Zvyšování užitných vlastností vybraných slitin neželezných kovů vícenásobnou plastickou deformaci

Ondřej Hilšer

Doctoral thesis

Increasing the Utility Properties of Selected Non-Ferrous Alloys by Severe Plastic Deformation

Abstract:

V současné době jsou na strojní díly, které jsou používány v průmyslu, kladeny vysoké nároky z hlediska životnosti při vyšších zatíženích. Je zřejmé, že v příštích letech se bude intenzivně vyvíjet oblast výzkumu a vývoje nových materiálů, které by svými vlastnostmi byly schopny požadované vlastnosti splnit. Dále je předpoklad intenzivního rozvoje v oblasti technologií zpracování konvenčních materiálů, aby tyto byly schopny požadované aplikační parametry splnit. Jednou ze známých metod zvýšení užitných vlastností konvenčních materiálů na bázi ocelí a slitin neželezných kovů je tváření v podmínkách vícenásobné plastické deformace (SPD), kdy vlivem tvářecího procesu dochází ke snížení průměrné velikosti zrna a dle známého Hall-Petchova vztahu teoreticky existuje lineární závislost mezi průměrnou velikostí zrna a mezí kluzu polykrystalických materiálů. Lze predikovat, že vhodným snížením průměrné velikosti zrna je možné zvýšit hodnotu meze kluzu, popř. ostatních mechanických vlastností. Velký zájem o problematiku tváření metodami, využívajících vysokého stupně přetvoření projevily především velké zahraniční firmy z automobilového (nosné strojní součásti) a medicínského průmyslu (implantáty), kde již v současné době probíhá výzkum v oblasti produkce strojních dílů pro kritické aplikace. Předkládaná disertační práce se zabývá zvyšováním mechanických vlastností hořčíkových slitin AZ61 a AZ80, tvářených metodou úhlového protlačování rovnostranným kanálem (ECAP). Hlavním cílem práce je studium vlivu aplikovaných podmínek tváření metodou ECAP na dosažené zjemnění zrna studovaných slitin. Byl analyzován vliv výchozího stavu, geometrie tvářecího nástroje pro protlačování metodou ECAP a teplota protlačování s ohledem na dosažené mikrostrukturní změny s ohledem na zvýšení efektivity daného procesu. Mikrostruktury vzorků, tvářených metodou ECAP za „optimalizovaných podmínek“, byly detailně analyzovány elektronovou mikroskopií (TEM, SEM a metoda EBSD) pro přesné stanovení mikrostrukturních změn, iniciovaných v tvářených vzorcích. Dále byl analyzován vliv SPD na změnu mechanických vlastností studovaných slitin malých vzorků a detailní měření rozložení tvrdosti dle Vickerse (HV) po průřezu vzorku.

Abstract:

At present, machine parts used in industry are subject to high demands in terms of their service life at higher loads. It is obvious that in the coming years the area of research and development of such new materials, which would be able to meet these required properties, will be intensively expanded. Furthermore, it is possible to expect an intensive development in the field of processing technologies for conventional materials as a prerequisite for meeting the required application parameters. One of the known methods of increasing the service properties of conventional materials based on steels and non-ferrous metal alloys is forming under conditions of Severe Plastic Deformation (SPD), where the forming process reduces the average grain size and according to known Hall-Petch relationship there theoretically exists a linear dependence between the average grain size and yield strength of polycrystalline materials. It can be predicted that by suitable reduction of the average grain size it is possible to increase the value of the yield strength, or possibly also of other mechanical properties. Particularly large foreign companies from the automotive (load-bearing machine parts) and medical (implants) industries have shown great interest in the method of forming using a high degree of deformation, where research focused on the production of machine parts for critical applications is already underway. The presented dissertation thesis deals with increasing mechanical properties of magnesium alloys AZ61 and AZ80 formed by the method of Equal Channel Angular Pressing (ECAP). The main aim of this work is to study the influence of applied conditions of forming by the ECAP method on the achieved grain refinement of investigated alloys. The influence of the initial state, the geometry of the extrusion tool and the extrusion temperature were analysed with respect to the achieved microstructural changes with a view to increasing the efficiency of the given process. The microstructures of samples formed by the ECAP method under "optimised conditions" were analysed in detail by electron microscopy (TEM, SEM and the EBSD method) to accurately determine the microstructural changes initiated in the formed samples. Further, the influence of SPD on the change of mechanical properties of investigated alloys of small samples was analysed and detailed measurements were performed of hardness distribution according to Vickers (HV) across the sample cross-section.

Keywords

SPD, ECAP, Tvrdost, SEM, TEM, EBSD.

Keywords

SPD, ECAP, Hardness, SEM, TEM, EBSD.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 3. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2020
• Supervisor: Stanislav Rusz
• Reader: Jiří Hrubý, Tomasz Tański, Lubomír Čížek

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Strojírenská technologie