Statyczna próba rozciągania stopu magnezu AZ91 wyciskanego konwencjonalnie106

Z prasówki uzyskanej w procesie wyciskania metodą konwencjonalną w temperaturze 370°C oraz z materiału homogenizowanego przed wyciskaniem, wykonano próbki wytrzymałościowe. Na rysunku 73 pokazano przykładowe krzywe rozciągania tych próbek.

a b

Rysunek 73. a) Przykładowa krzywa rozciągania odlewu wykonanego w jednorazowej formie piaskowej homogenizowanego w temperaturze 400°C przed próbą wyciskania konwencjonalnego,

b) odlewu wykonanego w formie piaskowej wyciskanego metodą konwencjonalną.

Próbki homogenizowane w temperaturze 400°C przed wyciskaniem konwencjonalnym cechują się niewielką wytrzymałością R_m na poziomie 110MPa i wydłużeniem 5%. Wykres pokazany na rysunku 73a ma nietypowy przebieg. Niskie właściwości wytrzymałościowe próbek homogenizowanych są wartością spodziewaną ze względu na warunki wysokotemperaturowego wyciskania stopów magnezu i konieczność redukcji siły wyciskania.

Z analizy krzywych rozciągania pokazanych na rysunku 73b wynika, że wyrób (prasówka) uzyskany w próbie wyciskania konwencjonalnego realizowanego w temperaturze 370°C niezależnie od wartości stopnia przerobu λ uzyskuje podobne wartości Rm, przy czym najwyższa zarejestrowana wartość wyniosła 316MPa, natomiast maksymalna wartość odkształcenia wyniosła 23%.

6.5.4. Statyczna próba rozciągania stopu magnezu AZ91 wyciskanego metodą KOBO

Uzyskane z prób rozciągania charakterystyki wytrzymałościowe stopu AZ91 wyciśniętego metodą KOBO w temperaturze pokojowej przedstawiono w formie wykresów na rysunkach 74–76. Oznaczenia próbek zawarte w tabeli 6 zostały również umieszczone w tytułach poszczególnych wykresów, przy czym większość z wykresów ma charakter zbiorczy. Kolejność wykresów pokrywa się ze wzrostem wartości współczynnika λ.

a b

Rysunek 74. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16 oraz częstością obrotu matrycy:

a) f=3Hz, b) f=6Hz oraz krzywe rozciągania odlewu wyjściowego wykonanego w formie piaskowej.

a b

Rysunek 75. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w formie metalowej (kokili) i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16 oraz częstością obrotu

matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz oraz krzywe rozciągania odlewu wyjściowego wykonanego w formie kokilowej.

a b

Rysunek 76. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91: a) wykonanego metodą odlewania półciągłego i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16 oraz częstością obrotu matrycy f=3Hz, b) wykonanego metodą squeeze casting i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16 i częstością obrotu matrycy f=6Hz oraz krzywe rozciągania odlewów

wyjściowych.

Tabela 7. Wyniki pomiaru wytrzymałości na rozciąganie - Rm dla stopnia przerobu λ=16 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Rm, Rp0,2 [MPa] stan lany Rm (3Hz) Rp0,2 (3Hz) Rm (6Hz) Rp0,2 (6Hz) Kokila 170 392 346 234 226 Squeeze casting 202 - - 350 271 Odlew półciągły 227 428 372 - - Odlew piaskowy [p] 125 372 345 295 250 Odlew piaskowy [ś] 125 369 342 300 231 Odlew piaskowy [k] ^{125 352 326 289 221}

Tabela 8. Wyniki pomiaru wydłużenia A dla stopnia przerobu λ=16 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Wydłużenie A[%]

stan lany 3Hz 6Hz Kokila 4 1,5 0,8 Squeeze casting 7,3 - 7,7 Odlew półciągły 0,2 2,6 - Odlew piaskowy [p] 1,6 3,4 3,3 Odlew piaskowy [ś] 1,6 1,5 6,4 Odlew piaskowy [k] 1,6 1,7 5,8

a b

Rysunek 77. Wpływ częstości obrotu matrycy f na Rm i Rp0,2 podczas wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16, b) Wpływ częstości obrotu matrycy f na A podczas wyciskania metodą

KOBO ze stopniem przerobu λ=16.

