UTILIZATION FORGED PIECES FROM MAGNESIUM ALLOYS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY

VÝUŽITÍ VÝKOVKŮ Z HOŘČÍKOVÝCH SLITIN V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU UTILIZATION FORGED PIECES FROM MAGNESIUM ALLOYS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY Miroslav Greger a Vlastimil Karas b Michal Vlček c Barbora Kuřetová d Radim Kocich e a VŠB Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, miroslav.greger@vsb.cz b KOVOLIT, a.s, Kovárna, Nádražní 344, 664 42 Modřice, ČR, vlastimil.karas@kovolit.cz c KOVOLIT, a.s, Kovárna, Nádražní 344, 664 42 Modřice, ČR, michal.vlček@kovolit.cz d VŠB Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, barbora.kuretova.fmmi@vsb.cz e VŠB Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, r.kocich@seznam.cz Abstrakt Předností hořčíkových slitin je jejich nízká měrná hmotnost. Převážná část součástí z hořčíkových slitin se v současné době zhotovuje odléváním. Mechanické vlastnosti odlitků nejsou dostatečné pro aplikace, u kterých se požaduje vysoká bezpečnost a spolehlivost. Pro dosažení vyšších mechanických vlastností lze použít technologie kování. Na součásti pro automobilový průmysl jsou kladeny vysoké požadavky na vlastnosti. Požadovány jsou především lehké a pevné konstrukce. V těchto případech se nabízí široké pole pro použití výkovků z hořčíkových slitin. Pro jejich vyšší rozšíření je potřebné analyzovat proces kování a určit vhodné postupy pro různé slitiny a zajistit spolehlivý a ekonomický postup výroby. V příspěvku jsou uvedeny typy hořčíkových slitin, jejich vlastnosti, způsoby zpracování a metody zlepšování mechanických vlastností. Pozornost je věnována struktuře slitin a jsou uvedeny výsledky z provozního kování slitin AZ31, AZ61 a AZ91. Abstract One of main advantage of magnesium alloys is its low density. Nowadays a vast majority of magnesium alby components is made by cast moulding. The mechanical properties of castings are not sufficient for the applications that need high security and reliability. To reach higher mechanical properties a forging technology can be used. High demands of properties are made on components for car industry or components used in outer space. Especially light and soud constructions are needed. Magnesium alloys can be often used in such cases. It is necessary to analyze the process of forging and set suitable techniques for different alloys and to arrange reliable and economical procedure of production. Types of magnesium alloys, their property, methods of processing and methods of mechanical property upgrading. Attention is also paid to the structure of alloys and the results of forging tests alloys AZ31, AZ61 and AZ91. 1

