METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________
VLIV Sc A Zr NA PRECIPITAČNÍ ZPEVNĚNÍ SLITIN HLINÍKU
EFFECT OF Sc AND Zr ON THE PRECIPTATION HARDENING OF ALUMINIUM ALLOYS Vladivoj Očenášek, Margarita Slámová, Michal Kolář VÚK Panenské Břežany,s.r.o., Panenské Břežany 50, 250 70 Odolena Voda, e-mail:
[email protected]
Abstrakt Příspěvek se zabývá vlivem tepelného zpracování na strukturu a vlastnosti různých typů Al slitin legovaných Sc a Zr. Účinky legování několika málo desetin procenta Sc a Zr na strukturu, a tím i na vlastnosti, je nutné posuzovat jak z pohledu výběru typu slitiny, tak z pohledu technologických operací při výrobě. Stabilita precipitátů fáze Al3(ScxZr(1-x)) do vysokých teplot, vysoká teplota jejich rozpouštění (cca 600°C), růst precipitátů a ztráta koherence při vysokých teplotách, výrazně omezují možnosti optimálního využití precipitačního „potenciálu“ Sc a Zr. Jedná se zejména o slitiny, které vyžadují homogenizační žíhání litého materiálu nebo separátní rozpouštěcí žíhání při závěrečném tepelném zpracování. Při legování Sc a Zr do hliníkových slitin je proto třeba zvážit nutnost použití vysokoteplotního homogenizačního žíhání a vzít v úvahu, zda se jedná o slitinu vytvrzovatelnou nebo nevytvrzovatelnou. Příspěvek se zabývá srovnáním nevytvrzovatelných slitin typu Al-Sc-Zr, Al-Mg-Sc-Zr a vytvrzovatelných slitin Al-Mg-Si-Sc-Zr a Al-Zn-Mg-CuSc-Zr při sledování vlivu deformace za studena a rozpouštěcího žíhání na strukturu a vlastnosti. U všech studovaných slitin byly Sc a Zr legovány na úrovni 0,2, resp. 0,1 hm.%.
Abstract The present paper deals with the effect of thermal and mechanical treatment on the structure, mechanical and physical properties of several aluminium alloys containing a few tenths of the percent of scandium and zirconium. The effects of Sc and Zr additions on microstructure and properties should be not considered only with respect to the type of the alloy but also to processing parameters. Many factors limit the optimal exploitation of the hardening potential of Al3(ScxZr(1-x)) precipitates. They are stable up to high temperatures and dissolve only when temperatures as high as 600°C are achieved. Furthermore, the precipitates coarsen and loose their coherency at high temperatures. These drawbacks concern alloys requiring homogenisation in the as-cast condition or separate solution annealing involved in the final age-hardening treatment. When Sc and Zr are added to aluminium alloy, the necessity of high temperature homogenisation annealing should be weighted in conjunction with the fact whether it is an age-hardening alloy or not. The paper compares the effects of cold deformation and solution treatment on the microstructure and properties of the non-agehardenable alloys Al-Sc-Zr and Al-Mg-Sc-Zr with these of the age-hardenable Al-Mg-Si-ScZr and Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr alloys.