Przedstawione na rysunkach 74-76 przykładowe krzywe rozciągania odnoszą się do próbek odkształconych metodą KOBO z najmniejszym stopniem przerobu λ=16 oraz częstotliwością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz. Pokazują one wyraźny wzrost wytrzymałości na rozciąganie oraz plastyczności w przypadku próbki AZ91XXIII P5 oraz próbki AZ91pXXIV odlewu wykonanego w formie piaskowej i wyciskanej metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=16 oraz częstotliwością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz względem próbki odlewu wyjściowego wykonanego w jednorazowej formie piaskowej. Natomiast, w przypadku próbki kokilowej zaobserwowano znaczny przyrost wytrzymałości na rozciąganie przy spadku plastyczności. Wyniki pomiaru wartości R_m pokazano w tabeli 7, zaś A w tabeli 8 oraz na rysunkach 77a, b. Zgodnie z tabelą 7 najwyższą wartość R_m równą 428MPa uzyskano w przypadku rozciągania próbki odlewu półciągłego wyciskanego metodą KOBO z częstotliwością 3Hz. W wyniku zmiany częstotliwości obrotu matrycy wartości Rm

uległy zmniejszeniu. Na podstawie wyników pomiaru wydłużenia A zgrupowanych w tabeli 8 stwierdzono najwyższą jego wartość, równą 7% w przypadku próbki odlewanej metodą squeeze casting wyciskanej metodą KOBO z częstotliwością obrotu matrycy 6Hz. Zmiana częstotliwości z 3Hz na 6Hz powoduje wzrost wydłużenia próbek.

Na rysunkach 78-80 pokazano przykładowe krzywe rozciągania próbek odkształconych metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 oraz częstotliwością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz.

a b

Rysunek 78. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 oraz częstością obrotu matrycy: a) f=3Hz,

b) f=6Hz oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego w formie piaskowej.

a b

Rysunek 79. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91wykonanego w formie metalowej (kokili) i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 oraz częstością obrotu

matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego w formie kokilowej.

a b

Rysunek 80. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91wykonanego metodą odlewania półciągłego i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 oraz częstością obrotu matrycy:

a) f=3Hz, b) f=6Hz, oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego metodą półciągłego odlewania.

a b

Rysunek 81. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91wykonanego metodą squeeze casting i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 oraz częstością obrotu matrycy:

a) f=3Hz, b) f=6Hz, oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego.

Tabela 9. Wyniki pomiaru wytrzymałości na rozciąganie - Rm dla stopnia przerobu λ=25 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Rm, Rp0,2 [MPa] stan lany Rm (3Hz) Rp0,2(3Hz) Rm (6Hz) Rp0,2(6Hz) Kokila 170 412 398 311 230 Squeeze casting 202 453 410 327 170 Odlew półciągły 227 453 412 337 227 Odlew piaskowy [p] 125 335 274 266 210 Odlew piaskowy [ś] 125 316 260 275 195 Odlew piaskowy [k] 125 290 232 316 201

Tabela 10. Wyniki pomiaru wydłużenia A dla stopnia przerobu λ=25 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Wydłużenie A[%]

stan lany 3Hz 6Hz Kokila 4 1,3 10,5 Squeeze casting 7,3 10,2 19 Odlew półciągły 0,3 2,6 14 Odlew piaskowy [p] 1,6 5 2,8 Odlew piaskowy [ś] 1,6 4,6 4,9 Odlew piaskowy [k] 1,6 3 11

a b

Rysunek 82. a) Wpływ częstości obrotu matrycy f na Rm i Rp0,2 podczas wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25, b) Wpływ częstości obrotu matrycy f na A podczas wyciskania metodą

KOBO ze stopniem przerobu λ=25.

