Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody

Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.1/28 zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Plastometrický výzkum deformačního chování řízeně tvářených materiálů Ing. Josef Bořuta, CSc., Ing. Petra Gembalová, Ing. Daniel Omacht, Aleš Bořuta, Zdeněk Kubánek, VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj, spol. s r. o. Ing. Tomáš Kubina, PhD., Prof. Ing. Ivo Schindler, CSc., FMMI VŠB Technická univerzita Ostrava Kontinuální a přerušované krutové zkoušky jsou často využívané pro určení deformačních charakteristik. Pro výzkum těchto parametrů lze využít univerzální plastometr SETARAM-VÍTKOVICE, který je ve společnosti VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj. Tento zmodernizovaný počítačově řízený plastometr patří mezi univerzální zařízení, na kterém lze kromě běžných krutových zkoušek provádět například i namáhání čistou torzí, torzí s přídavným tahem, čistým tahem a nebo také tlakem. Je zde uvedena řada příkladů využití tohoto univerzálního zařízení. 1. Úvod V souvislosti s celosvětovým trendem v oblasti metalurgie se zvyšují nároky na užitné vlastnosti ocelí a je snaha snižovat výrobní náklady na minimum zejména z hlediska energetického, ekologického i ekonomického. Také nároky na tvářené výrobky neustále vzrůstají, proto je důležité získávat nové poznatky o vlastnostech tvářené oceli). Pro stanovení deformačních charakteristik se nejčastěji používají krutové zkoušky, a to spojité nebo přerušované. Ke zkoumání těchto parametrů lze použít plastometr SETARAM-VÍTKOVICE, který je ve Výzkumu tváření ve společnosti VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj, spol. s r. o. již řadu let úspěšně provozován. Tento moderní, počítačem řízený plastometr patří mezi univerzální zařízení, umožňuje provádět nejen zkoušky kroucením, ale i s přídavným tahem, čistým tahem a nejnověji i tlakové zkoušky. Výsledky zkoušení poskytují řadu užitečných dat pro modelování tvářecích procesů [1,2]. Tabulka I Chemické složení ocelí vybrané podstatné prvky (hm. %) Table I Chemical composition of steel selected important elements (weight%) Ocel C Mn Cr Ni Ti X6CrNiTi18-,7 1,39 18,2 1,3,48 1 11 523Nb,16 1,36 - - - IF ocel,5,19 - -,7 Dynamo ocel,8,4 - - - X6CrNiTi18-1 Si P S Al Nb,73,22,7 - - 11 523Nb,2,8,15,37,3 IF ocel,8,9,7,27 - Dynamo ocel,6,12,5,3 - Příspěvek přináší některé zajímavé příklady využití tohoto univerzálního plastometru z oblasti výzkumu optimálních podmínek tváření různých materiálů. Chemické složení ocelí, které byly vybrány jako příklady využití jsou uvedeny v Tab. 1. Kromě materiálů ocelových jsou dále prezentovány i ukázky deformačních chování neželezných materiálů a to čisté mědi a mosazi typu Ms7. 2. Univerzální plastometr SETARAM- VÍTKOVICE V plastometrické laboratoři firmy VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj, spol. s r. o. je již řadu let v provozu unikátní zařízení univerzální plastometr SETARAM- VÍTKOVICE. 8

