Badania własności mechanicznych

6.7.1. Odkuwka – element anteny

Twardość mierzono metodą Brinella, w dwu wzajemnie prostopadłych osiach na

przekroju poprzecznym odkuwki oraz w różnych odległościach od jej rdzenia. Schemat przedstawiający metodykę pomiaru twardości przedstawiono na rys. 167. Punkty, w których prowadzono pomiar rozmieszczono odpowiednio na osiach poziomej i pionowej, w jednakowych odstępach (tabela 14). Wykonano po cztery pomiary dla każdej przyjętej lokalizacji punktu, na ich podstawie wyznaczono wartość średnią oraz oszacowano błąd pomiaru. Uśrednione wyniki odpowiednio dla obu osi zestawiono na rys. 168.

Rys. 167. Schemat realizacji pomiarów twardości HB na przekroju poprzecznym odkuwki

Tabela 14. Wyniki pomiaru twardości

punkt pomiaru oś pozioma

HB₁ HB₂ HB₃ HB_{4 HB} ± 1 174 174 170 170 172 3,67 2 174 174 170 174 173 3,18 3 170 170 174 174 172 3,67 4 180 184 177 180 180 4,57 5 184 187 180 184 184 4,57

punkt pomiaru oś pionowa

HB₁ HB₂ HB₃ HB_{4 HB} ± 1 170 170 170 170 170 170 2 170 170 170 170 170 170 3 167 167 167 167 167 167 4 170 170 170 170 170 170 5 170 170 170 170 170 170

a) b)

Rys. 168. Twardości HB na przekroju poprzecznym odkuwki, w osi: a) poziomej, b) pionowej

Twardości określone na osi pionowej we wszystkich punktach pomiaru oraz w poziomej odkuwki w wewnętrznej jej części (punkty pomiarowe 1÷3) były porównywalne, średnie wartości wynosiły około 171 HB. W przypadku pomiarów prowadzonych na osi poziomej w obszarze przy powierzchni zewnętrznej odkuwki, w miarę zbliżania się do krawędzi (punkty 4 i 5) twardość rosła. Najwyższą średnią twardość, która wynosiła 1844,57 HB, stwierdzono w punkcie pomiarowym nr 5, tj. w poziomej osi odkuwki, w strefie bezpośrednio sąsiadującej z wypływką.

Próbę jednoosiowego ściskania prowadzono w temperaturze pokojowej

z prędkością 1 mm/s. Ściskano próbki o średnicy 5 mm oraz wysokości 6 mm. Wyniki z próby zestawiono w tabeli 15, a na rys. 169 przedstawiono opracowane na jej podstawie przykładowe przebiegi zmian siły w funkcji drogi (rys. 169a) oraz naprężenia rzeczywistego w funkcji odkształcenia rzeczywistego (rys. 169b). Materiał zachowywał się plastycznie, nie wyznaczono wytrzymałości na ściskanie. Wyznaczony na podstawie próby moduł Younga wynosił 118  30 GPa, a umowna granica plastyczności R0,2 = 326  20 MPa.

Tabela 15. Parametry próby jednoosiowego ściskania i wyznaczone w na jej podstawie właściwości stopu nr

próbki

Temperatura

próby ^{Prędkość d}0 h₀ S₀ F_0,2 E E R_0,2 R_0,2

°C s^-1 mm mm mm² N GPa MPa MPa MPa 1 20 1 5,00 6,02 19,63 6580 104 118 ± 30 335 326 ± 20 2 5,01 6,03 19,71 6400 127 325 3 5,00 6,01 19,63 6270 122 319

a)

b)

Rys. 169. Otrzymane w próbie ściskania w temperaturze pokojowej przebiegi zmian: a) siły w funkcji drogi, b) naprężenia rzeczywistego w funkcji rzeczywistego odkształcenia

Próby udarności prowadzono na młocie Charpy’ego, stosując próbki z karbem

typu U. Otrzymano średnią wartość udarności 872  27 kJ/m².

