Effects of Strain Rate and Temperature in Forming Processes of Metals

Abstract
In metal forming processes, the behavior of the metals undergoing large plastic deformation is affected by the dynamic or strain rate effects of the material and inertia effect. Since both of the material and mechanical effects are correlated each other in the forming processes, they are effectively treated by the finite element methods which can take account of strain rate effect. Usually the effect of strain rate on the flow stress of metals is not significant at low temperature and becomes significant as the temperature rises. When the strain rate effect is significant, the forming pressure is lowered by decreasing the strain rate. In isothermal forming, in which the tools are heated to the same temperature as the billet in order not to cool down the billet, a low forming velocity is employed to reduce the forming load. The deformed shape of the material is also affected by the strain rate effect. In general, deformation is dispersed when the strain rate effect is significant. This effect is most utilized in superplastic forming in which occurence of necking is avoided and a very large deformation is attained. Since this phenomenon is usually caused at a very low strain rate, it is desirable to develop metals which exhibit significant strain rate efftcts at high strain rate. As an example, a superplastic aluminium alloy which causes a significant strain rate effect at a high strain rate is introduced.

Résumé
Au cours des procédés de mise en forme, les métaux subissant de fortes déformations plastiques sont soumis aux effets des grandes vitesses de déformation et aux effets d'inertie. Ces effets étant dépendants les uns des autres, on peut utiliser les méthodes de simulation aux éléments finis pour reproduire les états déformés à grande vitesse. En général, on constate que ce n'est que lorsque la température augmente significativement que l'effet de la vitesse de déformation devient non négligeable. La pression exercée lors du formage est alors diminuée par la chute de la vitesse de déformation. En condition de formage isotherme, l'outil est porté à la même température que la billette afin de ne pas refroidir celle-ci, dans de telles conditions on utilisera une faible vitesse de formage de manière à réduire la charge appliquée. La forme finale de la pièce sera elle aussi influencée par la vitesse de déformation. Les plus fortes dispersions sont constatées par les fortes vitesses. Cet effet est largement exploité dans le procédé de formage superplastique où l'écoulement plastique homogène est obtenu pour de très fortes valeurs d'écoulement plastique. Compte tenu que ce phénomène n'est exploité qu'à basse vitesse de déformation, on comprend l'intérêt de développer des métaux pour lesquels cette propriété serait obtenue à grande vitesse de déformation. C'est dans cet objectif que nous présentons ce travail réalisé sur un alliage d'aluminium à comportement superplastique et présentant l'effet de vitesse de déformation aux grandes vitesses.