Hutnické listy č.1/28 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Obr. 1 Univerzální plastometr SETARAM-VÍTKOVICE. Fig. 1 Universal plastometer SETARAM - VÍTKOVICE Toto zařízení umožňuje v rámci širokého intervalu teplot (3 16 C) provádět dva základní druhy experimentů. K tomuto rozpětí teplot se používají dva pyrometry. Jednoduchá kontinuální zkouška slouží k získání základních informací o zkoušeném materiálu a to jednak zjištění deformačního chování tvařitelnosti a jednak výzkum deformačních odporů ocelí, resp. kovů obecně. U této zkoušky je možno volit možnost mezi kroucením až do úplného vyčerpání tvařitelnosti lomu či tuto zkoušku dle uvážení obsluhy zastavit v předem stanoveném počtu zkrutů. Druhý typ experimentu je tzv. zkouška přerušovaná. Ta se skládá z postupně za sebou jdoucích úběrů, v nichž u každého z nich je možnost měnit jednotlivé parametry jako teplota, rychlost kroucení, doba deformace a čas mezi jednotlivými úběry. Tyto parametry značně ovlivňují průběh experimentu a mohou se měnit v průběhu zkoušení všechny či jen jejich část. Dále se na univerzálním plastometru SETARAM- VÍTKOVICE již řadu let s úspěchem využívá také možnost tahové zkoušky za pomocí přídavného zařízení, jenž bylo v průběhu používání vyvinuto pracovníky této firmy. Hlavními výhodami univerzálního plastometru SETARAM-VÍTKOVICE jsou možnosti simulace válcovacích procesů v laboratorních podmínkách s nízkými náklady a s tím spojenými i riziky. K tomuto se převážně využívá funkcí přerušované zkoušky. Plastometr SETARAM-VÍTKOVICE má možnost měnit rychlost deformace v rozpětí 4 řádů cca (1 4 až 1 s -1 ). Zkoušky, ať už se jedná o kontinuální či přerušovanou, se mohou po ukončení experimentu nechat buďto volně vychladit na vzduchu, či zakalit vodou pro následné metalografické zhodnocení. Mezi dva základní typy vzorků v praxi používaných patří vzorky o rozměru deformované části 6x1 mm nebo 6x5 mm obrázek 2. Obr. 2 Rozměry zkušebních tyčí. Fig. 2 Dimensions of test rods Univerzální plastometr SETARAM-VÍTKOVICE je řízen pomocí moderního počítačového vybavení, je v současné době vybaven zcela novými zesilovači firmy KISTLER. V roce 26 proběhla jeho celková renovace, jmenujme například dovybavení klimatizací pro udržení reprezentativních podmínek. Univerzální plastometr SETARAM-VÍTKOVICE je řízen pomocí unikátního software, jenž je vyvíjen zcela ve vlastní režii za spolupůsobení technika, čímž je dosaženo optimálního ovládání dle požadavků obsluhy a je zde možnost pružně reagovat na případné nedostatky a především vylepšení daného software. V roce 27 bylo nutno přistoupit k neméně důležité a obtížné práci a to přizpůsobit, resp. takřka nově vyvinout software, který by umožňoval provedené úpravy kvalitně zúročit. Pro tým pracovníků, který se skládal z hlavního programátora Ing. Daniela Omachta, Zdeňka Kubánka, jenž hrál neméně důležitou roli v oblasti stránky technické a v neposlední řadě také technického pracovníka Aleše Bořutu, který vše koordinoval a zajišťoval. Koncem roku 27 byla dokončena další část softwaru, který umožňuje provádět experimenty pomalým kroucením do roztavení zkoušky (indikuje nulový kroutící moment) s následným tuhnutím a tím stoupáním kroutícího momentu zkušební tyč viz. obrázek 3. Zde je možnost zkoumat maximální teplotu solidu, resp. minimální teplotu likvidu daného materiálu. 81

Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.1/28 Obr. 3 Zkušební tyč pro zkoušky roztavení s následným tuhnutím. Fig. 3 Test rod for melting tests with subsequent solidification Vývoj řídícího software se skládal z úpravy prvotního korpusu programového vybavení, jenž byl přebrán ze starší fáze řízení univerzálního plastometru SETARAM- VÍTKOVICE. Brzy se však ukázalo, že tato fáze je obtížnější než si celý tým původně představoval. Vzhledem k velkým odlišnostem původního řízení pomocí PC a renovovaného řízení, bylo brzy nutno