6.7.2. Odkuwka – ogniwo

 próbki okrągłe z główkami,  temperatura 20°C,

 ekstensometr ceramiczny L0 = 15 mm,  siła wstępna 2150 N,

 prędkość modułu E 5 mm/min,  prędkość badania 5 mm/min.

Na rysunku 170 przedstawiono kształt i wymiary próbki (rys. 170a) oraz miejsce, z którego została wycięta (rys. 170b).

a) b)

Rys. 170. Kształt i wymiary próbki (a) oraz lokalizacja w odkuwce (b)

W tabeli 16 oraz na rysunku 171 przedstawiono uzyskane wyniki w trakcie badania analizowanego stopu.

Tabela 16. Wyniki próby rozciągania próbki pobranej z odkuwki ogniwa ze stopu Ni-Fe-Mo

a₀ b₀ S₀ L₀ SW L_u Z E F_m R_m R_p0,2

mm mm mm² mm mm % GPa kN MPa MPa 4,00 10,00 40,00 25 31,030 19 227 35,26 881 535

R_p0,2 / R_m R_B A_g A_{gt (korr.)} A_{t (korr.)} A_manualnie n_4-6/Ag n_2-20/Ag n_10-15/Ag n_10-20/Ag

% MPa % % % % – – – –

a)

b)

Rys. 171. Wykresy uzyskane w trakcie próby rozciągania próbki wyciętej z odkuwki ogniwa

Wraz ze zmianami struktury stopu Ni-Fe-Mo istotnej zmianie uległy również jego własności mechaniczne. Dla porównania własności odkuwki z materiałem wsadowym wykonano próbę rozciągania w temperaturze pokojowej. Naprężenie uplastyczniające, wytrzymałość na rozciąganie oraz wydłużenie całkowite dla wsadu i odkuwki zostały podane w tabeli 17.

Tabela 17. Porównanie własności mechanicznych stopu Ni-Fe-Mo w stanie lanym i po kuciu. Temperatura 20^oC R_p0,2, MPa R_m, MPa R_p0,2 / R_m, % A, %

wsad 384,6 561,2 68,52 14,2

odkuwka 535,0 881,0 60,68 24,1

Statyczna próba rozciągania dla materiału wyjściowego oraz odkuwki wskazała na znaczącą poprawę własności mechanicznych po przeróbce plastycznej.

6.8. Badania metalograficzne

Badaniami metalograficznymi objęto mikrostrukturę materiału w stanie wyjściowym, próbek po spęczaniu oraz po kuciu w warunkach przemysłowych. Wykonano je na mikroskopie świetlnym Axiovert 200 MAT firmy Carl Zeiss. Mikrostruktury zapisano w formie cyfrowej przy wykorzystaniu kamery AxioCam MRc5. Zgłady wykonane z materiału w stanie wyjściowym trawiono odczynnikiem o składzie 4 g CuSo₄, 20 ml HCl, 20 ml C2H5OH. Próbki po spęczaniu oraz po kuciu trawiono odczynnikiem o składzie 2 g CuCl₂, 40 ml HCl, 40 ml C₂H₅OH.

6.8.1. Odkuwka – element anteny

Do obserwacji zgładów zastosowano metodę mikroskopii świetlnej. Próbki do badań metalograficznych pobrano z obszaru odkuwki o największym stopniu przetworzenia materiału, tj. w części o średnicy po kuciu wynoszącej 26 mm (rys. 150a). Zgłady do badań metalograficznych wykonano na przekrojach wzdłużnym i poprzecznym odkuwki, a miejsca pobrania materiału przedstawiono schematycznie na rysunku 172. Na płaszczyźnie prostopadłej do osi odkuwki wyszczególniono strefy: centralną I (położoną najbliżej osi), zewnętrzną II (zawierającą obwodową część odkuwki) oraz wypływki – III. Na płaszczyźnie przechodzącej przez oś odkuwki, analogicznie do płaszczyzny podziału matryc, wytypowano jedną strefę oznaczoną jako IV. Obserwację prowadzono na zgładach w stanie po ich wytrawieniu. Rys. 172. Schemat powierzchni wytypowanych do analizy mikrostruktury, przekroje: I-III – poprzeczne, IV – wzdłużny