1. ÚVOD Mezi významná odbytiště pro hořčíkové materiály patří automobilové odvětví, které se vyznačuje největším vývojovým potenciálem. Desetiletí bylo použití hořčíku v automobilu omezeno na tvarově složité odlitky v oblasti motoru, agregátů a kol. Z ekonomických důvodů dominovalo tradiční tlakové lití. V současné době jsou sériově vyráběny modely vozidel s karosářskými díly nebo s celými karoseriemi z hliníku [1]. Nabízí se úvaha vyrábět z hořčíkových materiálů díly pro oblast podvozku a pohonu. To znamená, především pro oblast podvozku. Je třeba nahradit dlouhodobě osvědčené díly z oceli a hliníku hořčíkovými slitinami. Použití hořčíkových slitin pro díly podvozku klade velmi vysoké požadavky na jejich pevnost, houževnatost a životnost [2-5]. Kování se stává nejvhodnějším způsobem výroby pro uvedené díly z hořčíkových slitin. Hořčíkové slitiny mají konstrukční výhody, nižší hustotu než hliníkové slitiny, což oceňují především konstruktéři automobilů. Hořčíkové slitiny jsou nejlehčím kovovým konstrukčním materiálem. Jejich měrná hmotnost je o 25 % nižší než u slitin hliníku. Hustota čistého hořčíku je 1774 kgm -3, hustota slitin se pohybuje v závislosti na stupni legování od 1350 do 1830 kgm -3. Dalším kladem je možnost použít vybrané slitin, jak pro tlakové lití, tak i pro kování. Slitiny hořčíku se vyznačují výbornou obrobitelností a většina slitin i dobrou svařitelností při obloukovém svařování v ochranné atmosféře. Nedostatkem hořčíkových slitin je jejich nižší korozní odolnost. Další nevýhodou je vysoká reaktivita (v některých případech i při obrábění) a nízká pevnost za vyšších teplot. Hlavním konstrukčním nedostatkem je poměrně nízká vrubová houževnatost [6-9]. Na závadu může být i výrazná anizotropie vlastností tvářených výrobků. Oblasti tvářené tlakem mají odlišnou strukturu a vlastnosti než oblasti s větším podílem tahových napětí. V oblasti tlakových napětí dochází k dvojčatní [10]. Dvojčata vznikají i při tepelném zpracování. Mechanické vlastnosti lze zvýšit kováním, jak ukazuje obr. 1. Obr. 1. Mechanické vlastnosti odlévaných a kovaných hořčíkových slitin [4] Fig. 1. Mechanical properties of casting and forged magnesium alloys [4] Evropští výrobci automobilů (mimo jiné i Volkswagen a Audi) přijali v rámci Kyotského protokolu záměr snížit v rozmezí let 1990 až 2005 spotřebu paliva o 25 % a množství emisí CO 2 o 50 %. Významné snížení spotřeby paliva může být dosaženo snížením hmotnosti vozidel, což se projeví ve snížení nákladů na provoz. Měrná hmotnost slitin hořčíku je o 25 % nižší než měrná hmotnost hliníkových slitin, což při použití v automobilovém průmyslu sníží spotřebu paliva a umožní zvýšit hmotnost nákladu. Jestliže se podaří snížit hmotnost pohonného systému o 10 %, tak se uspoří 5 % paliva [11]. Hořčík je atraktivní materiál pro použití v automobilech, především kvůli jeho nízké hmotnosti (obr. 2). Je o 25 % lehčí než hliník a o 78 % lehčí než ocel. 2

Slitiny hořčíku mají ze všech konstrukčních materiálu největší poměr mezi pevností a hustotou (Rm/ρ). Po první naftové krizi v roce 1970 vznikl ekonomický tlak na poměr mezi Rm/ρ s cílem snížení spotřeby paliva a snížení emisí. Auto má být lehčí a nová koncepce v konstrukci vychází z motoru umístěného vpředu s řízením přední nápravy. Klasické materiály jsou nahrazovány materiály lehčími. Nejpozoruhodnější posuny v materiálech spočívají od běžných ocelí k vysokopevnostním (HSL) a od ocelí k hliníku a plastům. Hořčík nabízí větší potenciál ke snížení hmotnosti. Aktuální modely automobilů obsahují různé množství (malé) hořčíkových slitin, průměrně kolem 12 kg/automobil i když se předpokládá širší použití. Z větších dílů, které se používají v prototypech, jsou to např. panely přístrojových desek vyrobených z hořčíku, a součástí vyrobené odléváním. Zatím se používá málo plechů, nebo protlačovaných, kovaných dílů, ale tento potenciál existuje. 