Zlitinski sistem Al-Cu iz skupine 2xxx

Aluminijeve zlitine iz skupine 2xxx, ki temeljijo na sistemu Al-Cu, imajo visoko trdnost in nizko specifično težo, kar zagotavlja široko uporabo iztiskovanih proizvodov iz tovrstnih zlitin za konstrukcijske komponente, predvsem v vojaških aplikacijah. Pomembno je poudariti, da imajo omenjene zlitine slabo stopnjo preoblikovanja z iztiskovanjem, kar zahteva visoke tlake pri preoblikovanju, kar se kaže v nizkem faktorju iztiskanja.⁴⁵ Baker med staranjem zelo pomembno prispeva k trdnostnim lastnostim zlitine. Razvoj tovrstnih zlitin temelji na potrebah letalske industrije. Raziskave so prispevale k poznavanju optimalnega razmerja mehanskih in trdnostnih lastnosti med utrjevanjem zlitine.¹¹

Fazni diagram je osnovno orodje za določevanje in razumevanje različnih kemijskih sestav, toplotnih stanj (termičnih obdelav) in njihovih mikrostruktur. Pri Al-zlitinah se fazni diagram uporablja za določanje temperature strjevanja določenih faz, tvorbe vrste faz, načrtovanje toplotnih obdelav itd.²

Binarni fazni diagram Al-Cu (slika 2), ki predstavlja osnovo za vse Al-zlitine skupine 2xxx, obsega dve evtektični in kar štiri peritektična fazna ravnotežja. Precej več različnih reakcij in premen se zvrsti v Cu-kotu faznega diagrama. Od temperature tališča bakra pri 1083 °C se proti Al-kotu, katerega tališče je zabeleženo pri 660,5 °C, zvrsti kar dvanajst različnih modifikacij faz v kombinaciji aluminija in bakra. Od tega jih je zgolj pet stabilnih pri sobni temperaturi (25 °C). Veliko bolj kot celotni fazni diagram Al-Cu je uporabna in obravnavana zgolj leva polovica (slika 3), kjer se pri sobni temperaturi v evtektik združita fazi α-Al in θ. Slednja je poznana tudi kot faza Al2Cu, ki ima temperaturo tališča pri 590,5 °C. Opisana faza pri temperaturi evtektičnega ravnotežja 548,2 °C v faznem diagramu obsega zgolj manjši del (od 52,5 mas. % do 53,5 mas. %), ki se proti sobni temperaturi še manjša oz. oži. Točka evtektične reakcije je pri že navedeni temperaturi najpogosteje postavljena pri 33,2 mas. %. Evtektik (α-Al + θ) obsega področje faznega diagrama vse do skrajnega levega Al-kota. Maksimalna topnost bakra v α-Al je pri 548,2 °C postavljena na 5,6 mas. %, proti sobni temperaturi pa se tudi področje α-Al krči, tako kot θ področje. Zgolj redke industrijsko kot

7

tudi raziskovalno uporabljene Al-Cu zlitine, med katere sodi tudi EN AW-2011, imajo v svoji kemijski sestavi več kot 5 mas. % Cu, kar postavlja ob prisotnosti α-Al v mikrostrukturi tudi zajeten del evtektika (α-Al + θ) (slika 4a). Evtektska Al2Cu faza se po homogenizaciji izoblikuje v bolj zaobljeni in kompaktni obliki (slika 4b), polega tega pa toplotna obdelava omogoča tudi izločanje izločkov na osnovi bakra.^12–14

Slika 2: Fazni diagram Al-Cu z označenimi področji stabilnih faz^{12, 13}

8

Slika 3: Fazni diagram Al-Cu do 60 mas. % Cu^{12, 13}

Slika 4: Mikrostrukturna posnetka Al2Cu faze v zlitini EN AW-2011: a) v litem stanju; b) po homogenizacijskem žarjenju¹⁴

Za komercialno uporabo je malo zlitin iz skupine 2xxx. Najbolj so uporabljene zlitine EN AW-2011, -2025 in -2219. Zlitina EN AW-2011 (Al-5,5Cu) ima dobre obdelovalne lastnosti, kar omogoča izdelavno izdelkov, namenjenih mehanski obdelavi.^15–17 Za določene odkovke se uporablja zlitina EN AW-2025. Vendar jo je v veliki meri nadomestila zlitina EN AW-2219 (Al-6,3Cu), ki ima uporabnejšo kombinacijo lastnosti, hkrati pa se uporablja tako za pločevino kot tudi za iztiskovane proizvode.⁸ Li in sodelavci¹⁸ so v svoji raziskavi, kjer so uporabili sorodno zlitino EN AW-2014, ugotavljali vpliv dodatka silicija na tvorjenje faz in uporabnost sorodnih zlitin. Za zlitino AA2014 so ugotovili, da sta izločevalno-utrjevalni fazi θ' (Al2Cu) in Q'(AlCuMgSi), pri čemer se z dodatkom silicija med staranjem močno poveča število Q' faz.¹⁸