Badania objęły obserwacje mikrostruktury oraz powierzchni przełomów powstałych w wyniku realizacji próby udarności. Stan mikrostruktury odkuwki oceniano z wykorzystaniem metody mikroskopii świetlnej. Zgłady poddano trawieniu, obserwacje prowadzono na przekrojach wzdłużnych oraz poprzecznych w charakterystycznych obszarach odkuwki. Rysunki 173÷176 przedstawiają zdjęcia mikrostruktury odkuwki w poszczególnych przekrojach (zgodnie z oznaczeniami na rys. 172).

a) b)

Rys. 173. Mikrostruktura materiału w stanie po kuciu przy temperaturze 1100C wsadu w postaci odlewu z obszaru I odkuwki. Zgłady trawione

a) b)

Rys. 174. Mikrostruktura materiału w stanie po kuciu przy temperaturze 1100C wsadu w postaci odlewu z obszaru II odkuwki. Zgłady trawione

a) b)

c)

Rys. 175. Mikrostruktura materiału w stanie po kuciu przy temperaturze 1100C wsadu w postaci odlewu z obszaru III odkuwki. Zgłady trawione

a) b)

c)

Rys. 176. Mikrostruktura materiału w stanie po kuciu przy temperaturze 1100C wsadu w postaci odlewu z obszaru IV odkuwki. Zgłady trawione

Mikrostruktura (wsad o strukturze odlewniczej) otrzymana w wyniku realizacji procesu jednozabiegowego kucia na gorąco jest regularna oraz drobnoziarnista. Wielkość ziaren oraz ich ukierunkowanie zależy od przyjętego do badań obszaru odkuwki. Na powierzchni zgładów nie zaobserwowano porowatości oraz rzadzizn charakterystycznych dla tego materiału w stanie bezpośrednio po odlewaniu, co świadczy o właściwym jego przetworzeniu w efekcie zastosowania przyjętej technologii formowania. Obserwacje otrzymanych w próbie udarności powierzchni zniszczenia przeprowadzono metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), na mikroskopie Hitachi TM3000. Faktografie powierzchni przełomów przedstawiono na rys. 177. Obserwowane przełomy mają charakter plastyczny.

a) b)

Rys. 177. Powierzchnie zniszczenia powstałe w próbie udarności próbki kutej przy temperaturze 1100C

Jakościową oraz ilościową analizę składu chemicznego przeprowadzono metodą EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) przy wykorzystaniu mikroskopu skaningowego Hitachi TM3000 z odpowiednim do tego celu oprogramowaniem. Badania przeprowadzono na powierzchniach zniszczenia otrzymanych w próbie udarności. Rys. 178 przedstawia rozmieszczenie pierwiastków w wybranym losowo obszarze na powierzchni przełomu, wyniki ilościowej analizy przedstawiono na rys 179.

Rys. 178. Rozmieszczenie pierwiastków w wybranym losowo obszarze na powierzchni przełomu

powstałego w próbie udarności

Rys. 179. Dyfraktogram próbki po kuciu kutej przy temperaturze 1100C

Udziały podstawowych składników określone metodą EDS (rys. 180) dla wykonanej z badanego stopu odkuwki były zbliżone do wartości podanych przez producenta odlewu, różnice w udziałach poszczególnych pierwiastków zależą od miejsca wykonania analizy.

a) b)

Rys. 180. Wyniki ilościowej analizy EDS zawartości podstawowych pierwiastków w próbce kutej przy temperaturze 1100C; udziały pierwiastków: a) masowe, b) objętościowe