1
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 1.ÚVOD Studium slitin hliníku legovaných Sc se v současné době zabývá jak modelovými materiály, obvykle čistým hliníkem [1], tak i slitinami nevytvrditelnými, které jsou reprezentovány především slitinami typu Al-Mg (řady 5xxx) [2-5] a slitinami Al-Mn (řady 3xxx) [6]. Z vytvrzovatelných slitin jsou sledovány nejčastěji slitiny legované zinkem (řady 7xxx) [8,9] a slitiny legované lithiem [10]. Vzhledem k příznivému účinku zirkonia na stabilitu fáze Al3Sc, do slitin je obvykle legováno 0,1 až 0,2 hm.% Zr. Při současném legování Sc a Zr vzniká při rozpadu tuhého roztoku fáze Al3(ScxZr(1-x)), která je stabilní do vyšších teplot než binární fáze Al3Sc a Al3Zr. Předmětem zájmu jsou nejen zlepšené mechanické a technologické vlastnosti (svařitelnost), ale zejména stabilita struktury vůči odpevňovacím dějům (zotavení, rekrystalizace). Antirekrystalizační účinky Sc a Zr přispívají jak ke zvýšení úrovně mechanických vlastností, tak mohou výrazně potlačit vznik nehomogenních struktur při tváření za tepla nebo při tepelném zpracování (hrubozrnné rekrystalizované vrstvy). Odlišné tepelné zatížení nevytvrzovatelných a vytvrzovatelných slitin v průběhu výrobního procesu a stabilita fáze Al3(ScxZr(1-x)) do vysokých teplot vedou zákonitě k odlišnému přístupu k využití příznivých vlastností této fáze u obou typů slitin. Díky stabilitě fáze Al3(ScxZr(1-x)) do vysokých teplot nelze u vytvrzovatelných i nevytvrzovatelných typů slitin využívat v provozních podmínkách separátního rozpouštěcího žíhání k obnově tuhého roztoku Sc a Zr. Optimální teploty pro využití vytvrzujícího účinku fáze Al3(ScxZr(1-x)) se pohybují kolem 300°C [5]. Vyšší teplota vede k přestárnutí a ke zmenšení vytvrzujícího účinku. V předkládaném příspěvku jsou zpracovány výsledky hodnocení vlivu Sc a Zr na změny tvrdosti a konduktivity při stupňovitém kvazi-lineárním ohřevu (dále jen izochronní žíhání) hliníku Al99,5 (AA1050), slitiny AlMg3 (AA5754) a vytvrzovatelných slitin Al-Mg-Si (AA6082) a Al-Zn-Mg-Cu (AA7075). U Al99,5 a AlMg3 byl hodnocen litý stav a stav po válcování za studena, u vytvrzovatelných slitin byl hodnocen litý stav a stav po rozpouštěcím žíhání (dále jen RŽ). Cílem zkoušek bylo na základě měření tvrdosti a konduktivity posoudit změny, ke kterým dochází v průběhu izochronního žíhání v důsledku rozpadu tuhého roztoku legovaných prvků. Byl porovnán vliv Sc a Zr u vytvrzovatelných a nevytvrzovatelných slitin.
2. EXPERIMENTÁLNÍ MATERIÁL A PROGRAM PRACÍ Chemické složení sledovaných čtyř typů materiálů je uvedeno v Tabulce 1. V druhém sloupci této tabulky je pro každou slitinu uvedeno zjednodušené symbolické značení, které je dále použito jak v grafickém zpracování výsledků, tak v textu. Pro legování Sc byla připravena předslitina Al2Sc, Zr bylo legováno ve formě předslitiny Al10Zr. U slitin Al-Mg, Al-Mg-Si a Al-Zn-Mg-Cu byly jako vstupní materiál použity lisované tyče ze slitin AA5754, AA6082 a AA7075, v případě slitiny Al-Mg byl dolegován Mg. Všechny materiály byly odlity ve vakuové peci do kokily o rozměru 150×40×250 mm. Z odlitých bloků byly připraveny vzorky pro hodnocení litého stavu a vlivu rozpouštěcího žíhání. K dispozici nebyl pouze litý stav materiálu 1050. Rozpouštěcí žíhání slitin 6082 a 7075 proběhlo při 530°C, resp. 470°C. U nevytvrzovatelných slitin byly zkoušeny vzorky pro válcování za studena. Velikost redukce při válcování litého stavu za studena u 1050 byla 65%, u slitiny 5754 - 68%. Struktura byla hodnocena světelnou mikroskopií, změny v průběhu izochronního žíhání byly hodnoceny měřením tvrdostí HV10 a konduktivity. Konduktivita byla měřena metodou vířivých proudů sondou přikládanou na povrch vzorků. Žíhání bylo prováděno stupňovitým ohřevem v režimu 30°C/30´ (tzv. izochronní žíhání) v rozmezí teplot od 90 do 600°C. U vytvrzovatelných slitin 6082 a 7075 byla nejvyšší teplota rovna 600°C, resp. 480°C. Po vyjmutí z pece po výdrži při jednotlivých teplotách izochronního žíhání byl vzorek vždy ochlazen ve vodě. Tvrdost a konduktivita byly vždy změřeny nejpozději do 10 minut po ochlazení vzorku.