9 2.3 Zlitina EN AW-2011

Zlitina EN AW-2011 je bila prvič izdelana leta 1934¹⁹ in ima visoko trdnost. K zlitini se lahko dodajajo majhne količine svinca in bizmuta, ki sta tako rekoč netopna v aluminiju.¹⁹ Zaradi strupenosti svineca, se ga danes nadomešča z drugimi elementi, sočasno se tako zavijajo tako imenovane eko zlitine. Prednost bizmuta je v tem, da se med strjevanjem razteza in s tem kompenzira krčenje svinca med strjevanjem. Mikrostruktura zlitine EN AW-2011 je sestavljena iz primarnih kristalov α-Al, igličaste evtektične faze Al9Fe2Si2, ki se pojavlja na mejah kristalnih zrn, evtektične faze Al2Cu ter okroglastih delcev svinca in bizmuta (slika 5). 1, 16, 17, 19, 20

Zlitina EN AW-2011 se polkontinuirno lije v drogove, ki se iztiskujejo v polizdelke kot palice, cevi in žice ter se nadalje preoblikujejo v končne izdelke za naslednje aplikacije: vijačne strojne izdelke, aplikativne dele in opremo, orožje, avtomobilsko industrijo, elektroniko, strojno opremo in strojne dele.¹

100 µm

α-Al

Bi Al2Cu

Al9Fe2Si2

Slika 5: Mikrostruktura zlitine EN AW-2011

10

2.4 Procesna pot izdelave palic iz zlitine EN AW-2011

Najpogostejša procesna pot v kovinskopredelovalni industriji za področje stiskalništva obsega litje, homogenizacijsko žarjenje, iztiskanje in končno toplotno obdelavo. Za uspešno izvedbo končnega proizvoda je treba zagotoviti ustrezno izvedbo vsakega od naštetih členov v procesni verigi. Zaradi težnje po doseganju vedno boljših izdelkov tako iz tehnološkega kot tudi iz ekonomskega vidika pa so za optimizacijo procesne poti, kjer so v ospredju predvsem izboljšave toplotnih obdelav, tovrstni izzivi ena od prioritet raziskovalnih in razvojnih sektorjev v industrijskem stiskalništvu.

2.4.1 Litje

V 20. letih prejšnjega stoletja je naraslo povpraševanje po velikih kovanih Al-izdelkih za letalsko industrijo, kar je ključno vplivalo na ulivanje aluminijastih ingotov. S povečanjem premera ingota je nastala nesprejemljivo groba mikrostruktura. V zlitini z enakovredno sestavo današnje zlitine EN AW-2024 so se pojavili veliki intermetalni delci, ki so povzročali pokanje med valjanjem in kovanjem. Groba mikrostruktura z večjim deležem intermetalnih faz je posledica premajhnega odvajanja toplote kokile. Za reševanje tega problema se je razvila metoda vertikalnega polkontinuirnega litja ingotov (directchill casting-DC). DC je polkontinuirna metoda litja ingotov, ki zagotavlja sorazmerno enakomerno mikrostrukturo po preseku. Najpogosteje se ingoti lijejo v vertikalni smeri, saj je tako zagotovljen največji nadzor nad velikostjo kristalnih zrn. Uliva se lahko več ingotov hkrati v dve različni obliki: pravokotno, kjer dobimo brame za valjane, in okroglo, kjer se zlitina strjuje v drog za nadaljnje iztiskovanje ali vlečenje.¹⁶

Slika 6 prikazuje shemo procesa vertikalnega polkontinuirnega litja. Ko se kokila napolni s talino, se začne dno pomikati navzdol, s tem nastane profil strjevanja. Oblika tega profila strjevanja je odvisna od nastavitev pretoka plina na livni mizi, pretoka zraka skozi grafitni obroč, prepustnosti grafitnega obroča, pretoka hladilne vode, hitrosti litja in temperature taline.^{8, 16, 20} V splošnem se za DC-litje uporabljajo naslednji parametri litja: temperatura se giblje med 690 °C in 725 °C s hitrostjo litja 3–20 cm/min in pretokom vode 2000–4000 mm³/s na 1 mm obsega kokile, kar znaša za 200 mm obseg kokile 75–150 l/min.²¹

11

Slika 6: Shematski prikaz vertikalnega polkontinuirnega litja z označenimi deli v konstrukciji ²² Strjevanje drogov pri DC-litju je neravnotežno in poteka na naslednji način:

Začetna cona (IMC – Initial Mold Chill Zone): V tej fazi staljeni aluminij stopi v stik s steno kokile.