6.8.2. Odkuwka – ogniwo

W mikrostrukturze widoczna jest pasmowość wydzieleń faz Lavesa typu Ni2Mo (rys. 181a). Układ pasm odpowiada liniom płynięcia w materiale. Wskazuje to na odpowiednio duży przerób plastyczny materiału wsadowego w postaci odlewu. Jednakże, obok uzyskania materiału pozbawionego wad w wyniku przeróbki plastycznej, istotnym założeniem było uzyskanie mikrostruktury o możliwie małej liczbie defektów struktury krystalicznej. Zastosowanie większych powiększeń wskazuje, że w obszarze osnowy w pełni zaszła rekrystalizacja dynamiczna. Wielkość otrzymanego ziarna po rekrystalizacji należy uznać za właściwą (wystarczająco drobne ziarno) celem uzyskania odpowiednich własności mechanicznych odkuwki. Jak widać na granicach ziaren występują dyspersyjne wydzielenia, które zablokowały rozrost ziarna po rekrystalizacji. Uzyskano to poprzez taki dobór

warunków odkształcenia, aby w mikrostrukturze na końcowym etapie kształtowania plastycznego materiału zaszedł proces rekrystalizacji dynamicznej. Jak widać na rysunku 181b osiągnięto zamierzony efekt i mikrostruktura odkuwki charakteryzuje się w pełni zrekrystalizowaną osnową. Taki stan osnowy pozwala na uzyskanie zamierzonych własności użytkowych materiału. Rozrost ziarna po rekrystalizacji dynamicznej został zablokowany dzięki dyspersyjnym wydzieleniom węglików (złożonych) typu M23C6 po granicach ziaren (rys. 181b, c). Należy również zauważyć, że uzyskano jednorodne ziarno w osnowie materiału odkuwki finalnej.

a) b)

c)

Rys. 181. Mikrostruktura badanej odkuwki: a) obraz mikrostruktury z widocznymi pasmami wydzieleń odpowiadających liniom płynięcia (mikroskop świetlny), b) mikrostruktura obrazująca ziarna w obszarze osnowy wskazujące na całkowitą jej rekrystalizację (mikroskop świetlny), c) obraz mikrostruktury uwidaczniający charakterystykę wydzieleń w niej występujących (SEM – BSE)

Zastosowanie skaningowej mikroskopii elektronowej pozwoliło na uzyskanie obrazów w technice BSE zamieszczonych na rysunku 182. Kontrast, w jakim występują wydzielenia wskazuje na to, że: jasne wydzielenia odpowiadają w/w fazom Laves’a natomiast drobne dyspersyjne wydzielenia najprawdopodobniej węglikom M23C6. To właśnie dyspersyjne wydzielenia węglików odpowiadają za zablokowanie rozrostu ziarna po rekrystalizacji dynamicznej.

a) b)

c) d)

Rys. 182. Mikrostruktura odkuwki. Skaningowy mikroskop elektronowy

Celem określenia (potwierdzenia) składu fazowego wydzieleń występujących w mikrostrukturze odkuwki wykonano szereg mikroanaliz w wybranych mikroobszarach. Wyniki tych badań zestawiono na rysunkach 183÷187 oraz w tabelach 18÷22. Zamieszczone wyniki badań wskazują na występowanie w mikrostrukturze fazy Laves’a Ni2Mo, fazy η Ni3Ti oraz węglików typu M23C6. Przykładowo faza Laves’a przeanalizowana została w miejscach 1÷4 rysunek 183a, rysunek 184, miejsce 2 rysunek 186. Natomiast faza η miejsce 1 rysunek 186, rysunek 187 oraz węgliki, rysunek 185.

a)

b)

c)

e)

f)

Rys. 183. Mikroanaliza składu chemicznego w obszarze mikrostruktury odkuwki: a) mikrostruktura w analizowanym obszarze z zaznaczonymi miejscami mikroanalizy; b) widmo rentgenowskie z mikroobszaru

nr 1; c) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 2; d) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 3; e) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 4; f) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 5