2
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Tabulka 1 Chemické složení experimentálního materiálu /hm.%/ Table 1 Chemical composition of investigated alloys /wt.%/ Typ slitiny Označení 1050 AA1050 1050ScZr 5754 AA5754 5754ScZr 6082 AA6082 6082ScZr 7075 AA7075 7075ScZr
Si 0,11 0,01 0,17 0,18 0,94 0,80 0,090 0,35
Fe 0,23 0,06 0,21 0,17 0,21 0,19 0,33 0,37
Cu Mn Mg Cr Zn 0,003 0,003 0,005 <0,001 0,01 0,009 <0,001 0,005 <0,001 0,002 0,052 0,33 3,59 0,04 0,033 0,055 0,26 3,43 0,12 0,044 0,099 0,79 0,89 0,15 0,19 0,089 0,72 0,81 0,12 0,16 1,40 0,26 2,78 0,20 4,97 1,32 0,17 2,45 0,19 5,88
Sc 0,21 0,29 0,20 0,19
Zr 0,13 0,12 0,11 0,09
3. VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ 3.1 Nevytvrzovatelné slitiny Vývoj změn tvrdosti a konduktivity v průběhu izochronního žíhání hliníku 1050 a slitiny 5754 je patrný z křivek na Obr. 1 až 4. Ukazuje se, že se oba materiály chovají v průběhu žíhání velmi podobně. Obě slitiny modifikované Sc a Zr dosahují maximálních hodnot tvrdosti při teplotě 330°C. Odpevňovací děje u válcovaných nemodifikovaných variant probíhají rychleji než u materiálů legovaných Sc a Zr. U hliníku 1050 je pokles tvrdosti rychlejší než u slitiny 5754. Při teplotě 330°C, kdy je u legovaných materiálů tvrdost maximální, jsou nemodifikované materiály buď zcela odpevněny (1050) nebo odpevněny z 80% (5754). U modifikovaných variant se hliník 1050 liší od slitiny 5754 jednak úrovní tvrdosti (vlivem substitučního zpevnění atomy Mg), a jednak tím, že u slitiny 5754 je maximum tvrdosti válcovaného materiálu vyšší než u litého (Obr. 2). U modifikovaného hliníku obě maxima splývají (Obr. 1). To je pravděpodobně způsobeno tím, že při teplotách kolem 300°C začínají u válcovaného materiálu probíhat odpevňovací děje. Pro všechny čtyři varianty modifikované Sc a Zr je společný pozvolný pokles tvrdosti nad teplotou 330°C. V oblasti nad 400°C je pozorován menší pokles tvrdosti na jeden stupeň nárůstu teploty než v případě nižších teplot. Zvláště je to patrné u litých variant. U litého hliníku 1050 dokonce v intervalu teplot od 420°C do 480°C vůbec nedochází k odpevňování. Průběh změn konduktivity s teplotou je u všech sledovaných variant podobný, a výrazně se liší od průběhu změn tvrdosti. Maximální hodnoty konduktivity jsou dosaženy při teplotě kolem 480°C. Varianty slitin modifikovaných Sc a Zr mají díky přítomnosti těchto prvků v tuhém roztoku ve výchozím stavu vždy nižší konduktivitu než varianty nemodifikované. U materiálů modifikovaných Sc a Zr jsou změny konduktivity v průběhu žíhání výraznější než u materiálů bez těchto prvků. Nad teplotou 240°C, jak u hliníku, tak u slitiny 5754, je křivka litého materiálu pod křivkou válcovaného. Posun k vyšším hodnotám konduktivity vlivem válcování je výraznější u slitiny 5754. Plastická deformace za studena tedy výrazně ovlivňuje děje, které nejvíce přispívají ke změnám konduktivity v této oblasti teplot. U obou typů materiálů jsou to zotavení dislokační struktury, precipitace a rozpouštění fáze obsahující Sc a Zr. U slitiny 5754 probíhají navíc děje spojené s precipitací a rozpouštěním dalších fází (Al6Mn, α-AlMnFeSi, případně Mg5Al8). Změny konduktivity i tvrdosti ve sledovaném intervalu teplot jsou tak projevem řady překrývajících se tepelně aktivovaných dějů. Jejich identifikace je možná pouze na základě přesných rezistometrických měření a hodnocení vybraných stavů s použitím TEM.