2. SLITINY HOŘČÍKU Mechanické vlastnosti Mg lze výrazně zvýšit legováním hliníkem (do 10 %), zinkem (do 5-6 %), manganem (do 2,5 %) a zirkoniem (do 1,5 %). Hliník a zinek tvoří s hořčíkem tuhý roztok. Při jejich vyšších obsazích se Obr. 2. Využití slitin hořčíku v konstrukci automobilu tvoří intermetalické fáze typu Mg 4 A1 3 a MgZn 2. V obou Fig. 2. Utilization of magnesium alloys in car construction případech množství přísady zvyšuje základní mechanické vlastnosti [12,13]. Mangan tvoří s hořčíkem tuhý roztok α. S klesající teplotou se zmenšuje rozpustnost manganu v hořčíku a z tuhého roztoku α precipituje β fáze. Přísada manganu neovlivňuje dosahované pevnostní charakteristiky, ale příznivě ovlivňuje korozivzdornost. Zvýšení úrovně korozivzdornosti lze objasnit tím, že na povrchu vzniká tenká vrstva oxidů Mg - Mn. Přísada manganu snižuje působení železa v hořčíku. Mangan a Fe vytváří sloučeninu o vysoké hustotě, která se při tavení usazuje na dně lázně. Kromě základních přísadových prvků se v hořčíkových slitinách používá přísada cínu. Cín je rozpustný v hořčíku při teplotě 645 C až do obsahu kolem 10 % [14]. Jeho rozpustnost klesá s teplotou za současné precipitace β fáze (Mg 2 Sn). Komplexní slitiny Mg-Al-Mn dolegovaná 5% Sn mají dobrou tvařitelnost za tepla. Křemík je v hořčíku nerozpustný. Tvoří s Mg intermetalickou fázi typu Mg 2 Si, která silně zpevňuje základní matrici. Vzhledem k výraznému zvýšení křehkostí je obsah křemíku ve slitinách pod 0,3 % [15-17]. Legování slitin hořčíku zirkoniem zjemňuje zrno, zvyšuje se dosahovaná úroveň mechanických vlastností a zároveň se snižuje odolnost proti korozi. Prvky vzácných zemin popř. thorium zvyšují žárupevnost hořčíkových slitin. Berylium v množství 0,005 0,012 % snižuje oxidaci slitin při tavení, odlévání a tepelném zpracování. Z tvářených hořčíkových slitin se v automobilovém průmyslu používá široký sortiment výrobků sahající od výkovků až po plechy, tab. 1. Výkovky se dodávají se slitin: AZ31B-F, AZ61A-F, AZ80A-T5, AZ80-T6, M1A-F, ZK31-T5, ZK60A-T5, ZK61-TS a ZM21-F (ve stavu F až T6). Plechy se dodávají po tepelném zpracování (ve stavu H24, O) z následujících slitin: AZ31B-H24, ZM21-O, ZM21-H24. Protlačované tyče ze slitin: AZ10A- 3

F, AZ31B až C-F, AZ61A-F, AZ80A-T5, M1A-F, ZC71-T6, ZK21A-F, ZK31-T5, ZK40A- T5, ZK60A-TS a ZM21-F. Chemické složení vybraných hořčíkových slitin uvádí tab. 1. Tabulka 1. Chemické složení hořčíkových slitin pro výkovky Slitina Obsah prvků v % Al Zn Mn Si Cu Fe Zr Th Ni Ca N Mg AZ31B 2,50-0,20-0,200 0,0 - - 97,0 3,50 0,80 0,100 0,05 0,005 0,005 0,040 AZ61 6,76 0,38 0,13 0,05 0,006 0,011 0,0 - - - - AZ91 8,76 0,73 0,22 0,05 0,010 0,011 0,0 - - - ZK60A 0,12 4,80-0,11 0,04 0,005 0,003 4,50 - - - - 94,0 6,20 M1A - - 1,20 0,100 0,05 - - - 0,010 0,300-99,0 AZ80A 7,80- - 1,20 0,005 - - - - 91,0 9,20 0,100 0,05 0,005 HM21 - - 0,45- - - - 