The Effect of Equal-Channel Angular Pressing on the Surface Quality of Aluminum Alloy 7075 after Milling

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The development of instrument and mechanical engineering is based on the achievement of high quality indicators and precision dimensional processing of modern structural materials. An important direction of improving the manufacturing technology of critical products is the use of materials with improved physical and mechanical properties and structure. Most often used methods of severe plastic deformation (SPD) are used to obtain such materials. As a result of SPD exposure, an ultrafine-grained (UFG) material structure is formed and its strength increases. The preservation of structural integrity and mechanical properties is an important task in the manufacture of parts from UFG materials that have a low temperature of the onset of recrystallization processes. During dimensional processing, the material is subject to significant deformation and thermal effects, which can affect its structural integrity and mechanical properties. Milling is one of the most common methods for producing high-quality parts from aluminum alloys. This method is preferred for dimensional processing of aluminum alloys with a UFG structure, since it is characterized by a local effect on thin surface layers of the material, in which no substantial heating of the entire volume of the workpiece occurs. The deformation of the surface layer of the material under the action of the cutting blade of the cutter forms the micro-relief of the surface of the part. The difference in the deformation behavior of coarse-grained (CG) and UFG materials can significantly affect the quality of mechanical processing of the latter. As a result, the known optimal machining conditions may not be applicable to UMP materials. The purpose of the work: to study the effect of structural changes in aluminum alloy 7075 on the quality of its machining during milling. In this work, samples of aluminum alloy 7075 in the as-delivered condition and after structure formation are investigated using modern metal-cutting tools and equipment, as well as recommended cutting conditions. The methods of investigation are mechanical tests for compression and tension, optical metallography, transmission electron microscopy, laser scanning microscopy. Results and discussion. Based on the obtained experimental results, it can be concluded that ECAP is an effective way to improve the quality of surface machining when milling 7075 aluminum alloy. At the same time, to ensure the optimum ratio of processing quality and high mechanical strength, two ECAP passages are sufficient, under the selected conditions for the process of structure formation. The obtained results indicate a great potential for the use of products from bulk UFG materials in industry due to the possibility of combining high mechanical properties and quality of dimensional machining in them. The data obtained can be applied in the design of technological processes for the machining of aluminum alloy 7075 with an ultrafine-grained structure under conditions of mass production engineering.

About the authors

A. V. Filippov

Email: avf@ispms.ru
Ph.D. (Engineering), National Research Tomsk Polytechnic University, Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, avf@ispms.ru

S. Yu. Tarasov

Email: tsy@ispms.ru
D.Sc. (Engineering), National Research Tomsk Polytechnic University, Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, tsy@ispms.ru

O. A. Podgornykh

Email: podgornysh.o.a@mail.ru
National Research Tomsk Polytechnic University, podgornysh.o.a@mail.ru

N. N. Shamarin

Email: serper89@gmail.com
National Research Tomsk Polytechnic University, serper89@gmail.com

A. V. Vorontsov

Email: vav@ispms.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, vav@ispms.ru