3
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 100
140 5754ScZr-válcovaný
80
5754ScZr-litý
120
1050ScZr-válcovaný HV10
HV10
1050ScZr-litý 60 40 20
100 80 60
1050-válcovaný
5754-litý
0
5754-válcovaný
40 0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
Teplota [°C]
300
400
500
600
Teplota [°C]
Obr. 1 Změny tvrdosti v průběhu izochronního žíhání hliníku 1050 v litém a za studena válcovaném stavu
Obr. 2 Změny tvrdosti v průběhu izochronního žíhání slitiny 5754 v litém a za studena válcovaném stavu
Fig.1 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and cold rolled 1050 alloy
Fig.2 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and cold rolled 5754 alloy
2
Konduktivita [ m/Ohm.mm ]
20
2
Konduktivita [ m/Ohm.mm ]
38 36 1050-válcovaný 34 1050ScZr-válcovaný 32 1050ScZr-litý 30 28
5754ScZr-válcovaný 18
5754-válcovaný
16 5754ScZr-litý
14 5754-litý 12
0
100
200
300
400
500
600
0
Teplota [°C]
100
200
300
400
500
600
Teplota [°C]
Obr. 3 Změny konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitiny 1050 v litém a za studena válcovaném stavu
Obr. 4 Změny konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitiny 5754 v litém a za studena válcovaném stavu
Fig. 3 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and cold rolled 1050 alloy
Fig. 4 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and cold rolled 5754 alloy
3.2 Vytvrzovatelné slitiny Průběhy tvrdosti a konduktivity při izochronním žíhání vytvrzovatelných slitin typu 6082 a 7075 jsou uvedeny pro lité stavy a stavy po RŽ na Obr. 5 až 8. Charakter křivek tvrdosti závisí výrazně jak na typu slitiny, tak i na výchozím stavu (litý, po RŽ). Vliv modifikace slitin skandiem a zirkonem je relativně malý. Ukazuje se, že u obou sledovaných slitin přidání Sc a Zr ovlivňuje nepříznivě průběh vytvrzování.U obou modifikovaných slitin podrobených ŘŽ je maxima tvrdosti dosaženo sice při stejné teplotě 210°C, ale hodnoty jsou nižší než u variant bez Sc a Zr (Obr. 5 a 6). U litých variant jsou maxima tvrdosti dosažena při stejné teplotě nezávisle na obsahu Sc a Zr, není pozorován žádný vliv Sc a Zr na hodnoty HV. Nízké hodnoty tvrdosti v tomto teplotním intervalu jsou spojeny s tím, že v litém stavu je množství rozpuštěných atomů prvků, které rozhodují o vytvrzení obou typů slitin, tj. prvků jiných než
4
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Sc a Zr, velmi nízké. Za zmínku stojí také skutečnost, že lité stavy všech variant mají výchozí hodnotu tvrdosti vyšší než je tomu u stavů po RŽ. Tento rozdíl je způsoben částečným precipitačním vytvrzením, ke kterému dochází v průběhu chladnutí z teploty lití. U litých variant obou slitin modifikovaných Sc a Zr se při teplotách nad 300°C dosahuje vyšší tvrdosti než u nemodifikovaných slitin. Vyšší tvrdost pravděpodobně souvisí s precipitací Sc a Zr. Tento rozdíl se zachovává až do poměrně vysokých teplot (530°C u 6082, 480°C u 7075). 200
140
7075-po RŽ
180
120 6082ScZr-po RŽ
100
HV10
HV10
6082-po RŽ
6082ScZr-litý
80
7075ScZr-po RŽ
160 140 7075ScZr-litý
120 100 80
60
60
6082-litý
7075-litý
40
40 0
100
200
300
400
500
0
600
100
200
300
400
500
600
Teplota [°C]
Teplota [°C]
Obr. 5 Změny tvrdosti v průběhu izochronního žíhání slitiny 6082 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Obr. 6 Změny tvrdosti v průběhu izochronního žíhání slitiny 7075 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Fig. 5 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and solution heat treated 6082 alloy
