Fémek és ötvözetek nagymértékű alakváltozás és

nagyhőmérsékletű edzés hatására kialakuló telítési

állapota

gonda.viktor@mail.duf.huAnyagvizsgálat a gyakorlatban

Cegléd, 2012. június 7-8.

Verő Balázs, Bereczki Péter,Bodnár Viktória, Gonda Viktor – Dunaújvárosi Főiskola

Szabó Péter János – BME-ATTCsepeli Zsolt – ISD Dunaferr

Tartalom

• Mi a telítési állapot?• Hogyan érhető el?• Hogyan vizsgálható?

Telítési állapot

Csanádi T., ELTE

A diszlokációsűrűség, ezáltal a szilárdság nem növelhető továbbAz tömbi szerkezeti anyag ultrafinom szemcseszerkezetű

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 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

Terhelés és hőmérsékletvezetés programozható

Gleeble 3800: Vizsgálati lehetőségek a Dunaújvárosi FőiskolánAnyagvizsgálati 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

DEFORMATION ZONE

UNIDIRECTIONAL FLOW

(A) NO RESTRAINT

(B) RESTRAINT

Gleeble 3800 termomechanikus szimulátor MAXStrain technológia

DEFORMATION

TWO SECTION

TORQUE MOTOR

5.0alakítás elforgatás (90°)

20x

Többtengelyű kovácsolás (MF)

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

Iwahashi, 1996

A könyöksajtolás sematikus vázlata: Φ a csatornaszög, Ψ a könyökszög. (a): Ψ = 0, (b): Ψ = π – Φ, (c): 0 < Ψ < π – Φ

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

0

20

40

60

80

100

120

140

-6 -4 -2 0 2 4 6

Mik

roke

mén

ység

, HV1

/30

A fő nyírási síktól vett távolság, mm

Kimenő oldalBemenő oldal Kimenő oldal

Deformációs zóna

0

20

40

60

80

100

120

140

-6 -4 -2 0 2 4 6

Mik

roke

mén

ység

, HV1

/30

A középvonaltól mért távolság, mm

Belső ív Külső ív

A deformációs zóna

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 [x 1e14 /m2]

Közepes szubszemcse méret [nm]

Diszlokáció jelleg

Hosszirány 16,4 112 Csavar

keresztirány 12,4 115 Él

Ungár T., ELTE

Többtengelyű kovácsolással alakított katódréz próbatestek

0 2 4 6 8 10 12100

105

110

115

120

125

HV10

Vic

kers

kem

énys

ég (H

V)

össz-alakváltozás mértéke (-)

Könyöksajtolás Többtengelyű kovácsolásKommel, 2005

ECAP: első átsajtolás meghatározó, a továbbiakban telítődés, valamint a nagyszögű szemcseszerkezet kialakulása, ezáltal a szerkezet stabilizálódása történik meg.

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)