zasahovat nejen do interface, ale v podstatě šlo o celkové předělání programů, ze kterých zůstal jen výchozí design. Pro více možných snímaných parametrů a především k podstatnému zrychlení snímaných dat bylo nutno zásadním způsobem změnit jádro databázového systému, kde jsou všechna data ukládána. Toto s sebou ovšem přineslo řadu programátorských i uživatelských nepříjemností, z nichž největší spočívala v natolik zásadní odlišnosti řízení, že již nebylo možno použít nově vytvářený program pro starší zkoušky. V této fázi byl vytvořen meziprogram, který umožňoval uživateli starší zkoušky otevřít. Nové programové vybavení s sebou přineslo ovšem řadu zásadních vylepšení, jmenujme například možnost vyhlazení naměřených dat ke spokojenosti uživatele. Se změnou snímání dat, čímž bylo jak jest výše uvedeno dosaženo rychlejší frekvence, bylo také možno lépe vyhodnocovat naměřená data u superrychlých zkoušek (například u špatně tvařitelných nástrojových ocelí, resp. u jakýchkoli zkoušek přerušovaných ve velmi krátkých časových intervalech). je možno zafixovat rychlým ochlazením vodou, je možno velmi efektivně studovat hrubnutí struktury, ke kterému při ohřevu dochází. Kromě velikosti zrna se dá dobře analyzovat i oblast strukturních změn. Například při výzkumu austenitické oceli X6CrNiTi18-1, pro válcování pásů se zjistilo, že při teplotách nad 125 C se již dostáváme do oblasti δ-feritu, který by při následném válcování způsobil výrazné snížení tvařitelnosti, již takto hůře tvařitelné oceli. Je zajímavé, že hrubnutí austenitického zrna se stoupající teplotou bylo poměrně monotónní, až do oblasti výskytu feritu [3], zatímco u nízkolegovaných ocelí je funkce výrazně exponenciální při vysokých teplotách kolem 13 C. Příklady struktur po deformaci kroucením za tepla až do lomu u jiného typu vysokolegované oceli ocel typu SA19a, jsou v následujících obrázcích 4 a 5. Zde naopak je účinek stoupajícího obsahu feritu se stoupající teplotou příčinou zvýšené tvařitelnosti za tepla. Obr. 4 Vzorek DK 15, T d 125 C/5 min, kaleno. Heterogenní deformovaná struktura, dutiny u povrchu jako iniciace lomu, souvisí s austenitem Fig. 4 Sample DK 15, Td125 ºC/5min., quenched. Heterogeneous deformed structure, cavities near the surface as initiation of fracture, connected with austenite Celkově lze zhodnotit, že kooperující tým již v roce 27 dosáhl značného vylepšení stávajícího experimentálního zařízení, čímž se významným způsobem zlepšila jeho užitná hodnota. Je přirozené, že postupně musí docházet ke kvalitativně novému vývoji ovládacích programů při tvorbě nové metodiky zkoušení, sběru dat, jejich vyhodnocování a zejména také nadstavbového vyhodnocování souborů zkoušení charakteristik deformačního chování v podmínkách variací parametrů a fyzikálních simulací procesů strukturně řízeného tváření. 3. Studium parametrů ohřevů U každého procesu tváření za tepla je důležitou operací již samotný ohřev. Kromě snížení deformačních odporů pro následné tváření, se při ohřevu v závislosti na jeho parametrech, zejména teplotě ohřevu, dosáhne rovněž nastavení výchozí struktury. Protože na plastometru je měření teploty velmi přesné a dosažený strukturní stav 82 Obr. 5 Vzorek DK 11, T d 1325 C/3 min, kaleno. Téměř homogenní polygonální struktura uzdraveného feritu, austenit již minoritní. Fig. 5 Sample DK 11, Td 1325 ºC/3 min., quenched. Almost homogenous polygonal structure of recovered ferrite, austenite is already in minority.

