Precipitační vytvrzování

Transkript

1 Precipitační vytvrzování Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

2 Základní schema procesů

3 Základní schema vytvrzování 1906 německý inženýr Wilm patent na dural (Al - Cu Mg)

4 Mechanizmy zpevnění Koherentní precipitát brždění dislokací napěťovým polem. Nekoherentní precipitát :

5 Postup rozpadu

6 Druhy precipitátu

7 Vznik různých druhů precipitátu

8 Tvary precipitátu Koherentní precipitát modulované struktury vliv elastické energie Nekoherentní precipitát : rovnoosý převažuje povrchová energie destičky převažuje elastická energie tyčinky vhodný kompromis Vliv vnějšího napětí : zvyšuje uspořádanost vzniká textura GP zony (Guinier Preston): jednotlivé roviny periodický systém rovin

9 G P zony Guinier Prestonova zona I. Jen část jedné mřížkové roviny Guinier Prestonova zona II. Zabírá několik rovin pod sebou Vznikají především, jsou-li velké rozdíly mezi mřížkou precipitátu a tuhého roztoku.

10 Vzhled G P zon TEM obrázek G P zon JEOL Přechod G P zon (tmavé tečky) na stabilnější precipitát (tmavé čáry). Slitina Al15Ag Stárnutí 1200 hod při 160 o C. TEM, x.

11 Vliv teploty stárnutí

12 Druhy stárnutí Přirozené při pokojové teplotě jen u některých Al slitin Umělé : neúplné zastavíme se před maximálním zpevněním, ale lepší plasticita úplné do maxima zpevnění přestárnutí na sestupné části zpevnění, pro zvýšení korozivzdornosti, plastičnosti a p. Stabilizační nad pracovní teplotu, aby se při pracovní teplotě neměnily vlastnosti a tvar

13 Vytvrzování slitin hliníku

14 Systém Al - Cu

15 Precipitace v systému Al - Cu Příklad velmi složitého systému - Tvorba zon GP1 jednotlivé roviny příměsi - Tvorba zon GP 2 periodické uspořádání rovin s příměsí - Vznik koherentního destičkového precipitátu θ - max pevnost - Vznik semikoherentního precipitátu θ - Překrystalizace na rovnovážnou stechiometrickou fázi θ Al 2 Cu úplná ztráta koherence, přestárnutí

16 Průběh zpevnění v systému Al - Cu

17 Různé mechanizmy precipitace systém Al - Cu

18 Vzhled a rozložení precipitátů

19 Precipitace hliníkové slitiny Optimální hodnoty Vliv teploty stárnutí urychluje precipitaci i koagulaci precipitátu

20 Změna vlastností vytvrzením Slitina Ti- Al-V Cu- Be Al- Cu-Mg Al-Mg- Zn Al- Si-Mg Mg-Al- Zn-Mn Přírůstek meze pevnosti 72 % 160 % 50 % 70 % 20 % 2 % Přírůstek meze kluzu 80 % % 170 % 90 % 40 %

21 Kombinované stárnutí Dvoustupňové s počáteční nižší teplotou u Al-Zn-Mg nejdřív GP zony na zlepšení mechanických vlastností, pak disperze pro lepší korozní odolnost Dvoustupňové s počáteční vyšší teplotou u Ni-Cr-Al-Ti (Nimonic) k urychlení procesu : 850 o C/2hod o C/10hod proti jednostupňovému 700 o C/200hod Stárnutí pod napětím Be bronz vytváří výhodnou texturu

22 Předstárnutí Může vzniknout přirozeným stárnutím před umělým zhoršuje výsledky Potlačování efektu předstárnutí : - uchovávání v ledničce - přídavek malého množství zpomalujících příměsí - meziohřev před umělým stárnutím ( Al-Mg-Si : 1 3 min při 250 o C)

23 Zotavení po stárnutí K dočasnému odstranění efektu vystárnutí může pak znovu stárnout Pro tváření vystárnutého materiálu U duralu ohřev 20 až 60 vteřin při 250 o C, nutno přesně dodržet. Vlastně náhrada rozpouštěcího žíhání, nelze-li je již použít.

24 Precipitační vytvrzování u ocelí PH oceli (Precipitation Hardened): - maraging : co nejméně uhlíku, přídavek Co, Mo, Ti - AISI 630 : 0,06 C, 16 Cr, 4 Ni, 4 Cu, 1 Mn, 0,4 Nb - EN , X5CrNiCuNb16-4, 17-4 PH : 0,04 C, 17 Cr, 4,5 Ni, 3,3 Cu, 0,7 Mn, 0,3 Nb Ekvivalenty : Cr = %, Ni = 6 7 % - ausaging : Podstatně více niklu, jinak totéž - A286 : 0,04 C, 14,5 Cr, 25 Ni, 2,1 Ti, 1,3 Mo, 0,3 V Ekvivalenty : Cr = %, Ni = %

25 PH oceli v diagramu

26 Maraging vytvrzování AISI 630

27 Maraging ocel - vlastnosti Vlastnost : Výchozí stav Vytvrzení H900 Vytvrzení H1150 Tvrdost HRc El. modul (GPa) Tažnost (%) 6 7,5 8 Mez pevnosti (MPa) Mez kluzu (MPa) H900 optimální pevnost, stárnutí 480 o C, 1 hodina H1150 optimální houževnatost, stárnutí 620 o C, 4 hodiny Toto je teplota rozpouštěcího žíhání ve Fahrenheitech

28 Maraging ocel - pevnost

29 Ausaging, nevytvrzeno

30 Ausaging nevytvrzeno tváření za studena

31 Ausaging, vytvrzování

32 Ausaging vytvrzeno - tečení

33 Ausaging vytvrzeno - lom