Na podstawie wyników pomiaru Rm oraz A zamieszczonych w tabeli 9 i 10 stwierdzono, że w przypadku próbki odlewanej do formy piaskowej i wyciskanej metodą KOBO z częstotliwością f=3Hz i λ=25 osiągnięto maksymalną wartość Rm równą 334MPa i wydłużenie 5%. Próbka wyciskana z częstotliwością f=6Hz, w odcinku końcowym osiągnęła wartość Rm równą 316MPa i wydłużenie sięgające 12%. Odlew kokilowego poddany wyciskaniu metodą KOBO z częstotliwością f=3Hz nabył wysokiej, równej 411MPa wartości Rm, jednakże w tym przypadku wydłużenie osiągnęło 1,25%. Ale już w przypadku próbki wyciskanej z częstotliwością f=6Hz wydłużenie wzrosło do 10%. Odlew półciągły wyciskany z częstotliwością f=3Hz posiada wysoką wartość Rm=453MPa oraz wydłużenie 1,25%. I w tym przypadku zmiana częstotliwości z 3 na 6Hz poskutkowała wzrostem odkształcenia do 14%. Próbka odlewu squeeze casting wyciskana metodą KOBO zachowała się w próbie rozciągania odmiennie od pozostałych, bowiem już przy częstotliwości obrotu matrycy 3Hz osiągnięto wysoką wartość Rm=450MPa i wydłużenie 11%. Zmiana częstotliwości wpływa korzystnie na wzrost odkształcenia do 20%. Należy podkreślić, że tak wysokie właściwości mechaniczne w przypadku stopu AZ91 są niemożliwe do osiągnięcia metodą konwencjonalnego wyciskania bez dodatkowych zabiegów. Atutem metody KOBO na tle innych metod SPD jest możliwość uzyskania prasówki o charakterze półproduktu lub wręcz produktu w temperaturze pokojowej. Wyniki pomiaru A pokazano w tabeli 10 oraz na rysunkach 82. Z kolei rysunki 83-86 przedstawiają przykładowe krzywe rozciągania próbek odkształconych metodą KOBO ze współczynnikiem λ=44,4 oraz częstotliwością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz.

a b

Rysunek 83. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w formie piaskowej i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego

w formie piaskowej.

a b

Rysunek 84. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91wykonanego w formie metalowej (kokili) i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu

matrycy: a) f=3Hz,b) f=6Hz na tle krzywej rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego w formie kokilowej.

a b

Rysunek 85. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego metodą odlewania półciągłego i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy: a) f=3Hz, b) f=6Hz, oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego wykonanego

a b

Rysunek 86. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego metodą squeeze casting i wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 oraz częstością obrotu matrycy:

a) f=3Hz, b) f=6Hz, oraz krzywe rozciągania próbki odlewu wyjściowego.

Tabela 11. Wyniki pomiaru wytrzymałości na rozciąganie - Rm dla stopnia przerobu λ=44,4 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Rm , Rp0,2[MPa] stan lany Rm (3Hz) Rp0,2(3Hz) Rm (6Hz) Rp0,2(6Hz) Kokila 170 355 138 ₃₆₅ 163 Squeeze casting 202 417 138 ₃₄₄ 257 Odlew półciągły 227 460 425 ₃₂₉ 252 Odlew piaskowy [p] ^{125 437 371 300 227} Odlew piaskowy [ś] 125 317 248 ₂₉₁ 203 Odlew piaskowy [k] 125 330 237 ₃₀₀ 204

Tabela 12. Wyniki pomiaru wydłużenia A dla stopnia przerobu λ=44,4 oraz częstotliwości obrotu matrycy f=3Hz i 6Hz.

Nazwa Wydłużenie A[%]

stan lany 3 Hz 6 Hz Kokila 4 8,2 10,6 Squeeze casting 7,3 6,5 6,2 Odlew półciągły 0,2 2,4 6,7 Odlew piaskowy [p] 1,6 1,8 6,3 Odlew piaskowy [ś] 1,6 5,8 6,9 Odlew piaskowy [k] 1,6 8,8 7,4

a b

Rysunek 87. a) Wpływ częstości obrotu matrycy f na Rm i Rp0,2 podczas wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4, b) Wpływ częstości obrotu matrycy f na A podczas wyciskania metodą

KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4.

