Badania nadplastyczności

Próbki uzyskane w wyniku wyciskania konwencjonalnego poddano odkształceniu w statycznej próbie rozciągania w temperaturze 300 oraz 350°C. Badanie zostało przeprowadzone przy wykorzystaniu maszyny wytrzymałościowej ZWICK/Roell Z250. Temperatura badania została uzyskana poprzez trój-strefowy piec oporowy MAYTEC posiadający możliwość grzania próbek do 1300°C. W próbie sterowano stałym w czasie przemieszczeniem belki maszyny wytrzymałościowej, która w odniesieniu do długiej na 30mm bazy pomiarowej próbki, wynosiła ε̇=10-4

s^-1. Wygląd próbek po rozciąganiu w zestawieniu z próbką wyjściową przedstawiono na rysunku 94. Wybrane charakterystyki wytrzymałościowe próbek przedstawiono w formie wykresów na rysunkach 95-99. Wykres zbiorczy natomiast pokazano na rysunku 100.

Rysunek 94. Wygląd próbek wytrzymałościowych odlewu piaskowego ze stopu AZ91 wyciskanego metodą konwencjonalną. Próbki rozciągane w temperaturze 300 i 350 °C z prędkością odkształcenia

Rysunek 95. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 350°C z ε̇=10^-4s^-1 próbki odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=16.

Rysunek 96. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 300°C z ε̇=10^-4s^-1 odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=25.

Rysunek 97. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 350°C z ε̇=10^-4s^-1 odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=25.

Rysunek 98. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 300°C z ε̇=10^-4s^-1odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=45.

Rysunek 99. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 350°C z ε̇=10^-4s^-1 odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=45.

Rysunek 100. Zestawienie krzywych rozciągania odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą konwencjonalną ze stopniem przerobu λ=45.

Wyciskany konwencjonalnie odlew piaskowy ze stopu AZ91, odkształcony w statycznej próbie rozciągania w temperaturze 300 i 350°C przedstawiono na rysunku 100. Analizując to zestawienie należy zwrócić uwagę, na stop wyciskany ze stopniem przerobu λ=16, który rozciągano w temperaturze 350°C z ε̇=10^-4s^-1. W tym przypadku uzyskano wydłużenie sięgające ponad 140%, co pokazuje krzywa rozciągania przedstawiona na rysunku 95. Odkształcenie na poziomie 120% osiągnięto w przypadku próbki wyciskanej ze stopniem przerobu λ=45, rozciąganej w temperaturze 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1. W pozostałych przypadkach zostały zarejestrowane krzywe rozciągania, z których uzyskano wydłużenie na poziomie odpowiednio: dla próbki λ=25 rozciąganej w temperaturze 300°C –ε=40%, dla próbki λ=25 rozciąganej w temperaturze 350°C – A=75%, dla próbki λ=45 rozciąganej w temperaturze 300°C – A=62%.

Uzyskane w próbie wyciskania metodą KOBO próbki oznaczone numerem XX AZ91p_λ = 44_f=6Hz (próbka odlewana do jednorazowej formy piaskowej, wyciskana metodą KOBO) rozciągano w temperaturze 270°C, 300°C oraz 350°C. Prędkość odkształcenia wynosiła od ε̇=10-4 do ε̇=10-3

s^-1. Wygląd próbek po rozciąganiu przedstawiono na rysunku 101, zaś ich wybrane charakterystyki wytrzymałościowe pokazano w formie wykresów na rysunkach 102–105. Wykres zbiorczy natomiast zamieszczono na rysunku 106.

Rysunek 101. Wygląd próbek wytrzymałościowych odlewu piaskowego ze stopu AZ91 wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 i częstością obrotu matrycy f=6Hz po rozciąganiu

w temperaturze 270, 300 i 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10^-4s^-1 i ε̇=10-3

s^-1 raz najniżej umieszczonej w zestawieniu próbki wyjściowej.