Hutnické listy č.1/28 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody 4. Plastometrické studium deformačního chování při tváření ocelí Pro analýzy deformačního chování při tváření za tepla jsou využívány plastometrické záznamy zatěžovacích křivek buďto přímo, jako závislost momentu na počtu zkrutů (otáček), anebo po přepočtu na deformační napětí a deformaci. V následujícím obrázku 6 je schéma interpretace těchto závislostí. Pro zjednodušený popis kinetiky dynamické rekrystalizace, která sehrává dominantní roli v přípravných pořadích TŠP tratí, resp. ve vysokoteplotních oblastech tváření, se právě výsledky z torzních plastometrů nejčastěji využívají. b počátky RD deformace 3 otáčky Zbývá dodat, že na postdynamické procesy má právě případné uplatnění dynamické rekrystalizace významný dopad. V místech, kde před mezipauzou již dynamická rekrystalizace proběhla, začne probíhat velmi rychlá rekrystalizace metadynamická. pouze uzdravení jeden pík dynamická rekrystalizace cyklické chování Obr. 6 Příklad závislosti napětí deformace používané pro hodnocení dynamické rekrystalizace Fig. 6 Example of dependence strain deformation used for evaluation of dynamic re-crystallisation Takto, nebude-li dosaženo úplného průběhu dynamické rekrystalizace, může snadno dojít k heterogenitám a degradaci vlastností. Proto je žádoucí, aby zejména před delšími technologickými mezipauzami bylo dosaženo homogenní struktury. Pokud bude velikost deformace menší než ess, ale větší než ep, bude v mezipauze docházet k nerovnoměrnému růstu zrna a nežádoucí degradaci struktury. Příklady mikrostruktur plastometricky exponovaných vzorků, přerušených se zafixováním dosaženého strukturního stavu jsou v následujícím obrázku 7. c dosažení ustáleného toku (ss), deformace 1 otáček Obr. 7 Struktura vzorků tvářených na plastometru, teplota předehřevu 125 C, teplota deformace 12 C, rychlost deformace 16 ot/min (,4 s-1). Fig. 7 Structure of samples formed on the plastometer, pre-heating temperature 125 ºC, deformation temperature 12 ºC, strain rate 16 rev./min. (.4 s-1). a condition prior to start of RD deformation 2 revolutions b start of RD deformation 3 revolutions c achievement of stabilised flow (ss), deformation 1 revolutions Vzorky o rozměru φ 6x5 mm byly předehřáty na teplotu 125 C, která ještě garantuje jednofázovou strukturu [3], a podrobeny krutovým zkouškám při teplotě 12 C a rychlosti 16 ot/min (,4 s-1). Při těchto parametrech byla provedena kontinuální zkouška do lomu a získána křivka M = f(n), kde M je kroutící moment, N počet otáček. Tato křivka se dále přepočítá na křivku σ - ε (obr. 6). Na základě průběhu křivky M = f(n) byly dále provedeny zkoušky přerušené po 2, 3 a 1 otáčkách. Všechny vzorky byly po deformaci ihned ochlazeny ve vodě za účelem fixace struktury pro následnou metalografickou analýzu. Metalografické hodnocení provedené J. Pechmanovou [4] a měření tvrdostí bylo provedeno v podélném řezu střední části zkušební tyče, který odpovídá reprezentativnímu poloměru. Ten je ve 2/3R, kde R je poloměr zkušební tyče. a stav před zahájením RD deformace 2 otáčky Při našich výzkumech nejrůznějších materiálů stanovujeme zpravidla funkce dynamické rekrystalizace. Ze spojitých krutových zkoušek do lomu lze vyhodnotit charakteristiky dynamické rekrystalizace a to pomocí jejího počátku, který je definován napěťovým píkem. Tyto hodnoty slouží jako vstupní data pro stanovení aktivační energie. Je to důležitá materiálová konstanta zejména pro popis kinetiky 83

Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.1/28 dynamické rekrystalizace a křivek napětí-deformace u nepřerušované deformace. Aktivační energie je velmi citlivá na změny chemického složení a mikrostrukturu za tepla tvářeného materiálu. Hodnotu aktivační energie lze vypočíst ze vztahu [1]: Q e = C exp R T [ sinh( α σ )] n & (1) max kde ė je deformační rychlost (s -1 ); C (s -1 ), α (MPa -1 ) a n jsou materiálové konstanty, R = 8,314 J.mol -1.K -1 ; T (K) je deformační teplota, σ max (MPa) je maximální deformační napětí. Pro nízké hodnoty napětí (tj. pro vysoké teploty) může být rovnice (1) převedena na vztah: Q e = C1 exp σ R T & (2) n max a pro vysoké hodnoty napětí (tj. pro nízké teploty) na vztah: Q = C2 exp exp R T ( β σ ) e& (3) max kde C 1, C 2, n a β jsou konstanty; důležitá je konstanta β, pomocí které lze získat hodnotu α: β α = (4) n Pro popis křivek napětí-deformace slouží vztah (5), který souvisí se Zener-Hollomonovým parametrem [1, 2]: W e = u Z (5) p Tato rovnice má význam pro stanovení kinetiky dynamické rekrystalizace. Zener-Hollomonův parametr je v podstatě teplotně-kompenzovaná rychlost deformace a stanoví se podle následujícího vztahu: Q Z = e exp R T & (6) V současné době používáme ke stanovení aktivační energie při tváření za tepla i dalších materiálových konstant pro popis počátku dynamické rekrystalizace software ENERGY 3., který je založen na principu vícenásobné lineární regrese. Stanovení aktivační energie pomocí novější verze programu ENERGY 4. je rozdělaná do dvou fázi. Nejprve jsou experimentální data postupně zpracována za použití částečných lineárních regresí. V této fázi dojde k eliminaci rozptylu vstupních dat a rozpoznání případné fázové transformace (tato část je víceméně stejná jako u staršího software ENERGY 3.). Následně jsou takto upravené konstanty vyhlazeny automaticky pomocí nelineární regrese (simplexního algoritmu), která zahrnuje dvě navzájem nezávislé proměnné teplotu a rychlost deformace [5]. Tabulka II Vybrané konstanty pro popis kinetiky dynamické rekrystalizace Table II Selected constants for description of kinetics of dynamic recrystallisation Ocel 11523 Nb XCrNiTi 18 1 V4 Manual Autom. Q (J.mol -1 ) 44 11 458 82 451 28 414 29 n 5,97 4,4 6,15 5,7498 α (MPa -1 ),1177,1141,732,65 C (s -1 6,77. 1,75. 1,43. 1,26. ) 1 15 1 16 1 17 1 16 U,161 2,16578,379,426 V tabulce II jsou uvedeny stanovené hodnoty pomocí ENERGY 3. (V4) a ENERGY 4. Manual (= lineární regrese), Automatic (= simplexní algoritmus) pro austenitickou ocel XCrNiTi 18-1. Na obrázku 8 je porovnání výpočtu píkového napětí v závislosti na teplotě deformace pro různé rychlosti deformace. Z hlediska napětí na píku (tj. maximálního napětí), jsou získané výsledky ze staršího (V4) i novějšího software porovnatelné hlavně s režimem Manual, protože jsou založené na vícenásobných lineárních regresích. Režim Automatic pracuje s dále upravenými a eliminovanými vstupními daty na principu nelineární regrese a to z důvodů např. možné fázové transformace při nižších teplotách. Toto konečný zjemňující výpočet výrazně zlepšuje stabilitu i rychlost výpočtu. V tom případě pak výpočet zahrnuje hodnotu Q jen jako jednu z materiálových konstant v rovnici (1). Proto je fyzikální smysl aktivační energie zanedbán, ale shoda mezi experimentálními a matematicky stanovenými daty (e p, σ max ) může skutečně být maximalizována [5]. σ p (MPa) 4 35 3 25 2 15 1 5 manual automatic V4 1 s -1 1 s -1 1 s -1 85 95 15 115 125 T d ( C) Obr. 8 Závislost kritického napětí na píku σ p - počátku dynamické rekrystalizace na teplotě při různých hodnotách rychlosti deformace (1, 1 a 1 s -1 ) - ocel XCrNiTi 18-1 Fig. 8 Dependence of critical stress at the peak σ p the beginning of dynamic re-crystallisation on temperature at various values of strain rate (1, 1 and 1 s -1 ) steel XCrNiTi 18-1 Příklady závislosti kritické deformace počátku dynamické rekrystalizace e p na teplotě pro tři rozdílné deformační rychlosti (1, 1 a 1 s -1 ) pro mikrolegovanou ocel 11 523Nb je uveden na obrázku 9, 84