W przypadku odlewu piaskowego wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=44,4 i z częstotliwością obrotu matrycy f=3Hz dokonano podziału odcinka prasówki na początkowy, środkowy i końcowy. Zauważono silny wzrost umocnienia w przypadku próbki pobranej z początku prasówki przejawiający się wartością Rm na poziomie 450MPa i wydłużeniem 1,7%. Pobrane z dalszej części prasówki próbki zyskały na plastyczności osiągając 5,9% w środkowej, a nawet 9% wydłużenia w końcowej części. Jest to typowe zachowanie prasówki w trakcie wyciskania metodą KOBO ze stałą częstotliwością obrotu matrycy [238]. W początkowej fazie bowiem występuje stosunkowo małe przesycenie stopu defektami punktowymi, co ma miejsce w coraz większym stopniu w trakcie trwania procesu. Z czasem rośnie także temperatura stopu spowodowana tarciem wewnętrznym oraz tarciem w układzie narzędzie materiał. Może pojawić się zjawisko rekrystalizacji dynamicznej przeciwstawiające się procesowi umocnienia, co przejawia się zwiększeniem plastyczności stopu, a w mikrostrukturze pojawianiem się nowych zrekrystalizowanych ziaren. Zmiana częstotliwości obrotu matrycy z 3Hz na 6Hz istotnie wpłynęła na wzrost plastyczności, ponieważ wydłużenie wyniosło 11%.

W przypadku odlewu kokilowego wyciskanego metodą KOBO maksymalna wartość Rm była równa 350MPa, natomiast wydłużenie wyniosło 8%. Zwiększenie częstotliwości obrotu matrycy nie tylko nie zmniejszyło wytrzymałości mierzonej Rm, której maksymalna wartość wyniosła 350MPa, ale przyczyniło się do wzrostu wydłużenia do 6,9%. Podobnie zachowywała się próbka odlewu półciągłego dla której maksymalna wartość Rm wyniosła nawet 450MPa przy maksymalnym wydłużeniu 1,4%. Próbka tego samego odlewu półciągłego, wyciskana z częstotliwością f=6Hz osiągnęła wartość wydłużenia 6,7%. Natomiast w przypadku próbki odlewu wykonanego metodą squeeze casting zarejestrowano

R_m równe 450MPa i wydłużenie równe 6,3%, natomiast po zmianie częstotliwości obrotu matrycy z 3Hz na 6Hz wydłużenie zachowało podobną wartość. Wpływ zmiany częstotliwości obrotu matrycy oraz stopnia przerobu λ na wartość Rm przedstawiono w tabeli 13 i na zbiorczym wykresie, zamieszczonym na rysunku 88.

Tabela 13. Wpływ stopnia przerobu λ i częstotliwości obrotu matrycy na wartość Rm stopu AZ91 wyciskanego metodą KOBO.

Nazwa Rm[MPa] stan lany λ=16 λ=25 λ=44,4 3Hz 6Hz 3Hz 6Hz 3Hz 6Hz Kokila 170 392 233 412 311 355 365 Squeeze casting 202 - 350 453 327 417 344 Odlew półciągły 227 428 - 453 337 460 329 Odlew piaskowy [p] 125 372 295 335 265 437 300 Odlew piaskowy [ś] 125 368 300 316 275 317 291 Odlew piaskowy [k] 125 351 289 290 316 329 300

Rysunek 88. Zależność Rm od stopnia przerobu λ i częstości obrotu matrycy f dla stopu AZ91 wyciskanego metodą KOBO.

Po wyciskaniu metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=100, z prasówki wykonano próbki wytrzymałościowe - nienormowane o wymiarach podstawowych, d0=4mm, L0=50mm, które następnie rozciągano w statycznej próbie rozciągania.

a b

Rysunek 89. Przykładowe krzywe rozciągania odlewu ze stopu AZ91 wykonanego w jednorazowej formie piaskowej a) i w formie metalowej (kokili) b) wyciskanego metodą KOBO ze stopniem

przerobu λ=100 oraz częstością obrotu matrycy f=6Hz, wraz z charakterystykami materiału wyjściowego.

Tabela 14. Wytrzymałość na rozciąganie Rm uzyskane dla stopu AZ91 w próbie wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=100.

Nazwa ^{Rm [MPa]} stan lany Rm (6Hz) Kokila [p] 170 285 Kokila [ś] _{170 278} Kokila [k] 170 291 Odlew piaskowy [p] _{125 251} Odlew piaskowy [ś] _{125 248} Odlew piaskowy [k] 125 265

Tabela 15. Wydłużenie A uzyskane dla stopu AZ91 w próbie wyciskania metodą KOBO z λ=100.