Na rysunku 101 zestawiono próbki wyciskanych metodą KOBO i odkształconych w statycznej próbie rozciągania w temperaturze 270, 300 oraz 350°C. Względem próbki wyjściowej największemu wydłużeniu uległa próbka nr 1 i nr 4, a więc rozciągana w temperaturze odpowiednio: 350°C, z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1 oraz 300°C, z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1. Dodatkowo, na bazie pomiarowej próbki nr 4 zauważono wielokrotnie powtarzające się przewężenia (tzw. wieloszyjki). Znaczną zmianę kształtu i wymiarów względem próbki wyjściowej można przypisać również próbkom nr 2 i nr 3.

Rysunek 102. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10^-4s^-1 odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w jednorazowej formie piaskowej, wyciskanego

Rysunek 103. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 300°C z prędkością odkształcenia ε̇=10^-4s^-1 odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w jednorazowej formie piaskowej, wyciskanego

metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz.

Rysunek 104. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10^-4s^-1 próbki nr 2odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w jednorazowej formie piaskowej, wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz.

Rysunek 105. Przykładowa krzywa rozciągania w temperaturze 270°C z prędkością odkształcenia ε̇=10^-4s^-1 odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w jednorazowej formie piaskowej, wyciskanego

metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz.

Rysunek 106. Zestawienie krzywych rozciągania w temperaturach 270, 300 i 350°C odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4

Rysunki 102–105 przedstawiają wybrane charakterystyki odlewu wykonanego w formie piaskowej rozciąganych w temperaturach 270, 300 oraz 350°C Największe wydłużenie, wynoszące 577 % uzyskał stop wyciskany metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz oznaczony jako AZ91p_300°C_10-4. Próbkę rozciągano w temperaturze 300°C z prędkością 10-4

s^-1.

Wydłużenie równe 406% zarejestrowano w przypadku próbki nr 2 oznaczonej jako AZ91p_350°C_10-4_2 - odlew wyciskany metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz. Próbkę rozciągano w temperaturze 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1 .

Z kolei wydłużenie równe 401% zarejestrowano dla odlewu wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz, a oznaczonej symbolem AZ91p_350°C_10-4. Próbkę rozciągano w temperaturze 350°C z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1.

Na rysunku 106 przedstawiono charakterystykę odlewu wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz oznaczonej symbolem AZ91p_270°C_10-4, co oznacza, że próbkę tę odkształcano w temperaturze 270°C z prędkością odkształcenia ε̇=10-4

s^-1 uzyskując wydłużenie wynoszące 89%.

Przedstawione wyniki mogą świadczyć o tym, że w warunkach wyciskania metodą KOBO odlewniczy stop AZ91 zyskał cechy nadplastyczne zweryfikowane w wysokotemperaturowej próbie rozciągania. Dodatkowo, na powierzchni próbek, w przypadku których zarejestrowano odkształcenie równe: 406% oraz 577% zaobserwowano makroskopowy efekt tzw. „wieloszyjki” (rys. 107), którego pojawienie się, jest zwykle przejawem odporności stopu na tworzenie szyjki. Polega on na chwilowym wzroście oporu odkształcenia szyjki, w odpowiedzi na wzrost prędkości odkształcenia wywołany przez lokalizację odkształcenia w warunkach jednoczesnego zmniejszania się strefy odkształcenia.

Obliczony dla próbki oznaczonej, jako AZ91p_300°C_10-4 współczynnik czułości na prędkość odkształcenia, m=0,38 pozwolił wzmocnić tezę o nadplastyczności stopu, który z natury nie jest przeznaczony do przeróbki plastycznej. Co więcej, według danych literaturowych ta wartość m mieści się w zakresie typowym dla stopów magnezu, o cechach nadplastycznych (0,3–0,6) [53]. Towarzyszy mu obserwowana w stopie poddawanym wyciskaniu metodą KOBO ze stopniem przerobu λ wynoszącym 44,4 obecność jednorodnej i rozdrobnionej struktury o średniej wielkości ziarna równej 2,8μm.