Hutnické listy č.1/28 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody hodnoty stanovené pomocí programu ENERGY 3. jsou uvedeny v Tabulce I. e p [-] 2,4 2,2 2, 1,8 1,6 1,4 1,2 1,,8,6,4,2 1 s -1 1 s -1 1 s -1, 75 85 95 15 115 T [ C] Obr. 9 Závislost kritické deformace počátku dynamické rekrystalizace e p na teplotě pro tři rozdílné deformační rychlosti (1, 1 a 1 s -1 ) pro mikrolegovanou ocel 11 523Nb Fig. 9 Dependence of critical deformation of the beginning of dynamic re-crystallisation e p on temperature for three different strain rates (1, 1 and 1 s -1 ) for micro-alloyed steel 11 523Nb 5. Využití plastometrických výsledků při válcování ocelových pásů za tepla Přenos plastometrických výsledků do skutečných válcovacích procesů se uskutečňuje pomocí modelů predikce deformačního odporu. Na základě znalostí termodynamických hodnot (teplota, deformace, deformační rychlost) se popisuje hlavní napětí. Modely mohou být využívány v systému řízení válcovací stolice, ale také v softwaru při programování pomocí metody konečných prvků. V naší praxi často počítáme s materiálovými konstantami podle následujících 4 modelů: D ε C 1 B ε T + 273,15 σ = A ε exp B & ε exp( F ( T + 273,15) ) dε ε ε p (7) σ = A exp ( B ( T 1) ) exp( C ( ε,1) ) ( 1 ε ) D (, 1 & ε ) E (8) σ = A Q m n exp (9) R ( T + 273,15) m1 m2 m3 ( T + 273,15) ε & ε ε & ε σ = A (1) kde T je teplota ve C a A, Q, m, n, m 1, m 2, m 3, B, C, D, E, F jsou materiálové konstanty. Nejvhodnější je model v rovnici (7) v širokém rozsahu deformací a je výsledkem dlouhodobé spolupráce s Prof. I. Schindlerem z VŠB-TU Ostrava [1]. Pojem zpevňování a změkčování zajišťuje přesnou predikci napětí v oblasti deformace ovlivněné dynamickou rekrystalizací. Její komplikovaná formulace je také nevýhodou pro využití ve skutečném řízení válcoven. Modifikovaná Hensel-Spittelova rovnice (8) je hojně využívaným vztahem a je jednou z rovnic v řídícím systému válcovny KVARTO 3,5 VÍTKOVICE Steel. Nevýhoda této rovnice je v exponentu deformační rychlosti, který je konstantní. To je ve vyjádření běžnou znalostí, kde exponent rychlosti deformace roste s teplotou. Rovnice (9) a (1) jsou použité pro hodnotu deformace e <,4, kde je dostatečný popis zpevňování materiálu. Materiálové konstanty jsou vypočteny pomocí regresí, v případě rovnice (7) nelineárními regresemi. Lineární regrese je postačující metodou pro další modely (8) (1). Pro skutečné podmínky válcování musí být hlavní napětí přepočteno na válcovací sílu F v pomocí rovnice: F v = σ Q S (11) Fv kde Q Fv je válcovací faktor a S je vodorovný průmět doteku povrchu mezi materiálem a válcem. 6. Vymezení platností modelů metoda anizotermické přerušované zkoušky kroucením Platnost modelů je vždy omezená a značně důležitou roli sehrávají vhodně stanovené okrajové podmínky. Také v této oblasti máme vyvinutý osvědčený [6] způsob provedení tzv. anizotermické přerušované zkoušky (APZ). Při této zkoušce se nemění velikosti deformace, rychlosti deformace ani časy mezideformačních přestávek a plynule se mění jen teplota deformace. σ [MPa] 14 12 1 8 6 4 2 226 / 2 (F/2) - DYNAMO 1142 C 113 C 194 C 115 C 975 C 156 C 934 C 893 C 863 C 825 C 792 C 76 C,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 Se [-] Obr. 1 Závislost deformačních napětí (PDO) na intenzitě deformace při anizotermické přerušované zkoušce vzorků z DYNAMO oceli po předchozím ohřevu na teplotu 115 C Fig. 1 Dependence of flow stress (PDO) on deformation intensity at anisothermal discontinuous test of samples made of dynamo steel after previous heating to the temperature of 115 ºC Z obrázku 1 je zřejmé, že v průběhu klesající teploty při postupné deformaci dochází ke změnám struktury, které výrazně mění deformační chování. V daném případě se jedná o dynamo ocel a pokles deformačních křivek mezi teplotou 115 C až 863 C souvisí s rychlou, deformačně indukovanou fázovou transformací γ-α. 85

Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.1/28 Fig. 12 Dependence of stress on deformation intensity at simulation of rolling of bands at wide hot-strip mill T SP 17 from IF steel with us of procedure for the IF steel US STEEl. Simulation was preceded by heating 124 C/1-12 C/1. Intensity of strain rate was approx..45 s-1. The sample was after the last deformation cooled down by water (Q). Obr. 11 Závislost středních deformačních napětí (SPDO) na teplotě (deformace ε =.25, ε& =.5 s -1, mezipauzy 1 s) různých typů ocelí v oblasti austenitu a ve dvoufázové oblasti po předehřevu 12 C/1 1 C/1. Fig. 11 Dependence of mean flow stress (SPDO) on temperature (deformation, ε =.25, ε& =.5 s -1, intermediate stops 1 s) of various types of steel in the zone of austenite and in the two-phase zone after pre-heating 12 C/1 1 C/1. V minulosti jsme touto metodou identifikovali strukturní stavy a deformační chování celé řady ocelí. Pro možnost dobrého porovnání výsledků byly sestrojeny závislostí středních hodnot deformačních napětí na teplotě deformace viz. obr. 11. Výhodou této zkoušky je i zohlednění účinku deformačního procesu na změny struktury a získávání charakteristik tzv. dynamických bodů přeměn, což má značný význam při vývoji moderních technologií řízeného tváření nejrůznějších typů materiálů. 7. Příklad plastometrické simulace válcování Je známo, že plastometrická simulace technologických procesů tváření dává cenné informace pro optimalizaci stávajících, resp. i vývoj nových technologických procesů tváření. Také v oblasti výroby ocelových pásů, jsme prostřednictvím našeho plastometru, nasimulovali již několik materiálů a to pro podmínky válcování na TŠP 17 v Košicích. σ [MPa] 15 12 9 6 3 226 / 49 FF/5 - IF ocel 1197 C 115 C 1121 C 168 C 199 C 132 C 945 C 96 C 881 C 865 C 859 C 855 C,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, Se [-] Obr. 12 Závislost napětí na intenzitě deformace při simulaci válcování pásů na TŠP 17 z IF oceli režimem pro IF ocel US STEEL. Simulaci předcházel ohřev 124 C/1-12 C/1. Intenzita rychlosti deformace byla cca,45 s -1. Po poslední deformaci byl vzorek ochlazen vodou (Q). V obr. 12 je příklad výsledku plastometrického studia nízkoteplotní varianty válcování pásů z IF oceli pro podmínky TŠP 17 v Košicích. Je zřejmé, že v celém úseku předválcovacího pořadí se uplatňuje dynamická rekrystalizace, zatímco po mezipauze, po snížení teplot na 945 C, je to již jen rekrystalizace statická. V závěrečných třech průchodech byla nastartována velmi rychlá fázová transformace. Velikosti deformací i časy mezideformačních přestávek odpovídají reálným podmínkám TŠP. Vliv snížené deformační rychlosti se řeší přes stanovení zde popsaných modelů, resp. jako v [7]. Na dalším obrázku 13 je porovnání anizotermické přerušované zkoušky z mosazi a mědi; rozměry vzorků 6x5 mm; 85 C/5 ; 16 ot/min; deformace,56 s; pauza 1 s; volné chlazení. σ (MPa) 6 5 4 3 2 1 85 84 828 818 Mosaz Ms7 89 8 792 851 841 831 822 811 81 793,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2 e (-) Obr. 13 Porovnání Cu a mosazi Fig. 13 Comparison of copper and brass.. 8. Závěr 782 768 759 783 764 758 Měď o Zvládnutí optimální výrobní technologie ocelových pásů znamená prakticky realizovat nejnovější fyzikálně-metalurgické poznatky při znalosti mezních parametrů tváření s jejich aplikací na výrobní procesy. o Reprodukovatelné, přesně definované podmínky plastometrické fyzikální simulace velmi různorodých procesů tváření s následnou metalografickou, resp. i fraktografickou analýzou vysokoteplotních strukturních stavů, umožňují integraci historie procesu i jeho diferencování v důležitých charakteristických stavech. Takto lze nejen efektivním způsobem, ale i na vědeckém základě vyvíjet či optimalizovat proces tváření nejrůznějších materiálů. o Pro fyzikální modelování tváření kovů a experimentální studium strukturotvorných procesů, při výzkumu zákonitostí jejich plastické deformace i při vývoji nových, resp. optimalizaci stávajících 86