Tabela 18. Wyniki mikroanalizy składu chemicznego w obszarach zaznaczonych na rysunku 183a % masowy

C-K Si-K Ca-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 2,40 7,13 0,30 3,09 43,01 44,08 pt 2 3,12 7,05 3,06 42,50 44,27 pt 3 2,62 7,09 0,14 3,05 42,63 44,47 pt 4 2,26 7,11 0,07 3,34 42,67 44,55 pt 5 1,85 2,71 0,75 0,49 10,05 72,65 11,50 % atomowy

C-K Si-K Ca-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 11,69 14,87 0,36 3,24 42,93 26,92

pt 2 14,83 14,34 3,13 41,35 26,35

pt 3 12,72 14,69 0,17 3,18 42,26 26,98

pt 4 11,12 14,94 0,11 3,53 42,90 27,41

a)

b)

Rys. 184. Mikroanaliza składu chemicznego w obszarze mikrostruktury odkuwki: a) mikrostruktura w analizowanym obszarze z zaznaczonym miejscem mikroanalizy; b) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 1

Tabela 19. Wyniki mikroanalizy składu chemicznego w obszarze zaznaczonym na rysunku 184a % masowy

C-K Si-K Fe-K Ni-K Mo-L pt 1 2,02 7,43 2,89 42,99 44,67

% atomowy

C-K Si-K Fe-K Ni-K Mo-L pt 1 10,01 15,71 3,08 43,53 27,67

b)

Rys. 185. Mikroanaliza składu chemicznego w obszarze mikrostruktury odkuwki: a) mikrostruktura w analizowanym obszarze z zaznaczonym miejscem mikroanalizy; b) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 1

Tabela 20. Wyniki mikroanalizy składu chemicznego w obszarze zaznaczonym na rysunku 185a % masowy

C-K Si-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 3,40 6,07 0,76 0,43 7,45 59,87 22,02

% atomowy

C-K Si-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 14,85 11,34 0,83 0,41 7,00 53,52 12,05

b)

c)

Rys. 186. Mikroanaliza składu chemicznego w obszarze mikrostruktury odkuwki: a) mikrostruktura w analizowanym obszarze z zaznaczonymi miejscami mikroanalizy; b) widmo rentgenowskie z mikroobszaru

nr 1; c) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 2

Tabela 21. Wyniki mikroanalizy składu chemicznego w obszarach zaznaczonych na rysunku 186a % masowy

C-K O-K Si-K Cl-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 0,95 4,89 1,26 0,75 26,85 0,54 7,61 50,86 6,29

pt 2 2,23 7,04 0,57 3,57 45,65 40,92

% atomowy

C-K O-K Si-K Cl-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 3,77 14,63 2,14 1,02 26,84 0,47 6,52 41,47 3,14

a)

b)

Rys. 187. Mikroanaliza składu chemicznego w obszarze mikrostruktury odkuwki: a) mikrostruktura w analizowanym obszarze z zaznaczonym miejscem mikroanalizy; b) widmo rentgenowskie z mikroobszaru nr 1

Tabela 22. Wyniki mikroanalizy składu chemicznego w obszarze zaznaczonym na rysunku 187a % masowy

C-K N-K O-K Al-K Si-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

pt 1 2,27 13,69 3,43 0,07 1,30 26,15 0,40 6,06 40,51 6,12

% atomowy

C-K N-K O-K Al-K Si-K Ti-K Mn-K Fe-K Ni-K Mo-L

7. Podsumowanie

Dokonano analizy wpływu warunków odkształcenia na likwidację wewnętrznych nieciągłości i mikrostrukturę stopu Ni-Fe-Mo, charakteryzującego się wysoką skłonnością do tworzenia pęcherzy w procesie odlewania. Wskazano zakresy temperatury i prędkości odkształcenia niezbędne do zajścia procesu rekrystalizacji. Określono warunki brzegowe dla parametrów odkształcania, pozwalające uzyskać finalnie zadowalająco drobne ziarno po rekrystalizacji dynamicznej. Zastosowanie tak wskazanych warunków odkształcenia, pozwoliło na wykonanie procesu kucia, w wyniku którego uzyskano odkuwki bez wad w postaci nieciągłości i pęknięć, które charakteryzowały się całkowicie akceptowalną mikrostrukturą oraz własnościami mechanicznymi spełniającymi wymagania eksploatacyjne.

