champs de déformation, d'épaisseurs de godet, de cornes d'emboutissage et de retour élastique.