Hutnické listy č.1/28 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody technologií tváření nejrůznějších materiálů a výrobků, lze velmi efektivně využít možnosti univerzálního, původně jen torzního plastometru SETARAM VÍTKOVICE, který je řadu let úspěšně provozován v plastometrické laboratoři Výzkumu tváření, ve VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, spol. s r.o. Ostrava. o V posledním období proběhla rozsáhlá modernizace plastometru, zejména v oblasti jeho řízení, je to přechod ke kompatibilnímu PC ovládání. Plastometr byl také dovybaven dalším pyrometrem, díky kterému lze zkoušet i materiály s nižšími teplotami deformace. Na modernizovaném univerzálním plastometru SETARAM-VÍTKOVICE lze tedy provádět: - krutové zkoušky kontinuální nebo přerušované, tahové zkoušky, zkoušky kroucením s přídavným tahem a nově i zkoušky tlakem, - různé variace teploty (v rozmezí cca 3 C až do teploty roztavení oceli) a rychlosti deformace (v řádech 1-4 až 1 s-1) a lze také podchytit vliv stavu napjatosti, - z výsledků zkoušek tvařitelnosti aplikaci na technologické procesy tváření za tepla, - z výsledků zkoušek analýzy deformačního chování, zejména stanovení mezní tvařitelnosti a přirozených deformačních odporů (PDO) v závislosti na tvářecích teplotách a rychlosti deformace, resp. na celé historií tvářecího procesu, - z výsledků zkoušek analýzy deformačního chování v podmínkách anizotermické přerušované deformace (APZ), za účelem stanovení oblasti monotónního a skokového působení změn deformačních teplot na PDO a stanovení tzv. dynamických bodů přeměn. Poděkování: Tento příspěvek byl vypracován za finančního přispění MŠMT v rámci programu Výzkumného záměru č. MSM 258 78 71 a č. MSM 61989115. Literatura [1] SCHINDLER, I.; BOŘUTA, J.: Utilization potentialities of the torsion plastometer, ed. Department of Mechanics and Metal Forming Silesian Technical University, ISBN 83-91722--7, Katowice 1998, 16 s. [2] BOŘUTA, J.; GEMBALOVÁ, P.; JÍLEK, L.; KUBINA, T.; RUSZ, S. History and present days of Materials Forming Research in VITKOVICE. In HADASIK, E.; SCHINDLER, I. (eds). Plasticity of Metallic Materials, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 24, s. 95 142. ISBN 83-7335-197-3. [3] PECHMANOVÁ, J. a kol.: Metallographic and Plastometric Evaluation of Dynamic Recrystallization of Austenitic Steel X6CrNiTi18-1. In CO-MA-TECH, [CD-ROM.Trnava: STU Mtf, 26]. [4] PECHMANOVÁ, J.: Experimentální modelování plastické deformace austenitické oceli X6CrNiTi18-1, in TECHNAT, Svitavy 25. [5] SCHINDLER, I.; PODSTUVKA, D.; BOŘUTA, J.: A new software for determination of the activation energy at hot forming. In: CO-MAT-TECH 23. STU Bratislava. Trnava 23, s. 925-93. [6] KOVÁČ, F., DZUBINSKY, M., BOŘUTA, J.: Prediction of low carbon steel behaviour under hot rolling service conditions, In Acta Materialia, vol.51, 23, s. 181 188. [7] SOVÁKOVÁ, I.; BOŘUTA, J.; KOVÁČ, F.: Modelovanie valcovania hlubokotažných ocelí v dvojfázovém oblasti, in OCELOVÉ PÁSY 96, Opava, 17. 19. 9. 1996, s. 148 153. Recenze: Prof. Ing. Jiří Kliber, CSc. 15. mezinárodní vědecká konference na téma PLASTICITA MATERIÁLŮ Brno, Česká republika 1. 9. 13. 9. 28 www.fmm.vsb.cz/forming28 87