Zaradi prenosa toplote s prevajanjem skozi steno kokile nastane trdna skorja. To območje se drugače imenuje tudi območje primarnega ohlajanja.

Območje počasnega strjevanja (SC – Slow Chill Zone): V drugi fazi se strjena talina oddaljuje od stene kokile. To močno zmanjša odvod toplote. Pri nekaterih zlitinah vroča notranjost povzroči delno nataljevanje. Ta talina, ki vsebuje veliko legirnih elementov (Mg, Mn, Zr, Cu, Ti, Cr in Si), prodira po mejah kristalov in pride na površino ingota. Posledica je mehurjasta površina. Proces se imenuje likvacija oz. izcejanje. Rezultat je območje izcej (likvacijski film), kjer je vsebnost legirnih elementov večja, pod njim pa območje z manj legirnimi elementi (osiromašen film).

Napredna razdalja hlajenja (ACD – Advanced Cooling Distance): V tretji fazi (fazi sekundarnega oz. direktnega ohlajanja) je že strjena talina v stiku z vodo, kar povzroči hitro ohlajanje drogov ali bram in spremembo strjevalnega profila. Razdalja do hitrega ohlajanja je razdalja med območjem počasnega strjevanja in območjem prvega stika z vodo. Razdalja je funkcija toka vode, hitrosti litja, zlitine in temperature vode.²¹

Visoka hitrost ulivanja drogov in ingotov povzroča precej neenakomerno in neravnovesno strjevanje. Posledično se v materialu pojavljajo napake, kot so segregacije, tvorba nizkotaljivih evtektikov, neugodna oblika intermatelnih faz ali nehomogena porazdelitev legirnih elementov po kristalni mikrostrukturi. Nehomogenost kemične sestave in trdne raztopine negativno vpliva na trdnost, preoblikovanost in odpornost proti koroziji, poleg tega pa lahko zaradi segregacije v materialu nastanejo nezaželene faze. Zaradi teh napak hitrega strjevanja taline je treba material toplotno obdelati s tako imenovanim homogenizacijskim žarjenjem. Ta postopek odpravi kristalne izceje in nizkotaljive evtektike ter omogoča popravo oblike intermetalnih faz v pravilne izločke.

12

Zaradi neravnotežnega strjevanja drogov prihaja v mikrostrukturi do napak, ki so bile zgoraj omenjene. Z napakami, ki nastanejo pri DC-litju, in njihovimi posledicami so se ukvarjali Nadella in sodelavci.²¹ Izpostavili so problem makrosegregacij kot posledico številnih vplivov od mešanja, kavitacije, vibracij, metalosatičnega tlaka do plinske poroznosti. Ugotovili so, da je trenutno razumevanje makrosegregiranja temelji na dveh mehanizmih, povezanih z relativnim gibanjem med fazami v tekočem in trdnem stanju, kot tudi na heterogenosti kemijske sestave, ki je posledica načina strjevanja pri obravnavanem načinu litja. Z modeliranjem in simulacijami je posamezne segregacije in njihov delež moč predpostaviti.^{17, 80}

2.4.2 Homogenizacija

Pri neravnotežnem strjevanju ob litju drogov se pogosto tvorijo faze evtektikov, ki imajo relativno nizko temperaturo tališča.^{46, 36} Le-te se ob termomehanskih obdelavah pri povišanih temperaturah lahko stalijo, kar bi povzročilo napake materiala oz. nepopravljivo škodo iztiskanega proizvoda.²⁶ Hkrati je bilo potrjeno, da so nizkotemperaturna žarjenja manj učinkovita pri odpravi evtektikov in mikrosegregiranih faz zaradi premajhne topnosti le-teh v trdni raztopini in omejene difuzivnosti legirnih elementov. Prav tako se kot posledica neravnotežnega strjevanja pojavijo problemi makro segregacij, nezaželene oblike intermetalnih faz in heterogena porazdelitev legirnih elementov po mikrostrukturi litega droga.⁵⁰

Pred nadaljnjo predelavo ingotov in drogov v polizdelke se izvede toplotna obdelava. Tako imenovana homogenizacija se izvaja na temperaturi med 450–600 °C.²³ Namen izvedbe homogenizacije po DC-litju je zmanjšanje mikrosegregacij, hkrati se po celotnem preseku ingota odstranjujejo neravnovesja nizko taljivega evtektika, ki povzroča razpoke med nadaljnjim delom.