References

  1. Dynamic ageing and the mechanical response of Al–Mg–Si alloy through equal channel angular pressing / M. Vaseghi, A. Karimi Taheri, S.I. Hong, H.S. Kim // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31, iss. 9. – P. 4076–4082. – doi: 10.1016/j.matdes.2010.04.056.
  2. Roven H.J., Liu M., Werenskiold J.C. Dynamic precipitation during severe plastic deformation of an Al–Mg–Si aluminium alloy // Material Science and Engineering A. – 2008. – Vol. 483. – P. 54–58. – doi: 10.1016/j.msea.2006.09.142.
  3. Valiev R., Islamgaliev R., Alexandrov I. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress in Materials Science. – 2000. – Vol. 45. – P. 103–189. – doi: 10.1016/S0079-6425(99)00007-9.
  4. Filippov A.V., Filippova E.O. Creation and shaping of three-dimensional ultrafine-grain materials // Russian Engineering Research. – 2018. – Vol. 38. – P. 540–543. – doi: 10.3103/S1068798X18070067.
  5. Ning J. Inverse determination of Johnson – Cook model constants of ultra-fine-grained titanium based on chip formation model and iterative gradient search // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 99, iss. 5–8. – P. 1131–1140. – doi: 10.1007/s00170-018-2508-6.
  6. Chertovskikh V. Cuttability of UFG titanium BT1-0 obtained by ECAE // Russian Engineering Research. – 2007. – Vol. 27. – P. 260–264. – doi: 10.3103/S1068798X0705005X.
  7. Huang Y., Morehead M. Study of machining-induced microstructure variations of nanostructured/ultrafine-grained copper using XRD // Journal of Engineering Materials and Technology. – 2011. – Vol. 133. – P. 021007. – doi: 10.1115/1.4003105.
  8. Surface integrity analysis when milling ultrafine-grained steels / A.R. Rodrigues, O. Balancin, J. Gallego, C.L.F. De Assis, H. Matsumoto, F.B. De Oliveira, S.R.D.S. Moreira, O.V. Da Silva Neto // Materials Research. – 2012. – Vol. 15. – P. 125–130. – doi: 10.1590/S1516-14392011005000094.
  9. Assis C.L.F. de, Jasinevicius R.G., Rodrigues A.R. Micro end-milling of channels using ultrafine-grained low-carbon steel // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 77. – P. 1155–1165. – doi: 10.1007/s00170-014-6503-2.
  10. Оценка 2D параметров шероховатости и волнистости поверхности после обработки резанием сплава АМг2 с ультрамелкозернистой структурой. Ч. 1. Точение / А.В. Филиппов, С.Ю. Тарасов, Н.Н. Шамарин, О.А. Подгорных, Е.О. Филиппова // СТИН. – 2018. – № 7. – C. 20–24.
  11. Machining characteristics of fine grained AZ91 Mg alloy processed by friction stir processing / G.V.V. Surya Kiran, K.H. Krishna, S. Sameer, M. Bhargavi, B.S. Kumar, G.M. Rao, Y. Naidubabu, R. Dumpala, B.R. Sunil // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2017. – Vol. 27. – P. 804–811. – doi: 10.1016/S1003-6326(17)60092-X.
  12. Mechanical properties and machinability of 6061 aluminum alloy produced by equal-channel angular pressing / Y. Bayat Asl, M. Meratian, A. Emamikhah, R. Mokhtari Homami, A. Abbasi // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2015. – Vol. 229. – P. 1302–1313. – doi: 10.1177/0954405414535921.
  13. Effect of equal channel angular pressing on aging treatment of Al-7075 alloy / M.H. Shaeri, M. Shaeri, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein, M.R. Abutalebi // Progress in Natural Science: Materials International. – 2015. – Vol. 25. – P. 159–168. – doi: 10.1016/j.pnsc.2015.03.005.
  14. Novel molding technique for ECAP process and effects on hardness of AA7075 / H. Kaya, M. Uçar, A. Cengiz, R. Samur, D. Özyürek, A. Çaliskan // Mechanika. – 2014. – Vol. 20. – P. 5–10. – doi: 10.5755/j01.mech.20.1.4207.
  15. Microstructural and mechanical properties of Al 7075 alloy processed by equal channel angular pressing / S.R. Kumar, K. Gudimetla, P. Venkatachalam, B. Ravisankar, K. Jayasankar // Materials Science and Engineering A. – 2012. – Vol. 533. – P. 50–54. – doi: 10.1016/j.msea.2011.11.031.
  16. Kaya H., Uçar M. Fatigue behaviour and mechanical properties of ecap’;ed and thixoformed aa7075 // High Temperature Materials and Processes. – 2014. – Vol. 33. – P. 277–285. – doi: 10.1515/htmp-2013-0074.
  17. Effect of ECAP temperature on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy / M.H. Shaeri, M. Shaeri, M. Ebrahimi, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein // Progress in Natural Science: Materials International. – 2016. – Vol. 26. – P. 182–191. – doi: 10.1016/j.pnsc.2016.03.003.
  18. Microstructure and mechanical properties of Al-7075 alloy processed by equal channel angular pressing combined with aging treatment / M.H. Shaeri, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein, M.R. Abutalebi, J.K. Park // Materials and Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 250–257. – doi: 10.1016/j.matdes.2014.01.008.
  19. Microstructures and mechanical properties of ultrafine grained 7075 Al alloy processed by ECAP and their evolutions during annealing / Y.H. Zhao, X.Z. Liao, Z. Jin, R.Z. Valiev, Y.T. Zhu // Acta Materialia. – 2004. – Vol. 52. – P. 4589–4599. – doi: 10.1016/j.actamat.2004.06.017.
  20. Grzesik W. Prediction of the functional performance of machined components based on surface topography: state of the art // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2016. – Vol. 25. – P. 4460–4468. – doi: 10.1007/s11665-016-2293-z.
  21. Surface integrity in material removal processes: Recent advances / I.S. Jawahir, E. Brinksmeier, R. M’;Saoubi, D.K. Aspinwall, J.C. Outeiro, D. Meyer, D. Umbrello, A.D. Jayal // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2011. – Vol. 60. – P. 603–626. – doi: 10.1016/j.cirp.2011.05.002.
  22. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy / S.Y. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova // Tribology International. – 2017. – Vol. 115. – P. 191–198. – doi: 10.1016/j.triboint.2017.05.039.
  23. Zak K., Grzesik W. Metrological aspects of surface topographies produced by different machining operations regarding their potential functionality // Metrology and Measurement Systems. – 2017. – Vol. 24. – P. 325–335. – doi: 10.1515/mms-2017-0027.
  24. Grzesik W., Rech J., Zak K. Characterization of surface textures generated on hardened steel parts in high-precision machining operations // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 78. – P. 2049–2056. – doi: 10.1007/s00170-015-6800-4.
  25. Quantitative characterisation of surface texture / L. De Chiffre, P. Lonardo, H. Trumpold, D.A. Lucca, G. Goch, C.A. Brown, J. Raja, H.N. Hansen // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2000. – Vol. 49. – P. 635–652. – doi: 10.1016/S0007-8506(07)63458-1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».