9. Badania wstępne
9.1 Próby rozciągania i spęczania na maszynie Zwick 250
W celu wyznaczenia własności wytrzymałościowych badanych stopów zostały wykonane próby rozciągania i spęczania na maszynie Zwick 250. Rysunek 18 przedstawia maszynę wytrzymałościową Zwick 250.
Rys. 18. Maszyna wytrzymałościowa Zwick 250.
Badaniom poddano stopy MgCa0.8 oraz AX30, a także technicznie czysty magnez oraz stop ZEK100 w celach porównawczych. Wykorzystano próbki osiowosymetryczne, kształt i wymiary próbek przedstawia rysunek 19.
44 a)
b) Rys. 19. Kształt i wymiary próbki wykorzystanej do a) próby spęczania, b) próby rozciągania
na maszynie Zwick 250.
Wyniki eksperymentów zestawiono w tabelach 3-10. Eksperymenty wykonano w temperaturze 20°C. Próby rozciągania i ściskania przeprowadzono z prędkością 10mm/min (0,17mm/s). Na podstawie wyników testów obliczono odkształcenie graniczne, prędkość odkształcenia oraz stosunek naprężenia średniego do naprężenia uplastyczniającego (współczynnik k). Zdjęcia próbek po eksperymencie pokazano na rysunkach 20-27.
Celem badań próbek z czystego Mg było otrzymanie danych do porównania z biozgodnymi stopami AX30 i MgCa0.8. Jako technicznie czysty magnez przyjęto materiał o zawartości magnezu 99,9%. Poddano go trzem próbom ściskania w maszynie Zwick 250 w temperaturze 20°C przy prędkości 0,17mm/s. Warunki i wyniki eksperymentów pokazano w tabeli 3. Przy ściskaniu średnia wartość granicy plastyczności Rp wynosi 61,4MPa, natomiast granica wytrzymałości Rm 337,7MPa.
Tabela 3. Warunki i wyniki próby ściskania czystego Mg.
Numer testu T [°C] V [mm/s] dH [mm] Odkształcenie graniczne k Prędkość odkształcenia [1/s] 1 20 0,17 1,850 -0,1980 -0,33 0,017 2 20 0,17 1,730 -0,1900 -0,33 0,017 3 20 0,17 1,756 -0,1931 -0,33 0,017
Rys. 20. Kształt próbek z czystego Mg
Dla materiału AX30 wykonane zostały trzy próby rozciągania w maszynie Zwick 250. Przy
wynosi 117MPa, natomiast granica wytrzymało 199MPa, a Rm 253MPa.
ekstensometrów o bazie pomiarowej 20
Tabela 4. Warunki i wyniki próby Numer testu T [°C] V [mm/s] [mm] 1 20 0,17 0,89 2 20 0,17 1,517 3 20 0,17 1,476
Rys. 21. Kształt próbek ze stopu AX30 po sp
Kształt próbek z czystego Mg po procesie spęczania.
Dla materiału AX30 wykonane zostały trzy próby ściskania oraz jedna próba gania w maszynie Zwick 250. Przy ściskaniu średnia wartość granicy plastyczno
MPa, natomiast granica wytrzymałości Rm 422MPa. Przy rozcią MPa. Podczas pomiaru wydłużenia At przy rozci bazie pomiarowej 20mm.
próby ściskania stopu AX30. dH [mm] Odkształcenie graniczne k Prę odkształcenia [1/s] 0,89 -0,093 -0,33 0,017 1,517 -0,1645 -0,33 0,017 1,476 -0,160 -0,33 0,017
bek ze stopu AX30 po spęczaniu.
45 ciskania oraz jedna próba granicy plastyczności Rp
MPa. Przy rozciąganiu Rp02 wynosi rzy rozciąganiu użyto
Prędkość odkształcenia [1/s]
0,017 0,017 0,017
Tabela 5. Warunki i wyniki próby Numer testu T [°C] V [mm/s] 1 20 0,17
Rys. 22. Kształt próbki ze stopu AX30 po rozci
Analogicznie jak dla materiału AX30, dla stopu MgCa0.8 przeprowadzono trzy próby
ściskania i jedną próbę rozcią
granicy plastyczności Rp wynosi 110 rozciąganiu Rp02 wynosi 136MPa,
Tabela 6. Warunki i wyniki próby
Numer testu T [°C] V [mm/s] 1 20 0,17 2 20 0,17 3 20 0,17
Rys. 23. Kształt próbek ze stopu MgCa0.8 po sp
próby rozciągania stopu AX30.
[mm/s] dL [mm] Wydłużenie At [%] k 4,15 15,8 0,33
Kształt próbki ze stopu AX30 po rozciąganiu.