1,50- - - 0,2 97,0 1,10 2,50 Table 1. Chemical composition of magnesium alloys for forged pieces 3. KOVÁNÍ HOŘČÍKOVÝCH SLITIN Hořčík a většina jeho slitin krystalizuje v hexagonální soustavě. Tato soustava se vyznačuje sníženou tvařitelností. Důvodem je malý počet skluzových mechanismů. Skluz dislokací probíhá ve vybraných krystalografických rovinách, směrech a je řízen třemi známými zákony. Do teploty 220 C je v hořčíku jedinou skluzovou rovinou basální rovina (0001) a směry [1120]. Při vyšších teplotách nastává skluz na rovinách (1010), ve směru [1120] a v rovinách (1011) ve směru [1120]. Jsou to roviny a směry HTU mřížce, které jsou nejhustěji obsazeny atomy. Zvýšením počtu skluzových systémů tvařitelnost významně roste. Hodnoty kritického skluzového napětí (T kr ~ c n ) jsou pro čistý hořčík nízké. Hodnota kritického skluzového napětí závisí na čistotě kovu, struktuře a termodynamických podmínkách deformace. Velikost kritického skluzového napětí je tím nižší, čím je čistota kovu vyšší. Nečistoty tvořící se základním kovem tuhé roztoky zvyšují τ kr intenzívněji než nečistoty, které jsou v základním kovu nerozpustné. Pokud kov a přísada tvoří tuhý roztok, pak hodnota kritického napětí je tím vyšší, čím je rozdíl mezi velikostí atomů obou kovů větší a čím se oba kovy od sebe více liší elektrochemickými vlastnostmi. Příměsové prvky v hořčíku interagují s dislokacemi a zvyšují kritické skluzové napětí. Vliv příměsových prvků na τ kr lze stanovit podle rovnice: n τ kr = c (1) kde c je koncentrace příměsových atomů n je exponent (n ~ 0,5 až 0,66). U většiny kovů se vzrůstající teplotou hodnota kritického skluzového napětí klesá. U hořčíku a jeho slitin vliv teploty není jednoznačný. Při různých teplotách mohou být v činnosti různé skluzové roviny. Např. při teplotě místnosti mají Mg slitiny jen jeden systém skluzových rovin. Při zvyšování teploty se zvětšuje počet aktivních skluzových rovin, což se projevuje rychlým snižováním skluzového napětí. Mez kluzu hořčíkových slitin lze přibližně stanovit z rovnice: τ kr σ k = (2) m 4

kde m je Schmidův faktor (m max ~ 0,5). Vlastnosti hořčíkových slitin jsou závislé na dosahovaném strukturním stavu, který je funkcí chemického složení, na něm závisí zpevnění matrice. V této souvislosti je účelné věnovat pozornost parametrům zpracování slitin a jejich optimalizaci s cílem spolehlivého dosažení požadovaných a reprodukovatelných vlastností. Vlastnosti vybraných hořčíkových slitin jsou uvedeny v tab. 2. Tabulka 2. Vlastnosti hořčíkových slitin pro výkovky Vlastnosti/slitiny M1A AZ31B AZ80A T5 AZ80A T6 HM21A- F ZK60A T6 Fyzikální vlastnosti Hustota [kg/m 3 ] 1830 1770 1800 1800 1780 1830 Mechanické vlastnosti Tvrdost, HB (500 kg/10 mm) 47,0 50,0 72 72-75,0 Tvrdost, HV 82,0 82-85,0 Pevnost, [MPa] 250 260 345 340 230 325 Mez kluzu, (Rp0,2), [MPa] 160 170 250 250 140 270 Tažnost (A5), [ % ] 7,00 15,0 11,0 5,00 15,0 11,0 Modul pružnosti v tahu (E ), [GPa] 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0 Mez kluzu v tlaku, [MPa] - - 195 185 115 170 Poissonovo číslo 0,350 0,350 0,350 0,350 0,350 0,350 Lomov8 pevnost, [MPa] - - - 100 - Obrobitelnost [ % ] 100 