W pełni zrekrystalizowana osnowa, uzyskana metodą przerobu plastycznego, powinna również zapewnić odpowiednie własności magnetyczne finalnego produktu ze stopu Ni-Fe-Mo. Należy podkreślić, że dotychczasowe badania stopu permalloy i wyroby z tego stopu były wykonywane jako cienkie warstwy lub taśmy, uzyskiwane głównie drogą odlewania.

Badania w szerokim zakresie temperatur (900÷1150°C) oraz prędkości odkształcenia (0,01÷100 s-1) pozwoliły na dokładne poznanie wpływu parametrów kształtowania na zachowanie się materiału w trakcie odkształcania jak i zmiany zachodzące w jego strukturze w stosunku do pierwotnej struktury materiału wsadowego (struktura odlewnicza).

Badania modelowania fizycznego oraz badania przemysłowe były poprzedzone numerycznym modelowaniem procesu kucia zaprojektowanych kształtów odkuwek. Z uwagi na brak odpowiednich charakterystyk materiału (analizowanego w pracy doktorskiej), wymaganych do modelowania numerycznego programem QForm, sporządzono je na plastometrze Gleeble 3800 i wprowadzono do bazy materiałowej programu.

Dzięki dokładnemu odwzorowaniu materiału w symulacjach komputerowych w szeregu wykonanych obliczeń numerycznych, najefektywniejsze zamykanie celowo wprowadzonych wad w formie pustek (wady osiowe pojedyncze i rozmieszczone centrycznie oraz wady w formie pustek sferycznych rozmieszczonych w osi materiału wsadowego) następowało przy temperaturze początku kucia analizowanych odkuwek w temperaturze 1100°C. Co zostało potwierdzone poprzez wykonanie próby laboratoryjnej (kucie elementu anteny) oraz przemysłowej (odkuwka ogniwa).

o strukturze odlewniczej, lecz niewykazującej skłonności do pękania korzystne zamykanie pustek i nieciągłości jest uzyskiwane przez wydłużanie w kowadłach płaskich, lecz pod warunkiem zastosowania dużych odkształceń względnych i odpowiednio dużych posuwów względnych. Zastosowanie kowadeł kombinowanych i kształtowych zmniejsza skłonność do pękania, równocześnie jest bardziej efektywne w zakresie zamykania pustek w materiale, jednak nie pozwala zastosować zbyt dużych odkształceń względnych w kolejnych przejściach z powodu znacznego zniekształcenia powierzchni odkształcanego materiału. Dotyczy to szczególnie odkształcania w kowadłach kombinowanych, a w mniejszym stopniu kształtowych. Generalnie proces spęczania nie sprzyja zamykaniu wad wewnętrznych w postaci pustek i nieciągłości.

W oparciu o obecny stan wiedzy, w tym wcześniejsze badania autora, dotyczący najważniejszych czynników warunkujących wysoki stopień zagęszczenia materiału i likwidację nieciągłości oraz niedopuszczenia do pęknięć, zastosowano odpowiednie warunki procesu kształtowania plastycznego, przede wszystkim co najmniej kilkakrotnie większy posuw względny i kowadła o profilu zamykającym przestrzeń roboczą wykroju, umożliwiające uzyskanie materiału pozbawionego wewnętrznych wad, tj. pustek, nieciągłości, pęcherzy gazowych, itp. Efektem przyjętej metodologii są zalecenia dotyczące procesu kucia swobodnego i matrycowego materiałów wysokotopliwych o strukturze odlewniczej i podwyższonej porowatości.

