Odkształcalność odlewniczego stopu AZ91
W niniejszej rozprawie zaprezentowano efektywną formę kształtowania struktury i właściwości odlewniczego stopu MgA19Zn1 metodą KOBO. Stwierdzono, że stop którego właściwości w stanie lanym pozostają na niskim poziomie, posiada szeroki zakres właściwości mechanicznych możliwych do uzyskania w drodze doskonalenia jego procesu technologicznego - szczególnie przy zastosowaniu procesu wyciskania metodą KOBO z obustronnie obracaną matrycą. Pracę podzielono na część teoretyczną i doświadczalną (praktyczną). W części teoretycznej zawarto opis właściwości magnezu i jego stopów oraz wykazano aplikacyjny charakter tych ultralekkich materiałów na podstawie licznych przykładów zawartych w literaturze. W kolejnym rozdziale scharakteryzowano stop AZ91, zwłaszcza pod kątem kształtowania jego struktury i właściwości za pomocą konwencjonalnych i niekonwencjonalnych metod przetwórstwa metali. W tej części opisem objęto metody odlewnicze, najefektywniejsze metody przeróbki plastycznej oraz metody przetwarzania z wykorzystaniem dużych odkształceń plastycznych SPD (ang. severe plastic deformation). Wyszczególniono również metody łączące cechy przeróbki plastycznej i odlewnictwa. Metodzie KOBO poświęcono osobny rozdział, w którym dokonano jej szczegółowej charakterystyki, a następnie skrótowo opisano jej warianty rozwojowe. Część praktyczna została poświęcona realizacji zasadniczego celu, czyli podwyższeniu wytrzymałości i plastyczności odlewniczego stopu z gatunku AZ91 (MgA19Zn1) przez zastosowanie wyciskania z obustronnie obracaną matrycą (KOBO). Wlewki ze stopu AZ91, uzyskane z odlewów wykonanych metodą odlewania do formy jednorazowej (piaskowej), trwałej - metalowej (kokili), metodą odlewania półciągłego oraz metodą prasowania w stanie ciekłym (ang. squeeze casting) wyciskano konwencjonalnie w temperaturze 370°C i metodą KOBO w temperaturze pokojowej, nadając im postać drutów o średnicach D równych odpowiednio: 25, 21, 15 mm (λ=16, 25, 45) w procesie konwencjonalnym oraz 10, 8, 6, 4 mm (λ = 16, 25, 44,4, 100) w procesie wyciskania metodą KOBO. W obu przypadkach, niezależnie od sposobu
przygotowania odlewu (odlew piaskowy, kokilowy, półciągły, prasowany w stanie ciekłym), uzyskano wzrost wytrzymałości, jak również w niektórych przypadkach wzrost plastyczności względem stanu lanego. Stwierdzono, że już samo odkształcenie plastyczne realizowane poprzez wyciskanie konwencjonalne przyczynia się do znacznego umocnienia stopu, co dokumentują charakterystyki mechaniczne w postaci wykresów rozciągania. Z kolei efektem zastosowania metody KOBO był nie tylko wzrost parametrów mechanicznych, ale również rozdrobnienie i ujednorodnienie typowo odlewniczej struktury stopu. Względem metody konwencjonalnego wyciskania metoda KOBO jest procesem charakteryzującym się niskim przebiegiem siły niezbędnej do realizacji procesu wyciskania, który można realizować zarówno w temperaturze otoczenia, jak i w temperaturze podwyższonej. Wyróżnia się on także na tle znanych metod SPD, pozwala bowiem na uzyskanie silnie rozdrobnionej mikrostruktury oraz wysokich parametrów mechanicznych w warunkach w pełni produkcyjnych. Wykazano we wnioskach, że materiały trudno odkształcane w temperaturze pokojowej, do których bez wątpienia należą odlewnicze stopy z układu Mg-Al-Zn, mogą na skutek odkształcania metodą KOBO nabrać cech nadplastycznych.
This paper presents an effective technique of forming the structure and properties of an MgA19Zn1 casting alloy with the application of the KOBO method. It was found that the alloy with a low level of properties in a cast state features a high potential for mechanical properties. These can be produced by improving the manufacturing process, especially through the application of the KOBO method of extrusion with a double-sided die. This paper features both a theoretical part and an experimental (practical) element. The theoretical part includes a description of the properties of magnesium and its alloys. It also demonstrates the application characteristics of these ultralight alloys, backed by many examples from reference literature. A subsequent section in the theoretical part provides a characterisation of an AZ91 alloy. This section is specifically focused on the forming of the AZ91 structure and properties of the alloy with conventional and unconventional metallurgical conversion processes. This section of the theoretical part includes a selection of casting method, the most effective plastic working methods, and the conversion methods which entail high SPD (severe plastic deformation) techniques. Other methods included in the section combine features of plastic working and founding. The KOBO method is featured in a separate section which provides its detailed characteristics and a brief description of the development versions of KOBO. The experimental (or practical) part describes the achievement of the primary objective presented in this paper. This is the improvement of strength and plastic workability of MgA19Zn1 (an AZ91 alloy) by application of the double-sided die extrusion process known as KOBO. Ingots of the AZ91 alloy produced by investment casting, die casting, semi-continuous (direct-chill) casting and squeeze casting were extruded in a conventional process at 370°C. These were done largely in the KOBO process at ambient temperature to produce wires with diameter D equal to, respectively: 25, 21, 15 mm (λ = 16, 25, 45) from the conventional process, and 10, 8, 6, 4mm (λ = 16, 25, 44,4, 100) from the KOBO process. In both processes and irrespective of the casting process of the ingots (investment casting, die casting, semi-continuous / dc casting or squeeze casting), the resulting product’s strength was increased along with - in some specimens only - plastic workability in comparison to
the cast state. It was found that the plastic deformation alone caused by conventional extrusion significantly strengthens the tested alloy, as documented in the mechanical characteristics shown in tensile strength charts. The effects of the KOBO process not only included an improvement of the strength (mechanical) properties, but also a refinement and homogenisation of the typical cast alloy structure. Unlike the conventional extrusion process, KOBO featured a low trend of the strength required to complete the extrusion cycle, which itself can be performed at ambient or high temperatures. Unlike conventional and widely known SPD methods, KOBO can produce a highly refined microstructure and high mechanical strength in production processing. As demonstrated in the conclusions of this paper, materials which are hardly deformable at ambient temperature and include MgA1Zn alloys, can achieve super-plastic properties by deformation with the KOBO method.