100 100-100 Modul pružnosti ve smyku (G), 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 [GPa] Mez v kluzu ve smyku, [MPa] 110 130 100 - - 170 Elektrické vlastnosti Elektrický odpor, [Ohm m/m O C] x 5,00 9,20 14,5 14,5 5,0 6,0 10-6 Tepelné vlastnosti Měrné teplo, [J/g] 370 340 370 370 343 315 Součinitel lineární roztažnosti 20 O C, 26,0 26,0 26,0 26,0 26,8 27,0 [µm/m o C] Součinitel lineární roztažnosti 100 O C, 27,0 27,0 27,0 27,2 27,0 27,0 [µm/m o C] Specifické měrné teplo, [J/g 0 C] 1,00 1,00 1,05 1,05 1,0 1,0 Teplotní vodivost, [W /mk] - 96,0 76,0 36,0 135 120 Bod tavení, [ 0 C] 648-605/630 427 427 605-650 518 649 Solidus, [ 0 C] 648 605 490 490 605 520 Likvidus, [ 0 C] 649 630 610 610 650 635 Procesní vlastnosti Teplota tváření, [ o C] - 230-320- 320-455-595-425 400 400 Teplota žíhání, [ o C] - 345 385 385 455 - Rekrystalizační teplota, [ o C] - - 345 345 - - Table 2. Properties of magnesium alloys for forged pieces 5

Tváření hořčíkových slitin obvykle probíhá za tepla. Jednotlivé technologické procesy tváření hořčíkových slitin probíhají v intervalu teplot: a) kování v teplotním intervalu 385-290 C, (tab.3); b) protlačování se v závislosti na chemickém složení provádí v teplotním intervalu 300-480 C; b) válcování v teplotním intervalu 340-440 C, doválcovací teploty se pohybují kolem 225-250 C. Tabulka 3. Kovací teploty, mechanické a technologické vlastnosti výkovků Slitina Kovací teploty, o C Mechanické vlastnosti Technologické vlastnosti Výkovku Zápustky Re [MPa] Rm [MPa] A [%] Svařitelnost Korozní odolnost AZ31 290-345 260-315 195 260 9,0 v d AZ61 315-370 290-345 180 295 12,0 d d AZ91A 300-385 205-290 250 345 5,0 d d ZK60 290-385 205-290 270 325 11,0 nd vh Poznámka : v-vynikající, d-dobrá, vh-vyhovující, nd-nedoporučuje se Table 3. Forging temperature, mechanical and technological properties of forged pieces 4. TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Výkovky se používají jak v tepelně zpracovaném, tak i nezpracovaném stavu. Vstupní polotovary se před tvářením homogenizačně žíhají při teplotách 380-420 C. Doba žíhání je 15-30 h. Cílem je odstranit segregační heterogenity přísadových prvků. Při homogenizačním žíhání se vyloučené fáze na hranicích zrn rozpustí v základní matrici a chemické složení slitiny je rovnoměrnější, obr. 3 a obr. 4 [18]. Tím se zlepší tvařitelnost a zvýší úroveň mechanických vlastností. Obr. 3. Slitina hořčíku AZ91 - litý stav Fig. 3. Magnesium alloys AZ91 cast state Obr. 4. Slitina hořčíku AZ91 po homogenizačním žíhání Fig. 4. Magnesium alloys AZ91 after homogenization annealing 6

Rekrystalizační žíhání se provádí za teploty kolem 350 C. Počátek rekrystalizace deformačně zpevněných slitin hořčíku leží v oblasti teplot 250-280 C. Uvedený teplotní interval je závislý na stupni deformačního zpevnění. Většina slitin hořčíku legovaných manganem nebo hliníkem je používána ve stavu zušlechtěném, tj. po kalení a stárnutí. Dosahovaná vyšší pevnost je spojena se změněnou rozpustností přísadových prvků Al, Zn, Zr v závislosti na teplotě. Ohřev před kalením je volen tak, aby došlo k rozpuštění vyloučených intermetalických fází typu MgZn 2, A1 3 Mg 4, Mg 