Celem określenia warunków pozwalających na uzyskanie wysokich wymagań jakościowych odkuwek wytwarzanych z tych materiałów, analizowano nie tylko zamykanie pustek wewnętrznych, lecz również zagęszczanie materiału i zmiany strukturalne zachodzące w procesie kucia. Określono również wpływ stopnia przekucia i innych parametrów (posuw, odkształcenie względne) na zamykanie wad wewnętrznych i zagęszczanie materiału, zmiany makro i mikrostruktury oraz własności wytrzymałościowe i plastyczne. Uzyskane zależności umożliwiły podanie wytycznych oraz zaleceń dotyczących podstawowych parametrów procesu kucia, zapewniających wysokie wskaźniki jakości materiału po przerobie plastycznym.

Badania wykonano dla dwóch profili poprzecznych: kołowego i zbliżonego do płaskiego, przy założeniu, że długość odkształcanego materiału w stosunku do początkowej jego wysokości jest co najmniej czterokrotnie większa. Ta zależność została ustalona w oparciu o szereg badań modelowych opartych o obliczenia numeryczne, w których badano obszar równomiernego odkształcenia wzdłużnego przy gniocie ok. 25%. Stwierdzono, że

w miarę równomierne odkształcenie w przekroju wzdłużnym otrzymuje się w odległości od końca swobodnego równego początkowej wysokości wsadu.

W oparciu o powyższe zasady do modelowania fizycznego wytypowano dwie odkuwki: wałek stanowiący część anteny (materiał zwarty w obszarze kołowym) oraz ogniwo z denkiem w środkowej części (materiał o dużym zróżnicowaniu wysokości w przekroju poprzecznym). Dzięki temu uzyskano bardzo bogaty materiał badawczy do oceny zmian właściwości związanych ze strukturą pierwotną odlewniczą i po przerobie plastycznym.

Na podstawie wcześniejszych badań własnych i współautorów [97], wysunięto tezę o podobieństwie odkształcania porowatych małych elementów w procesie kucia swobodnego, w odniesieniu do kształtowania dużych wlewków kuziennych posiadających średnice przekraczające 70-krotnie średnicę analizowanego odlewu ze stopu permalloy. Wykonane badania, analogicznie jak w przypadku większych wymiarów, z zachowaniem określonych proporcji celowo wprowadzonych wad w stosunku do wymiaru początkowego (średnicy/boku kwadratu lub prostokąta) wymiaru poprzecznego materiału wsadowego, pozwoliły na podanie następujących stwierdzeń:

 najkorzystniejsze zamykanie nieciągłości w każdym analizowanym wariancie ich rozmieszczenia (pojedyncza wada osiowa o różnej średnicy początkowej oraz wady o różnych średnicach początkowych i w różnych odległościach pomiędzy nimi) uzyskuje się w procesie wydłużania w kowadłach kształtowych ze względu na stan naprężeń i odkształceń, jakie wywołują w odkształcanym materiale,

 wady skupione i położone w pewnej odległości względem średnicy wsadu, a w szczególności przy ¼ jego średnicy, podlegają korzystniejszemu zamykaniu,  jeśli kształtowanie prowadzone jest przy posuwie względnym poniżej 1,0, kowadła

płaskie nie są zalecane do prowadzenia procesów kucia elementów, w których występują wady w postaci nieciągłości i rzadzizn w ilości przedstawionej w pracy (rys. 120), ponieważ powodują znacznie (nawet dwukrotnie) zwiększenie średnicy (wielkości) początkowej pustek,

 przy kuciu z użyciem kowadeł kształtowych wyraźnie zaznacza się ich korzystny wpływ również na wielkość intensywności odkształcenia, która z kolei informuje o stopniu przekucia odkształcanego materiału (materiał kształtowany w tych kowadłach charakteryzuje się najwyższą wartością intensywności odkształcenia spośród wykorzystanych do obliczeń zestawów kowadeł).

nachylenia części roboczych i przekroju poprzecznym zbliżonym do trapezu. Najkorzystniejsze warianty wyników obliczeń numerycznych posłużą za bazę informacji o warunkach brzegowych do prób laboratoryjnych i półprzemysłowych. Ponadto przeprowadzona analiza posłuży do rozbudowania schematów rozmieszczenia wad na przekroju poprzecznym materiału, co pozwoli zbliżyć model numeryczny wlewka do materiału rzeczywistego.