Pred nadaljnjim preoblikovanjem je na ta način zagotovljeno tudi kontrolirano izločevanje preseženih koncentracij raztopljenih elementov. Homogenizacija vključuje difuzijo legirnih elementov iz mej zrn in drugih bogatih območij v center zrn. V praksi znašajo časi homogenizacije od 6–24 ur, odvisno od načina litja.²⁴ Za obravnavano zlitino EN AW-2011 je predviden čas homogenizacije od 6–16 ur, odvisno od temperature homogenizacije.^{20, 82} V podjetju Impol, kjer smo izvajali eksperimente, se za obravnavano zlitino EN AW-2011 izvaja homogenizacija drogov v kontinuirani peči pri 520 °C 6 ur. Ob koncu toplotne obdelave pa sledi ohlajanje, predpisano glede na nadaljnjo predelavo, v našem primeru se ohlaja pod vodno prho.⁸³

Homogenizacija pred iztiskanjem bo uspešna zgolj v primeru, ko bo dosežena primerno homogenizirana mikrostruktura in optimalna trdota litega droga. Prav tako je homogenizacija pred iztiskanjem pomembna za odpravo segregacij na mikro in makro ravni, modifikacijo tipa in morfologije intermetalnih faz, kar bo posledično izboljšalo sposobnost iztiskanja (preoblikovanost).²⁶ Dokazano je, da mikrostrukturne spremembe, kot so transformacije, tvorjenje novih faz (disperzoidov) in izločanje kot tudi raztapljanje izločkov med homogenizacijo, vplivajo na kasnejši postopek iztiskanja in razvoj mikrostrukture. Razvoj mikrostrukture in učinek le-te na končne mehanske lastnosti je vplivan tako s strani dodanih legirnih elementov kot tudi izvedbe toplotnih obdelav.²⁷ Z nadzorom mikrostrukture in izvedbo toplotnih obdelav se kontrolirajo tudi postopki precipitacije.³⁵

13

Prisotnost večjega deleža neravnotežnih faz, kot je pri aluminijevih zlitinah skupine 2xxx faza θ-Al2Cu, zaradi obogatitve z raztopljenimi atomi predstavlja veliko prednost pri utrjevanju materiala, hkrati pa otežuje nadaljnje raztapljanje (odstranjevanje teh faz iz mikrostrukture), kar zahteva dodatne toplotne obdelave, ki povečujejo stroške izdelave.^{48, 49} Za izboljšanje sposobnosti varjenja in trdnosti materiala se je pri več-elementarni zlitini EN AW-2014 namensko dodajal silicij.^{50, 51} Pogosto je v literaturi objavljeno, da manjši dodatek silicija v zlitine Al-Cu-Mg poveča stopnjo heterogene nukleacije, kar posledično vodi v izboljšanje učinka staranja in povišanja vrednosti trdot.^{52, 53} V mikrostrukturi zlitine EN AW-2011 največji delež predstavljajo kristalna zrna primarnega α-Al. Prav tako sta prisotni evtektski fazi Al9Fe2Si2, ki imata igličasto obliko in se tvorita na mejah kristalnih zrn, ter Al2Cu, ki ima bolj razvejano obliko. Pomembno je poudariti, da se pri obravnavani zlitini v mikrostrukturi pogosto opazijo tudi zaobljene oblike trdnih Pb in Bi delcev.^16,

53, 54 Drogovi omenjenih dveh zlitin so mnogokrat liti z DC-postopkom, v njihovih kemijskih sestavah pa najpogosteje variirata deleža mangana in železa.⁵⁵

Na tem področju je bilo izvedenih veliko raziskav. Kot primer lahko izpostavimo zlitinski sistem Al-Cu-Mg, ki po litju kaže dendritno mikrostrukturo. Ob primarni fazi (dendriti) so prisotne tudi različne evtektske faze na mejah dendritov oz. kristalnih zrn. Pogost problem pri postopkih preoblikovanja in doseganju želenih lastnosti lahko povzročajo intermetalne faze (Al2CuMg, Al2Cu, Al9FeNi, Al7Cu2Fe in Al7Cu4Ni) in nehomogeno razporejeni zlitinski elementi.^{25, 26} V obravnavanem sistemu je glavna izločena faza θ-Al2Cu. Po določenem času in pri temperaturi homogenizacije se fazi Al2CuMg in Al2Cu raztopita v matrici, ločijo se meje kristalnih zrn ter elementi postanejo bolj homogeno razporejeni, kar je osnovni namen izvedbe homogenizacije za uspešen postopek preoblikovanja in nadaljnjo obdelavo in izdelavo končnih izdelkov ^{27, 28}