Fig. 6 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and solution heat treated 7075 alloy
Celkové změny konduktivity při izochronním žíhání jsou opět u obou slitin významné. Slitiny se však od sebe liší jak hodnotou konduktivity, tak odlišností průběhu změn jednotlivých variant (Obr. 7 a 8). Změny konduktivity se u slitiny 6082 odehrávají v intervalu od 18 do 26 m/Ohm.mm2, u slitiny 7075 v intervalu 14 až 18 m/Ohm.mm2. Rozdíl v hodnotě konduktivity souvisí s množstvím legujících prvků v jednotlivých slitinách (viz Tab. 1). Zatímco u slitiny 7075 spadají všechny varianty nad teplotou 180°C více méně do jednoho svazku křivek, u slitiny 6082 je pozorován výrazný rozdíl mezi materiály po RŽ a litými stavy. U slitiny 6082 v litém stavu je pro modifikovanou i nemodifikovanou slitinu potlačen vzestup konduktivity nad teplotou 180°C, protože nedochází k masivní precipitaci fáze Mg2Si, jak je tomu u variant po RŽ. Odlišné chování slitin 6082 a 7075 souvisí také s odlišným obsahem Mn. U obou variant slitiny 6082, které obsahují přibližně o 0,5% Mn více než slitiny 7075, dojde v průběhu RŽ k precipitaci fází α-AlMnFeSi a/nebo Al6Mn, a tím k výraznému nárůstu konduktivity ve výchozím stavu před izochronním žíháním. U slitiny 7075 je rozdíl mezi litým stavem a stavem po RŽ patrný pouze v oblasti teplot do 180°C, kdy materiály po RŽ vykazují pokles konduktivity s minimem při teplotách mezi 90 až 120°C. Toto minimum je patrné pro stavy po RŽ i u slitiny 6082, je ale méně výrazné a je posunuto k vyšší teplotě (120 až 150°C). V oblasti teplot nad 500°C dochází u slitiny 6082 ke stálému poklesu konduktivity a ke spojení všech křivek do jednoho svazku. Při teplotě 630°C je konduktivita naměřená pro slitiny po RŽ nižší než ve výchozím stavu (RŽ proběhlo při 530°C), u slitin v litém stavu je ale konduktivita i při teplotě 630°C vyšší než ve stavu litém. Stejně jako u nevytvrzovatelných slitin v odst. 3.1, je pro interpretaci toho, co probíhá u sledovaných slitin v průběhu izochronního žíhání v jednotlivých teplotních oblastech nutné provést přesná rezistometrická měření spojená s analýzou vybraných stavů na TEM.
5
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 20
28
6082ScZr-po RŽ
Konduktivita [ m/Ohm.mm2 ]
Konduktivita [ m/Ohm.mm2 ]
30 6082-po RŽ
26 24 6082-litý
22 20
6082ScZr-litý
18
7075ScZr-po RŽ 7075ScZr-litý
18 16
7075-litý 14 7075-po RŽ 12
16 0
100
200
300
400
500
0
600
100
200
300
400
500
600
Teplota [°C]
Teplota [°C]
Obr. 7 Změny konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitiny 6082 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Obr. 8 Změny konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitiny 7075 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Fig. 7 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and solution heat treated 6082 alloy
Fig. 8 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and solution heat treated 7075 alloy