Na podstawie informacji uzyskanych w wyniku realizacji symulacji MES procesu kucia matrycowego na gorąco wsadu w postaci odlewu ze stopu typu Ni-Mo-Fe oraz wyników badań wybranych właściwości odkuwki wykonanej w warunkach przemysłowych przy parametrach opracowanych w oparciu o dane z analizy numerycznej można stwierdzić:

 przyjęte do modelowania numerycznego – a następnie weryfikowane w warunkach laboratoryjnych – warunki brzegowe procesu kucia analizowanego stopu, pozwoliły na otrzymanie odkuwki o dobrym przerobie oraz stosunkowo jednolitej strukturze w objętości odkuwki,

 analizując wyniki obliczeń numerycznych dla przyjętych warunków brzegowych największe wartości intensywności odkształcenia zaobserwowano w obszarach obwodowych odkuwki oraz w strefie wypływki. Potwierdzają to wyniki pomiarów twardości w tych obszarach, szczególnie pomiary w punktach obwodowych,

 kucie matrycowe analizowanego stopu o strukturze odlewniczej daje zadowalające wyniki jeśli chodzi o strukturę. Na zgładach metalograficznych pobranych z różnych obszarów odkuwki nie zaobserwowano porowatości ani rzadzizn. Przypuszcza się, że wypadkowa ujemna wartość naprężeń średnich w odkuwce (rys. 153 i 154) przyczyniła się do zniwelowania obecnych w objętości wsadu wad odlewniczych.

Przeprowadzona analiza posłuży do rozbudowania programu badań nad analizowanym stopem. W szczególności o nowe warianty warunków kucia (urządzenia o dynamicznym charakterze pracy) w celu poprawy efektywności niwelowania wad odlewniczych. Ponadto – z uwagi na zastosowanie stopu, należących do grupy magnetycznie miękkich – niezbędna jest analiza własności magnetycznych po kuciu.

Przeprowadzone badania wykazały, iż własności mechaniczne stopu Ni-Fe-Mo mogą być w istotny sposób modyfikowane w wyniku poddania go przeróbce plastycznej. Duża zgodność pomiędzy wynikami analizy teoretycznej i rezultatami eksperymentu świadczy o poprawności założeń przyjętych przy budowie matematycznego modelu procesu – opartego o MES – a tym samym o jego przydatności do wyboru optymalnej technologii procesu.

Uzyskano jednorodną, drobnoziarnistą mikrostrukturę w całym elemencie. Stwierdzono, że zmiany mikrostrukturalne zachodzące w wyniku odkształcenia plastycznego zależą od temperatury i prędkości odkształcenia. W procesie kucia matrycowego odkuwek w warunkach przemysłowych zaobserwowano poprawny przebieg płynięcia materiału w zastosowanym cyklu kucia. Osiągnięto równomierne płynięcie materiału w trakcie wypełniania matrycy na gotowo dla odkuwki o złożonych kształtach (ogniwo), dzięki zastosowaniu wykroju wstępnie matrycującego. W temperaturze 1100°C stop posiada najkorzystniejszą i wystarczającą plastyczność technologiczną, która gwarantuje otrzymywanie odkuwek o równomiernej i pozbawionej pustek strukturze.

Tak szeroki zakres badań pozwolił na wykonanie pełnej analizy wpływu odkształcenia

W dokumencie Index of /rozprawy2/10968 (Stron 118-153)