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 gonda.viktor@mail.duf.hu 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? Hogyan vizsgálható? 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 Terhelés és hőmérsékletvezetés programozható   Performance Parameters Gleeble 3800   Maximum Heating Rate 10,000°C/sec   Maximum Quenching Rate   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 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) alakítás 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 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 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

Könyöksajtolás Többtengelyű kovácsolás Kommel, 2005 ECAP: első átsajtolás meghatározó, a továbbiakban telítődés, valamint a nagyszögű szemcseszerkezet kialakulása, ezáltal a szerkezet stabilizálódása történik meg.

Összefoglalás Mi a telítési állapot? Hogyan érhető el? 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)