3 A1 2 Zn 2 v tuhém roztoku. Po zakalení se získá homogenní přesycený tuhý roztok. Během stárnutí dochází k precipitaci zpevňujících fází. Charakteristickou vlastností hořčíkových slitin je malá rychlost difúzních procesů, proto vlastní procesy fázové přeměny probíhají velmi zvolna. Při ohřevu před kalením se používají doby výdrže 4 až 24 h. Umělé stárnutí probíhá u hořčíkových slitin v rozmezí 16-24 h. Vybrané hořčíkové slitiny lze zakalit i chladnutím na vzduchu z dokovací teploty. Využívá se navazující stárnutí přímo z dokovací teploty, bez zařazení předcházejícího rozpouštěcího žíhání a kalení. Teploty rozpouštěcího žíhání hořčíkových slitin se pohybují kolem 380-420 C. Řízené stárnutí se provádí při teplotách 200-300 C. Uvedený postup tepelného zpracování se označuje symbolem T1 a T4. Pro dosažení maximální úrovně zpevnění se volí teplota stárnutí 175-200 C. V porovnání s hliníkovými slitinami jsou u hořčíkových slitin dosahované změny vlastností po stárnutí menší. Nárůst pevnostních vlastností po stárnutí není vyšší než 20-35 %. Plastické vlastnosti slitin po stárnutí však klesají. Z těchto důvodů je nejpoužívanějším tepelným zpracováním homogenizační žíhání. Mechanické vlastností se zvýší vlivem rovnoměrnější struktury. Aplikace přirozeného stárnuti prakticky nevede k žádným změnám mechanických vlastností. 5. EXPERIMENTÁLNÍ VÝSLEDKY A DISKUSE Význam aplikací výkovků z hořčíkových slitin v osobních automobilech v porovnání s aktuálně užívanými odlitky litými pod tlakem, včetně tvářených dílů (plechy, protlačky) a jejich použitím neustále vzrůstá. Využití hořčíkových slitin v automobilech závisí na cenové relaci mezi hliníkovými a hořčíkovými slitinami (tab. 4). V tabulce jsou porovnávány současné ekonomické možnosti náhrady hliníkových slitin slitinami hořčíkovými a předpokládaná cenová relace v příštích letech. Tabulka 4. Cenové relace mezi výkovky z hliníku a z hořčíku Cenová relace Hliník Hořčík současná cena Hořčík cílová cena hliník - hořčík EUR/kg EUR (dm 3 ) EUR/kg EUR (dm 3 ) EUR/kg EUR (dm 3 ) Základní kov 2,4 6,5 4,3 7,7 3,6 6,5 Výchozí 0,7 1,9 2,9 až 4,3 5,2 až 7,7 1,4 až 2,1 2,5 až 3,7 polotovar Kování a 5 až 7 14,3 až 10 až 20 18 až 36 5 až 10 9 až 18 apretace 19,8 Celkové náklady 8 až 10 23 až 28 17 až 29 31 až 51 10 až 16 18 až 28 Porovnání se Al 100% 100 % 210 až 280 % 140 až 180 % 120 až 160 % 80 až 100% Table 4. Price relation berween forged pieces from aluminium and magnesium 7

Experimentálně bylo ověřeno deformační chování a vývoj struktury šesti slitin a více tvarů výkovků. Výchozí vzorky měly tvar válce od průměru 30 do průměru 120 mm. Hmotnost výchozích polotovarů se pohybovala v rozmezí 120g až 1500 g. V příspěvku je věnována pozornost pouze třem slitinám a jednomu typu výkovku, jeho tvar je na obr. 5. a obr. 6. Obr. 5. Výkres výkovku Fig. 5. Drawing of forged pieces Obr. 6. Tvar výkovků ze slitiny AZ61 Fig. 6. Forged pieces shape from AZ61 alloy Výchozí struktura byla v litém stavu. Jedna polovina vzorků byla ve stavu po homogenizačním žíhání, druhá bez žíhání. Tepelným zpracováním se sekundární fáze a precipitáty na bázi zinku a manganu rozpustily v základní matrici. Deformační chování a vývoj struktury byl ověřován kováním při teplotách 380 a 420 C [19]. Po kování se získala jemnozrnná struktura, ale s různou velikostí zrn po průřezu výkovků. Průměrná velikost zrn se v závislosti na teplotách kování pohybovala kolem 50 až 60 µm [20-22]. Závisela na 8

