Precipitační vytvrzování
Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci © Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007
Základní schema procesů
Základní schema vytvrzování
1906 – německý inženýr Wilm – patent na dural (Al - Cu – Mg)
Mechanizmy zpevnění Koherentní precipitát – brždění dislokací napěťovým polem. Nekoherentní precipitát :
Postup rozpadu
Druhy precipitátu
Vznik různých druhů precipitátu
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
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.
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 oC. TEM, 23 000 x.
Vliv teploty stárnutí
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
Vytvrzování slitin hliníku
Systém Al - Cu
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 – Al2Cu úplná ztráta koherence, přestárnutí
Průběh zpevnění v systému Al - Cu
Různé mechanizmy precipitace systém Al - Cu
Vzhled a rozložení precipitátů
Precipitace hliníkové slitiny Optimální hodnoty
Vliv teploty stárnutí – urychluje precipitaci i koagulaci precipitátu
Změna vlastností vytvrzením Slitina
TiCu- AlAl-Mg- AlMg-AlAl-V Be Cu-Mg Zn Si-Mg Zn-Mn
Přírůstek meze pevnosti
72 %
160 50 % %
70 %
20 %
2%
Přírůstek meze kluzu
80 %
---
170 %
90 %
40 %
80 %
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 oC/2hod + 700 oC/10hod proti jednostupňovému 700 oC/200hod Stárnutí pod napětím – Be bronz – vytváří výhodnou texturu
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 oC)
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 oC, nutno přesně dodržet. Vlastně náhrada rozpouštěcího žíhání, nelze-li je již použít.
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 1.4542, X5CrNiCuNb16-4, 17-4 PH : 0,04 C, 17 Cr, 4,5 Ni, 3,3 Cu, 0,7 Mn, 0,3 Nb Ekvivalenty : Cr = 16 – 18 %, 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 = 16 – 18 %, Ni = 23 – 27 %
PH oceli v diagramu
Maraging – vytvrzování AISI 630
Maraging ocel - vlastnosti Vlastnost : Tvrdost HRc El. modul (GPa) Tažnost (%) Mez pevnosti (MPa) Mez kluzu (MPa)
Výchozí stav 25 193 6 970 890
Vytvrzení H900 38 193 7,5 1170 1100
Vytvrzení H1150 33 193 8 1030 980
H900 – optimální pevnost, stárnutí 480 oC, 1 hodina H1150 – optimální houževnatost, stárnutí 620 oC, 4 hodiny Toto je teplota rozpouštěcího žíhání ve Fahrenheitech
Maraging ocel - pevnost
Ausaging, nevytvrzeno
Ausaging – nevytvrzeno tváření za studena
Ausaging, vytvrzování
Ausaging vytvrzeno - tečení
Ausaging vytvrzeno - lom
