Transcript agy2012-gonda

Fémek és ötvözetek
nagymértékű alakváltozás és
nagyhőmérsékletű edzés
hatására kialakuló telítési
állapota
Verő Balázs, Bereczki Péter,
Bodnár Viktória, Gonda Viktor – Dunaújvárosi Főiskola
Szabó Péter János – BME-ATT
Csepeli Zsolt – ISD Dunaferr
[email protected]
Anyagvizsgálat a gyakorlatban
Cegléd, 2012. június 7-8.
Tartalom
• Mi a telítési állapot?
• Hogyan érhető el?
• Hogyan vizsgálható?
Telítési állapot
A diszlokációsűrűség, ezáltal a szilárdság nem növelhető tovább
Az tömbi szerkezeti anyag ultrafinom szemcseszerkezetű
Csanádi T., ELTE
Tartalom
• Mi a telítési állapot?
• Hogyan érhető el?
– Intenzív képlékeny alakítás (SPD)
– Komplex termo-mechanikus eljárások:
magashőmérsékletű edzés
• Hogyan vizsgálható?
SPD-n alapuló módszerek
A Dunaújvárosi Főiskolán:
• Többtengelyű kovácsolás (Multiple Axes Forging, MF),
• Könyöksajtolás (Equal Channel Angular Pressing, ECAP),
További módszerek:
• nyomás alatt végzett csavarás (High Pressure Torsion, HPT),
• halmozó hengerléses bondolás (Accumulative Roll Bonding,
ARB),
• nyújtva-egyengetés (Repetitive Corrugation and Straightening,
RCS)
• folyamatos nyírás (Continuous Shearing, CS).
Gleeble 3800
Performance
Parameters
Terhelés és hőmérsékletvezetés programozható
Gleeble 3800
Maximum
Heating Rate
10,000°C/sec
Maximum
Quenching
Rate
10,000°C/sec
Maximum
Stroke
100 mm
Maximum
Stroke Rate
2,000 mm/sec
Maximum
Force
20 tons
Maximum
Specimen Size
20mm
diameter
Gleeble 3800: Vizsgálati lehetőségek a
Dunaújvárosi Főiskolán
Anyagvizsgálati lehetőségek:
• Emelt hőmérsékletű szakítás
• Emelt hőmérsékletű zömítés
– Egytengelyű
– Síkalakváltozási
– Alakíthatóságvizsgálat (SICO)
•
•
•
•
•
•
Folyásgörbék
Olvasztás és megszilárdulás
Szilárdságvesztés,
képlékenységvesztés hőmérsékletei
Termikus, mechanikus
fárasztásvizsgálatok
Hőkezeléses vizsgálatok,
dilatométeres mérések,
fázisátalakulások
Kúszás, feszültségrelaxációs tesztek
Folyamatszimulációs lehetőségek:
• Folyamatos öntés
• Mushy zone processing
• Meleghengerlés
• Kovácsolás
• Kisajtolás
• Hegesztési vizsgálatok
• Diffúziós kötések
• Hőkezelés, edzés
• Porkohászat, szinterelés
Gleeble 3800 termomechanikus szimulátor MAXStrain
technológia
Többtengelyű kovácsolás (MF)
UNIDIRECTIONAL FLOW
(A)
NO RESTRAINT
(B)
RESTRAINT
DEFORMATION ZONE
TWO SECTION
TORQUE MOTOR
DEFORMATION
alakítás   0 . 5  elforgatás (90°)
20x
Könyöksajtolás
• Szilárdságnövelés intenzív képlékeny alakító
eljárással
• Rúdszerú munkadarabok szakaszos alakítása
• Nagy egyenértékű alakváltozás: εeq ~ 1
• Nagy a nem-monotonitás foka
• Szemcsefinomodás és ezáltal szilárdság
növekedés keletkezik (Hall-Petch), tömbi
finomszemcsés állapot
• Diszlokációelméleti megközelítés:
diszlokációsűrűség növekedése, szemcsén belüli
cellahatárok kialakulása (kisszögű
szemcsehatárok), diszlokációfal kialakulása,
szubszemcsék elfordulása
OFHC minőségű rézben könyöksajtolás során lejátszódó kezdeti szemcsefinomodás
mechanizmusai
a. A kezdeti durva szemcsék a
nyírófeszültség hatása alatt.
b. Diszlokációk keletkezése és a
diszlokációs cellaszerkezet
kialakulása
c. A cellahatárok
önszerveződéses
rendeződése a csúszási
síkon diszlokációs csúszás
révén.
d. Másodlagos csúszás és a
mikrosávok okozta
feldarabolódás
Egyetlen ECAP művelet során kialakuló mikroszerkezeti változásokat
bemutató vázlat.