3.3. Diskuse Výsledky studia strukturních transformací při tepelném zpracování nevytvrzovatelných materiálů 1050 a 5754 pomocí izochronního žíhání a měření tvrdosti a konduktivity potvrdily obecně známý přínos legování Sc a Zr na vlastnosti. Ukázalo se, že oba materiály se chovají z hlediska zpevnění, odpevnění i změn konduktivity velmi podobně (Obr.9, 10). Maximálního vytvrzení bylo dosaženo při stejné teplotě 330°C. U slitiny 5754 navíc k celkovému zpevnění při 330°C přispěla deformace litého stavu za studena. U hliníku 1050 deformace za studena nevede ke zvýšení tvrdosti při teplotě maximálního zpevnění. Optimální přínos pro zpevnění fází Al3(ScxZr(1-x)) v oblasti teplot 300°C až 350°C tak vylučuje všechny operace, které jsou spojeny s teplotami vyššími. Jedná se zejména o homogenizační žíhání litého stavu, rekrystalizační žíhání deformovaných stavů, a v neposlední řadě, o rozpouštěcí žíhání u vytvrzovatelných slitin. V těchto případech je nutné se spokojit se zpevňujícím účinkem precipitátů Al3(ScxZr(1-x)) v podobě, kterou budou mít po uvedených operacích. Přesto, že jejich zpevňující účinek není optimální, bude, vzhledem k jejich velké teplotní stabilitě, v každém případě přínosem. To by mělo platit i pro slitiny 6082 a 7075 studované v této práci. Uvedené výsledky však tomu nenasvědčují. Ukazuje se, že přidáním malého množství Sc a Zr je negativně ovlivněna precipitace hlavních legujících prvků těchto slitin, tj. Mg, Si u slitiny 6082, a Zn, Mg a Cu u slitiny 7075. Přesto, že se obě slitiny v průbězích tvrdosti a konduktivity s rostoucí teplotou izochronního žíhání výrazně liší (Obr.11 a 12), dopad Sc a Zr je stejný. Tyto výsledky jsou v souladu s výsledky uvedenými pro slitinu 6082 v [11], kde kromě negativního účinku Sc a Zr na precipitační vytvrzení, byl prezentován negativní účinek na stabilitu rekrystalizované struktury po tepelném zpracování vlivem homogenizačního žíhání. Negativní dopady legování Sc a Zr u námi sledovaných vytvrzovatelných slitin nebyly v pracích jiných autorů doposud nikde publikovány. Proto je žádoucí provést na těchto slitinách podrobnou fázovou analýzu, a to jak výchozích stavů, tak i jednotlivých stádií precipitačního procesu a objasnit tak u nich příčinu negativního vlivu Sc a Zr na zpevnění rozpadem tuhého roztoku.
6
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________
Konduktivita [ m/Ohm.mm2 ]
160 5754ScZr-válcovaný
140
HV10
120 5754ScZr-litý
100 80 60 40
1050ScZr-litý 1050ScZr-válcovaný
20
36 32 1050ScZr-litý
28 1050ScZr-válcovaný
24
5754ScZr-litý
5754ScZr-válcovaný
20 16 12
0 0
100
200
300
400
500
0
600
100
200
300
400
500
600
Teplota [°C]
Teplota [°C]
Obr.9 Porovnání změn tvrdosti v průběhu izochronního žíhání slitin 1050 a 5754 v litém stavu a po válcování za studena
Obr.10 Porovnání změn konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitin 1050 a 5754 v litém stavu a po válcování za studena
Fig.9 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and cold rolled 1050 and 5754 alloys
Fig.10 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and cold rolled 1050 and 5754 alloys 28 Konduktivita [ m/Ohm.mm2 ]
180 7075ScZr-po RŽ
160
HV10
140 7075ScZr-litý
120 100 80 60 6082ScZr-litý
40
6082ScZr-po RŽ
26
6082ScZr-po RŽ
24 22 20
6082ScZr-litý
7075ScZr-litý
18 16 14
7075ScZr-po RŽ
12
20 0
100
200
300
400
500
0
600
100
200
300
400
500
600
Teplota [°C]
Teplota [°C]
Obr.11 Porovnání změn tvrdosti v průběhu izochronního žíhání slitin 6082 a 7075 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Obr.12 Porovnání změn konduktivity v průběhu izochronního žíhání slitin 6082 a 7075 v litém stavu a po rozpouštěcím žíhání
Fig.11 Effect of isochronal annealing on hardness for as cast and solution heat treated 6082 and 7075 alloys
Fig.12 Effect of isochronal annealing on conductivity for as cast and solution heat treated 6082 and 7075 alloys
