UTILIZATION FORGED PIECES FROM MAGNESIUM ALLOYS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________

VÝUŽITÍ VÝKOVKŮ Z HOŘČÍKOVÝCH SLITIN V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU UTILIZATION FORGED PIECES FROM MAGNESIUM ALLOYS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY Miroslav Gregera Vlastimil Karasb Michal Vlčekc Barbora Kuřetovád Radim Kociche a

VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, [email protected] b KOVOLIT, a.s, Kovárna, Nádražní 344, 664 42 Modřice, ČR, [email protected] c KOVOLIT, a.s, Kovárna, Nádražní 344, 664 42 Modřice, ČR, michal.vlč[email protected] d VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, [email protected] e VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, ČR, [email protected] 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

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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. 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 CO2 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 Obr. 1. Mechanické vlastnosti odlévaných a kovaných spotřebu paliva a umožní zvýšit hořčíkových slitin [4] hmotnost nákladu. Jestliže se Fig. 1. Mechanical properties of casting and forged podaří snížit hmotnost magnesium alloys [4] 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

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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 tvoří intermetalické fáze typu Obr. 2. Využití slitin hořčíku v konstrukci automobilu Mg4A13 a MgZn2. 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 (Mg2Sn). Komplexní slitiny Mg-Al-Mn dolegovaná 5% Sn mají dobrou tvařitelnost za tepla. Křemík je v hořčíku nerozpustný. Tvoří s Mg intermetalickou fázi typu Mg2Si, 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: AZ10A3

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ F, AZ31B až C-F, AZ61A-F, AZ80A-T5, M1A-F, ZC71-T6, ZK21A-F, ZK31-T5, ZK40AT5, 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

AZ31B

2,503,50

0,200,80

≥ 0,200

≤ 0,100

≤ 0,05

≤ 0,005

AZ61 AZ91 ZK60A

6,76 8,76 0,12

0,38 0,73

0,13 0,22 0,11

0,05 0,05 0,04

0,006 0,010 0,005

M1A AZ80A

-

-

≥1,20 ≥ 1,20

≤0,100 ≤ 0,100

HM21

-

-

0,451,10

-

7,809,20

4,806,20

Zr 0,0

Th -

0,011 0,011 0,003

0,0 0,0

≤0,05 ≤ 0,05

-

-

-

≤0,005

Ni

Ca

≤ 0,005

≤ 0,040

≥4,50

-

-

-

-

-

≤0,010 ≤ 0,005

≤0,300

1,502,50

-

N -

Mg 97,0

-

94,0

-

-

99,0 91,0

-

0,2

97,0

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 (Tkr ~ 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 τkr 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 τkr lze stanovit podle rovnice: τ kr = c n

(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 σ k = kr (2) m

4

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ kde m je Schmidův faktor (mmax ~ 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

3

Hustota [kg/m ] Tvrdost, HB (500 kg/10 mm) Tvrdost, HV Pevnost, [MPa] Mez kluzu, (Rp0,2), [MPa] Tažnost (A5), [ % ] Modul pružnosti v tahu (E ), [GPa] Mez kluzu v tlaku, [MPa] Poissonovo číslo Lomov8 pevnost, [MPa] Obrobitelnost [ % ] Modul pružnosti ve smyku (G), [GPa] Mez v kluzu ve smyku, [MPa] Elektrický odpor, [Ohm m/m OC] x 10-6 Měrné teplo, [J/g] Součinitel lineární roztažnosti 20OC , [µm/m oC] Součinitel lineární roztažnosti 100OC, [µm/m oC] Specifické měrné teplo, [J/g 0C] Teplotní vodivost, [W /mK] Bod tavení, [0C] Solidus, [0C] Likvidus, [ 0C] Teplota tváření, [oC] Teplota žíhání, [oC] Rekrystalizační teplota, [oC]

M1A

AZ31B

AZ80A T5

Fyzikální vlastnosti 1830 1770 1800 Mechanické vlastnosti 47,0 50,0 72 82,0 250 260 345 160 170 250 7,00 15,0 11,0 45,0 45,0 45,0 195 0,350 0,350 0,350 100 100 17,0 17,0 17,0 110 130 100 Elektrické vlastnosti 5,00 9,20 14,5

AZ80A T6

HM21AF

ZK60A T6

1800

1780

1830

72 82 340 250 5,00 45,0 185 0,350 100 100 17,0

230 140 15,0 45,0 115 0,350 17,0

75,0 85,0 325 270 11,0 45,0 170 0,350

-

-

170

14,5

5,0

6,0

100 17,0

Tepelné vlastnosti 370 340 26,0 26,0

370 26,0

370 26,0

343 26,8

315 27,0

27,0

27,0

27,2

27,0

27,0

1,00 1,00 1,05 96,0 76,0 648605/630 ≥ 427 649 648 605 490 649 630 610 Procesní vlastnosti 230320425 400 345 385 345

1,05 36,0 ≥ 427

1,0 135 605-650

1,0 120 ≥ 518

490 610

605 650

520 635

320400 385 345

455-595

-

455 -

-

27,0

Table 2. Properties of magnesium alloys for forged pieces

5

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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 Kovací teploty, oC Mechanické vlastnosti Technologické vlastnosti Slitina Výkovku Zápustky Re Rm A Svařitelnost Korozní [MPa] [MPa] [%] 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

Obr. 4. Slitina hořčíku homogenizačním žíhání

Fig. 3. Magnesium alloys AZ91 – cast state

AZ91

po

Fig. 4. Magnesium alloys AZ91 after homogenization annealing

6

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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 MgZn2, A13Mg4, Mg3A12Zn2 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 hliník - hořčík EUR/kg EUR/kg EUR (dm3) EUR 3 (dm ) Základní kov 2,4 6,5 4,3 7,7 Výchozí 0,7 1,9 2,9 až 4,3 5,2 až 7,7 polotovar Kování a 5 až 7 14,3 až 10 až 20 18 až 36 apretace 19,8 Celkové náklady 8 až 10 23 až 28 17 až 29 31 až 51 Porovnání se Al 100% 100 % 210 až 280 140 až 180 % %

Hořčík – cílová cena EUR/kg EUR (dm3) 3,6 6,5 1,4 až 2,1 2,5 až 3,7 5 až 10

9 až 18

10 až 16 120 až 160 %

18 až 28 80 až 100%

Table 4. Price relation berween forged pieces from aluminium and magnesium

7

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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)

Obr. 8. Struktura slitiny AZ61 po kování a volném ochlazování na vzduchu

Fig. 7. Original structure of AZ 61 alloy (cast state without homogenization annealing)

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)

Obr. 10. Struktura slitiny AZ91 po kování a volném ochlazování na vzduchu

Fig. 9. Original structure of AZ91 alloy (cast state without homogenization annealing)

Fig. 10. The structure of AZ91 alloy after forging and free cooling on air

9

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________

Obr. 12. Struktura slitiny AZ31 po kování a volném ochlazování na vzduchu

Obr. 11. Výchozí struktura slitiny AZ31 (Litý stav bez homogenizačního žíhání) Fig. 11. Original structure of AZ31 alloy (cast state without homogenization annealing)

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 475oC/24 h, ochlazování ve vodě a následujícího popouštění při teplotě 150 oC/1 h. [24]. 80 AZ61

Tvrdost HB

70 60

AZ91

AZ31

50 40 30 20 10 0 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

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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

METAL 2008 13. –15. 5. 2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 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