chemickém složení, teplotě kování, velikostí deformace a způsobu vychlazování z dokovacích teplot (obr. 7 až obr. 12). Z tvaru zrn lze předpokládat, že během deformace proběhla rekrystalizace. Rozdíly ve velikosti zrn jsou dány nerovnoměrností deformace a teplotním spádem po délce a tloušťce výkovku [23]. Obr. 7. Výchozí struktura slitiny AZ61 (Litý stav bez homogenizačního žíhání) Fig. 7. Original structure of AZ 61 alloy (cast state without homogenization annealing) Obr. 8. Struktura slitiny AZ61 po kování a volném ochlazování na vzduchu Fig. 8. The structure of AZ61 alloy after forging and free cooling on air Obr. 9. Výchozí struktura slitiny AZ91 (Litý stav bez homogenizačního žíhání) Fig. 9. Original structure of AZ91 alloy (cast state without homogenization annealing) Obr. 10. Struktura slitiny AZ91 po kování a volném ochlazování na vzduchu Fig. 10. The structure of AZ91 alloy after forging and free cooling on air 9

Obr. 11. Výchozí struktura slitiny AZ31 (Litý stav bez homogenizačního žíhání) Fig. 11. Original structure of AZ31 alloy (cast state without homogenization annealing) Obr. 12. Struktura slitiny AZ31 po kování a volném ochlazování na vzduchu Fig.12. The structure of AZ31 alloy after forging and free cooling on air Mechanické vlastnosti výkovků a jejich vývoj v závislosti na tepelném zpracování byly ověřovány tahovou zkouškou a tvrdostí HB/2,5/31,25. Výsledky tvrdosti jsou uvedeny na obr. 13. Tepelné zpracování sestávalo z rozpouštěcího žíhání 475 o C/24 h, ochlazování ve vodě a následujícího popouštění při teplotě 150 o C/1 h. [24]. Tvrdost HB 80 70 60 50 40 30 20 10 0 AZ31 AZ61 AZ91 Výchozí stav Tvářeno Tepelně zpracováno Obr. 13. Tvrdost výchozích polotovarů a výkovků z hořčíkových slitin Fig. 13. Brinell hardnes of originál half-finished produkt and forged pieces from magnesium alloys 6. ZÁVĚR Slitiny hořčíku jsou velmi zajímavé pro aplikace v automobilovém průmyslu. Z používaných konstrukčních materiálů mají nejvyšší poměr Rm/p a vysoké charakteristiky tlumení vibrací. V současné době se vyrábí řada automobilových součástek z různých slitin hořčíku. Mezi nejpoužívanější aplikace patří kola ze slitiny Elektron, která se dodávají ve dvou provedeních, litá nebo kovaná. Experimentálně bylo ověřováno deformační chování slitin AZ31, AZ61 a AZ91 při zápustkovém kování. Byl porovnáván vliv technologie kování a homogenizačního žíhání na strukturu a vlastnosti výkovků. Postupy kování se vzájemně 10