Analogicznie jak dla materiału AX30, dla stopu MgCa0.8 przeprowadzono trzy próby rozciągania w maszynie Zwick 250. Przy ściskaniu
wynosi 110MPa, natomiast granica wytrzymałości MPa, a Rm jest równa 239MPa.
próby spęczania stopu MgCa0.8.
dH [mm] Odkształcenie graniczne k 2,10 -0,240 -0,33 1,862 -0,206 -0,33 1,982 -0,221 -0,33
Kształt próbek ze stopu MgCa0.8 po spęczaniu.
46 Prędkość odkształcenia [1/s]
-
Analogicznie jak dla materiału AX30, dla stopu MgCa0.8 przeprowadzono trzy próby ciskaniu średnia wartość
ści Rm 372MPa. Przy
Prędkość odkształcenia [1/s] 0,017 0,017 0,017
47 Tabela 7. Warunki i wyniki próby rozciągania stopu MgCa0.8.
Numer testu T [°C] V [mm/s] dL, [mm] At [%] k Prędkość odkształcenia [1/s] 1 20 0,17 2,26 15,1 0,33 -
Rys. 24. Kształt próbki ze stopu MgCa0.8 po rozciąganiu.
Dla stopu ZEK100 zostały wykonane dwie próby ściskania i jedna rozciągania w maszynie Zwick. Wyniki zestawiono w tabelach 8 i 9. Przy ściskaniu średnia wartość granicy plastyczności Rp wynosi 136MPa, natomiast granica wytrzymałości Rm 435MPa. Przy rozciąganiu Rp02 jest równa 242,1MPa, zaś Rm 278,1MPa.
Tabela 8. Warunki i wyniki próby ściskania stopu ZEK100.
Numer testu T [°C] V [mm/s] dH mm Odkształcenie graniczne k Prędkość odkształcenia [1/s] 1 20 0,17 1,63 -0,178 -0,33 0,017 2 20 0,17 1,56 -0,170 -0,33 0,017
Tabela 9. Warunki i wyniki próby
Numer testu T [°C] V [mm/s]
1 20 0,17
Rys. 26. Kształt próbki ze stopu ZEK100 po rozci
Dla stopu AZ80 wykonano jedn przedstawiono w tabeli 10.
wynosi 233MPa, natomiast granica wytrzymało
Tabela 10. Warunki i wyniki próby Numer
testu T [°C]
V [mm/s]
1 20 10
Rys. 27. Kształt próbek ze stopu AZ80 po rozci
Analiza wyników badań
plastyczności (uzyskanego odkształcenia granicznego) w sposób następujący: MgCa0
Natomiast porównanie warto uszeregować badane stopy w kolejno (15,10%), AX30 (15,08%), AZ80(13,87%).
próby rozciągania stopu ZEK100.
V [mm/s]
dL
[mm] At [%] k
0,17 3,78 18,92 0,33
Kształt próbki ze stopu ZEK100 po rozciąganiu.
Dla stopu AZ80 wykonano jedną próbę rozciągania na maszynie Zwick 250. Wyniki Przy rozciąganiu średnia wartość granicy plastyczno
MPa, natomiast granica wytrzymałości Rm 330MPa.
próby rozciągania stopu AZ80.
V [mm/s] dL [mm] At [%] k odkształcenia [1/s] 10 4,06 4,25 13,47 14,27 0,33
Kształt próbek ze stopu AZ80 po rozciąganiu.
Analiza wyników badań na ściskanie pozwala stwierdzić, że w (uzyskanego odkształcenia granicznego) badane stopy mo
MgCa0.8 (0,222), Mg (0,194), ZEK100 (0,174), AX30 (0,139). Natomiast porównanie wartości wydłużenia w próbach rozci
badane stopy w kolejności rosnącej następująco: ZEK100 (18,92%) AZ80(13,87%).
48 Prędkość odkształcenia [1/s]
-
gania na maszynie Zwick 250. Wyniki granicy plastyczności Rp02
Prędkość odkształcenia [1/s]
-
kolejności wzrostu badane stopy można wymienić
AX30 (0,139).
enia w próbach rozciągania pozwala ZEK100 (18,92%), MgCa0.8
49 Wyniki wykonanych prób pozwoliły na wyznaczenie modelu materiału (naprężenia uplastyczniającego, granicy plastyczności oraz modułu sprężystości).
Warto zwrócić uwagę na fakt, że graniczne odkształcenie, uzyskane w badaniach makro dla biozgodnych stopów Mg jest porównywalne ze stopami technicznymi. Natomiast technologiczna plastyczność stopów MgCa0.8 i AX30 w procesach ciągnienia na zimno jest bardzo niska, co było przesłanką do opracowania technologii ciągnienia na gorąco. Przyczynę niskiej technologicznej plastyczności stopów MgCa0.8 i AX30 przy odkształceniu na zimno wyjaśniono w badaniach w skali mikro przeprowadzonych w mikrokomorze SEM.