4. ZÁVĚRY Výsledky sledování vlivu deformace za studena a vlivu rozpouštěcího žíhání na změny tvrdosti a konduktivity v průběhu izochronního žíhání nevytvrzovatelných a vytvrzovatelných slitin hliníku modifikovaných malým množstvím Sc a Zr lze shrnout do těchto bodů: 1) Zpevňující účinek Sc a Zr se významně liší u nevytvrzovatelných slitin 1050 a 5754 a vytvrzovatelných slitin 6082 a 7075. 2) U nevytvrzovatelných slitin 1050 a 5754 dochází při izochronním žíhání k výraznému zpevnění precipitáty fáze obsahující Sc a Zr. Toto zpevnění je maximální při teplotě
7
METAL 2007 22.-24.5.2007, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 330°C. U slitiny 5754 je zpevnění při 330°C zvýrazněno předcházející deformací za studena. U hliníku 1050 deformace za studena hodnotu tvrdosti při této teplotě nezvýšila. 3) Obě nevytvrzovatelné slitiny legováním Sc a Zr odpevňují po deformaci za studena s rostoucí teplotou výrazně pomaleji než nelegované slitiny. 4) Přínos Sc a Zr pro vytvrzení u slitin 6082 a 7075 podrobených rozpouštěcímu žíhání nebyl prokázán. Ukázalo se naopak, že tyto slitiny dosahují při teplotách umělého stárnutí, kdy je dosaženo maximálního vytvrzení, menších tvrdostí než tyto slitiny bez Sc a Zr. 5) Pro zjištění příčin nepříznivého účinku Sc a Zr na precipitační zpevnění sledovaných slitin 6082 a 7075 je nutné provést podrobnou analýzu fázových změn na TEM. Uvedené závěry je nutné interpretovat s ohledem na to, že všechny materiály byly sledovány ve stavu bez homogenizačního žíhání litého stavu, které je u slitin Al běžně v technologických postupech aplikováno.
Poděkování: Výsledky uvedené v tomto příspěvku byly získány při řešení projektu „Ekocentrum aplikovaného výzkumu neželezných kovů“ č.1M2560471601 podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy
LITERATURA [1]
[2]
[3] [4] [5] [6] [7]
L.S.TOROPOVA, D.G.ESKIN, M.L.KHARAKTEROVA, V.DOBATKINA.:Advanced Aluminum Alloys Containing Scandium, Gordon and Breach Science Publishers, 1998,84 -145 V.G.DAVYDOV, V.I.YELAGIN, V.V.ZAKHAROV, Y.A.FILATOV.: On Prospects of Application of New 01570 High-Strength Weldable Al-Mg-Sc Alloy in Aircraft Industry, Mat.Sci.Forum, Vols.217-222, (1996),pp. 1841-1846 Y.W.RIDDLE, H.G.PARIS, T.H.SANDERS.: Control of Recrystallization in Al-MgSc-Zr Alloys, Proc. of ICAA-6, Toyohashi, Japan, 1179 V.OČENÁŠEK, M.SLÁMOVÁ.: II.Mezinárodní konference ALUMINIUM 2001, Děčín-Střelnice, 3.5.10.2001, 259 V.OČENÁŠEK, M.SLÁMOVÁ.: III.Mezinárodní konference ALUMINIUM 2003, Děčín-Střelnice, 8.-10.10.2003, 216 J.ROYSET, Y.W.RIDDLE.: Proc.of the 9th Int.Conf. on Aluminium Alloys, 2004, Brisbane Australia, 1210 B.FORBORD, H.HALLEM, K.MARTHINSEN.: Proc.of the 9th Int.Conf. on Aluminium Alloys, 2004, Brisbane Australia, 1263
[8]
O.N.SENKOV, R.B.BHAT, S.V.SENKOVA, J.TALATOVICH.: Proc.of the 9th Int.Conf. on Aluminium Alloys, 2004, Brisbane Australia, 501 [9] Y.W.RIDDLE, T.H.SANDERS,Jr.: Recrystallization Performance of AA7050 Varied with Sc and Zr, Mater. Sci. Forum 331-337 (2000) 799-803 [10] J.N.FRIDLYANDER, N.I.KOLOBNEV,O.E.GRUSHKO, L.M.SHEVELEVA, L.B.KHOKHLATOVA, W.S.MILLER, P.D.COUCH.: Alloying Components Optimization of Weldable Al-Li-Mg Alloy, Mat.Sci.Forum, Vols.217-222, (1996), pp.1847-1852 [11] V.OČENÁŠEK.: Vliv Sc a Zr na strukturu a vlastnosti slitiny hliníku AA6082, In Metal 2006 : 15.mez.metal.konference: 23.- 25.5.2006. Hradec nad Moravicí, Česká republika. [CD-ROM]. Ostrava: Tanger: Květen 2006, 37, ISBN 80-86840-18-2
8