lišily teplotou tváření. Byl vyhodnocován vliv tepelného zpracování a teploty tváření na finální strukturu a mechanické vlastnosti. Výsledky prokázaly vhodnost zařazení tepelného zpracování, před vlastním ohřevem a kováním. Uvedený postup umožňuje získat výkovky s rovnoměrnější strukturou. Ve zkoumaném intervalu teplot nebyly získány výraznější rozdíly ve struktuře vzorků. Acknowledgement The presented paper was realised within the frame of the project of the Ministry of Education, Youth and Sports, project No. 619 891 0013 and project EU MagForge. The authors of paper thank management of division smithery KOVOLIT, a.s. for helping during realisation of service forging. LITERATURA 1. A. BUSSIBA, A. B. ARTZY, A. AHTECHMAN, S. IFERGAN, M. KUPIEC: Mater. Sci. Eng., 2001, vol. 302, p. 5. 2. R. BARTEČEK, M. GREGER: Lehké kovy a jejich slitiny. Kovárenství, 2004, roč. 14, č. 25, s. 5-9. 3. J. K. SOLBERG, J. TORKLEP, O. BAUGER, H. GOSTLAND: Mater. Sci. Eng. A, 1991, vol. 134A, pp. 201-07. 4. E. DOEGE, B. HALLER, S. JANSEN: Precision forging of magnesium alloys. Wire 2002, 5, pp. 46-52. 5. J. C. TAN, MJ. TAN: Scripta Mater., 2002, vol. 47, pp. 10106. 6. T. MUKAI, M. YAMANOI, H. WATANABE, H. HIGASHI: Scripta Mater., 2001, vol. 45, pp. 89-94. 7. M. GREGER, Z. JONŠTA, M. WIDOMSKÁ, R. KOCICH: The experience at extrusion of magnesium alloy MgA19Zn1 by equal channel angular pressing. In MECHATRONICS, 2004. Warszawa. University of Technology, 2004, pp. 172-74. 8. W. J. KIM, C. W. ANY, S. KIM, D. I. HONG: Scripla Mater, 2002, vol. 47, pp. 39-43. 9. M. MABUCHI, Y CHINO, H. IWASAKI, T. AIZAWA, K. HIGASHI: Mater. Trans., 2001, vol. 42, pp. 1182-88. 10. M. GREGER, M. WIDOMSKÁ: Structural characteristics Magnesium Alloys along of the Equal Channel Angular Pressing, In Advances in Engineering Plasticity and its Applications. Shanghai: Shanghai Jiaong University, 2004, pp. 1083-88. 11. Y N. WANG, J. C. HUANG: Scripta Mater, 2003, vol. 48, pp. 17-22. 12. C.S. ROBERTS: Magnesium and alloys, Whilei, New York, 1960. 13. P. K. CHAUDHURY, F. A. MOHAMED: Acta Metall., 1988, vol. 36, pp. 1099-106. 14. M. GREGER, L. ČÍŽEK, M. WIDOMSKÁ, A. KIELBUS, A. HERNAS: Forming of magnesium alloys. In Nowe technologie i materialy w metalurgii i inženyrii materialowej. Katowice: Politechnika Slaska, 2004, pp. 141-44. 15. E.F. EMLEY: Principles of magnesium technology. Pergamon Press, Oxford, London, 1966. 16. G. SIEBEL: Technology and its alloys. (Ed. Beck), Hughnes, London, 1940. 17. R. C. GIFKINS: Metal. Trans. A, 1976, vol. 7A, pp. 1225-35. 18. R. BARTEČEK, M. GREGER: Slitiny hořčíku a jejich využití v automobilovém průmyslu. Kovárenství, 2007, 29, s. 4-8. 19. M. GREGER, R. KOCICH, L. ČÍŽEK: Forging and Rolling of Magnesium Alloys AZ61. Journal of Archievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2005, vol. 20, is. 1-2, pp. 447-50. 11

20. M. GREGER, Z., MUSKALSKI, M. WIDOMSKÁ : Grain refinemet and superplasticity in magnesium alloys. In NANO 06. VUT Brno, Brno 2006, pp. 135-141. 21. M. GREGER, R. KOCICH, L. KANDER: superplasticity of magnesium alloys. Acta Metallurgica Slovaca, 12, 2006, no.4, pp.3057-365. 22. L. JÍLEK, M. GREGER, V. KARAS, M. VLČEK, V. SNÁŠEL: Tváření hořčíkových slitin. Kovárenství, 2008, 31, s. 24-28. 23. M. GREGER, R. KOCICH, L. ČÍŽEK, L. A. DOBRZANSKI, I. JUŘIČKA: Mechanical properties and microstructure of Mg-A1 alloys after forming. In CAM3S 2005. Zakopane: TU Gliwice, 2005, pp. 370-75. 24. M. GREGER, V. KARAS, M. VLČEK, L. KANDER: Tvařitelnost Mg slitin: Kovárenství, 2008, 31, s.20-23. 12