Nazwa Wydłużenie A[%] stan lany 6Hz 91 KOKILA P.7p 4 3,9 91 KOKILA P.7ś 4 3,9 91 KOKILA P.7k 4 4,1 Odlew piaskowy [p] 1,6 2,3 Odlew piaskowy [ś] 1,6 1,5 Odlew piaskowy [k] 1,6 3,4

a b

Rysunek 90. Wpływ rodzaju wsadu i miejsca pobrania próbki z prasówki wyciskanej metodą KOBO na a) Rm b) A (dla próby wyciskania metodą KOBO ze stopniem przerobu λ = 100 i częstotliwością

f=6Hz).

Z analizy krzywych rozciągania pokazanych na rysunkach 89a, b, wynika, że w przypadku próbki odlewu piaskowego odkształcanej metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=100 oraz częstością obrotu matrycy wynoszącą f=6Hz możliwe jest osiągnięcie Rm na poziomie 270MPa i wydłużenia 3,8%. Pomimo wybiórczego rozciągania odcinka początkowego, środkowego i końcowego nie zarejestrowano znaczących różnic w przebiegu krzywych. Jednak najwyższe wartości Rm i A zmierzono w części końcowej próbki. Charakterystyka próbki kokilowej wyciskanej w identycznych, co próbka piaskowa warunkach wygląda na bardziej jednorodną. Niezależnie bowiem od miejsca pomiaru krzywe rozciągania niemal pokrywały się ze sobą. Nieco wyższa wartość R_{m (}na poziomie 290MPa) została zarejestrowana wraz z wydłużeniem osiągającym 5% w odcinku końcowym prasówki. Na podstawie analizy wykresu pokazanego na rysunku 90a stwierdzono wzrost wartości Rm stopu AZ91 wyciskanego metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=100 i częstotliwością obrotu matrycy f=6Hz względem stopu w stanie lanym, nawet o 100%. Na podstawie analizy wykresu pokazanego na rysunku 90b stwierdzono niewielki przyrost odkształcenia próbek odlewanych do kokili i następnie wyciskanych metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=100 i częstotliwością obrotu matrycy f=6Hz niezależnie od miejsca pobrania z wyciskanej prasówki. Natomiast w próbce końcowej odlewu piaskowego wyciskanego metodą KOBO w tych samych warunkach zaobserwowano wzrost wydłużenia do wartości 3,4%.

Tabela 16. Maksymalne wartości wydłużenia A uzyskane w wyniku wyciskania metodą KOBO.

Nazwa stan lany

Wydłużenie A[%] λ=16 λ=25 λ=44,4 λ=100 3Hz 6Hz 3Hz 6Hz 3Hz 6Hz 6Hz Kokila 4 1,5 0,8 1,3 10,5 8,2 10,6 4,2 Squeeze casting 7,3 - 7,7 10,2 19,2 6,5 6,2 - Odlew półciągły 0,3 2,6 - 2,2 14 2,4 6,6 - Odlew piaskowy [p] 1,6 3,4 3,2 5 2,8 1,7 6,3 2,3 Odlew piaskowy [ś] 1,6 1,5 6,4 4,6 4,9 5,8 7 1,6 Odlew piaskowy [k] 1,6 1,7 5,8 3 11,2 8,8 7,5 3,4

Rysunek 91. Zależność wydłużenia A od stopnia przerobu λ i częstości obrotu matrycy f, a także miejsca pobrania próbki z prasówki dla stopu AZ91 wyciskanego metodą KOBO.

Z analizy wykresu zbiorczego przedstawionego na rysunku 91 wynika, że odlew prasowany w stanie ciekłym metodą squeeze casting poddany wyciskaniu metodą KOBO ze stopniem przerobu λ=25 i częstością f=6Hz uzyskuje w całym eksperymencie najwyższe wydłużenie na poziomie 19%. Jednocześnie zaobserwowano ogólny wzrost plastyczności w przypadku próbek wyciskanych metodą KOBO względem próbek w stanie lanym, przy czym najniższy wzrost towarzyszył próbkom piaskowym i kokilowym wyciskanym z największym stopniem przerobu λ=100 i częstotliwością f=6Hz.