Xue, 2007
Az egyenértékű alakváltozás
meghatározása
A könyöksajtolás sematikus vázlata: Φ a
csatornaszög, Ψ a könyökszög. (a): Ψ = 0, (b): Ψ
= π – Φ, (c): 0 < Ψ < π – Φ
Iwahashi, 1996
Komplex termo-mechanikus eljárás kis
karbontartalmú C- Mn acél
szemcsefinomítására
• Folyamatos jellegű technológia
• Karbontartalom: 0,16%
• Edzés 1100oC-ról vízben, léces martenzites szövet
létrehozása
• Hideghengerlés, 50% magasságcsökkenés
• Lágyítás: 550oC, 1h.
• Átlagos szemcseméret: ~1 μm
• Szabó Péter János: Ultrafinomszemcsés anyagok
vizsgálata visszaszórt elektrondifrakcióval
Tartalom
• Mi a telítési állapot?
• Hogyan érhető el?
• Hogyan vizsgálható?
– Mikrokeménységmérés
– Metallográfiai vizsgálat, optikai mikroszkóp
– Pásztázó elektronmikroszkóp, visszaszórt elektron
diffrakció (EBSD)
– Transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM)
– Röntgendiffrakció (XRD)
Példa: könyöksajtolás és többtengelyű kovácsolás
Könyöksajtolási kísérletek
• Próbatest: katódréz, 10 mm-es átmérő, 40-80 mm-es
hossz
• Szerszám: két könyökgeometria:
– 110o, éles könyök
– 90o, teljesen lekerekített könyök
• Kenőanyag: MoS2
• Alakítási sebesség: 2 mm/min, alakváltozási sebesség:
0,001-0,01 1/s
• Szobahőmérséklet
Az alakváltozás mértéke Iwahasi szerint egyszeri átsajtoláskor:
- a 110o-os éles könyökben: 80,85%,
- a 90o-os teljesen lekerekített könyökben: 90,69%.
A szemcseszerkezet változása
A keménység változása az éles könyökben
Mikrokeménység, HV1/30
140
120
100
80
60
Deformációs zóna
40
20
Bemenő oldal
Kimenő oldal
0
-6
-4
-2
0
2
4
6
A fő nyírási síktól vett távolság, mm
Mikrokeménység, HV1/30
A deformációs zóna
140
120
100
80
60
40
20
0
Külső ív
Belső ív
-6
-4
-2
0
2
A középvonaltól mért távolság, mm
4
6
Nagyszögű szemcsehatárok
EBSD: Szabó Péter János, BME-ATT
Nagy- és kisszögű szemcsehatárok
EBSD: Szabó Péter János, BME-ATT
TEM
A hosszan elnyújtott kisszögű határokkal elválasztott cellák
keresztben darabolódnak. A bemutatott terület kisszögű
orientáció-különbségeket mutat, a megfelelő
szögtartományt a diffrakcióban az ívek hossza adja meg.
Radnóczi Gy. – MTA-MFA
XRD
minta
Diszlokáció sűrűség Közepes
[x 1e14 /m2]
szubszemcse méret
[nm]
Diszlokáció jelleg
Hosszirány
16,4
112
Csavar
keresztirány
12,4
115
Él
Ungár T., ELTE
Többtengelyű kovácsolással alakított
katódréz próbatestek
Kommel, 2005
Könyöksajtolás
Többtengelyű kovácsolás
125
HV10
Vickers keménység (HV)
120
115
110
105
100
0
2
4
6
8
össz-alakváltozás mértéke (-)
ECAP: első átsajtolás meghatározó, a továbbiakban telítődés,
valamint a nagyszögű szemcseszerkezet kialakulása, ezáltal a
szerkezet stabilizálódása történik meg.
10
12
Összefoglalás
• Mi a telítési állapot?
– A diszlokációsűrűség növekedésének határa
• Hogyan érhető el?
– Intenzív képlékeny alakítás (SPD):
• Könyöksajtolás
• Többtengelyű kovácsolás
– Komplex termo-mechanikus eljárások: magashőmérsékletű
edzés
• Hogyan vizsgálható?
– Mikrokeménységmérés
– Metallográfiai vizsgálat, optikai mikroszkóp
– Pásztázó elektronmikroszkóp, visszaszórt elektron diffrakció
(EBSD)
– Transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM)
– Röntgendiffrakció (XRD)