Wang in sodelavci²⁸ poročajo o razvoju mikrostrukture zlitine Al-Cu-Mn po litju z DC-postopkom in nato po homogenizaciji. Zlitina ima mnogo mikrosegregacij z glavno izločeno fazo Al2Cu in nekaj Al7Cu2Fe faze. Faze kot tudi elementi so po litju bili na mejah kristalnih zrn, po homogenizaciji pa so se uspešno raztopili v matrici. Učinek izvedene homogenizacije je preučeval Adb El Aal²⁹, ki je v svoji študiji potrdil povečanje učinkovitosti staranja (izboljšanje trdote) že s primerno izvedbo homogenizacije. Kot navajajo Shengli in sodelavci,³⁰ je razlog za uspeh v povečanju končnih mehanskih lastnosti na račun uspešne homogenizacije lahko tudi dvostopenjska homogenizacija. Avtorji navajajo kot najbolj optimalno kombinacijo dvostopenjske homogenizacije zlitine Al-Cu-Li najprej pri 495 °C za 24 h, nato pa še pri 515 °C za 24 h.

Uspešnost toplotne obdelave homogenizacije vpliva tudi na trdnost materiala po procesu staranja.

Med samim procesom homogenizacije se večina sekundarnih faz raztopi v matrici oz. osnovi (primarni α-Al) v dveh stopnjah (prenos atoma skozi matrico in difuzija ob raztapljanju), ki vodita kinetiko raztapljanja.⁵⁶ Dodatni vplivni faktor na kinetiko raztapljanja predstavlja oddaljenost sistema od homogeniziranega oz. ravnotežnega stanja, ki sistemu nudi gonilno silo za vzpostavitev omenjenega stanja. Omenjeni faktor je narekovan in pogojen z izbranim načinom litja.⁴⁷

V splošnem homogenizacija kot toplotna obdelava omogoča difundiranje legirnih elementov iz mej kristalnih zrn in preostalih področij, obogatenih s posameznimi elementi proti osrednjemu delu

14

kristalnih zrn. Difuzijski čas je neposredno povezan z difuzijsko razdaljo, ki pa je opredeljena z velikostjo kristalnega zrna ali dendrita. Uspešnost homogenizacije je odvisna od izbrane zlitine, časa in temperature homogenizacije kot tudi hitrosti ogrevanja materiala do temperature homogenizacije.⁴⁷ Počasno ogrevanje rezultira v povečani stopnji nukleacije, ki posledično prinaša drobnozrnato in homogeno mikrostrukturo.⁸

2.4.3 Iztiskovanje

Po homogenizaciji litih drogov sledi iztiskovanje. Iztiskovanje ali ekstruzija je v primerjavi z valjanjem ali kovanjem sodoben proces preoblikovanja kovin in zlitin. V osnovi poznamo dva načina iztiskovanja, ki se medsebojno ločita po razporeditvi orodja in obdelovanca. V primeru, da je orodje oz. matrica postavljena na enem koncu, obdelovanec, ki ga želimo preoblikovati, pa se s pomočjo stiskalnice pomika proti ali skozenj, imenujemo direktno iztiskovanje (slika 7b). V primeru tako imenovanega indirektnega iztiskovanja pa je orodje na enem koncu zaprto, na ta konec je postavljen obdelovanec, ki se preoblikuje, ko stiskalnica pomika matrico proti njemu (slika 7a). Za indirektno iztiskovanje je značilno zmanjšanje trenja med površino obdelovanca in orodjem, kar je za primer aluminijeve zlitine prikazano na sliki 7c. Ta prikazuje odvisnost sile od pomika orodja ali obdelovanca za direktno in indirektno iztiskovanje. Pri indirektnem iztiskovanju je za enako stopnjo deformacije oz. preoblikovanje potrebno tudi do 50 % manj obremenitve (sile) kot pri direktnem iztiskovanju. Posamezne prednosti indirektnega iztiskovanja se ob manjšem trenju navezujejo tudi na manjše temperaturne spremembe in stabilnejši in bolj enakomeren tok materiala pri preoblikovanju. Veliko nižje maksimalne sile, ki so potrebne za preoblikovanje z indirektnim iztiskovanjem, omogočajo deformacije do manjših presekov, višjih temperatur in s hitrejšimi stopnjami deformacije. Indirektno iztiskovanje je manj nagnjeno k nastanku napak materiala in grobo zrnatih mikrostrukturnih področij, kar zagotavlja bolj enakomerno deformacijo po celotnem preseku obdelovanca. Življenjska doba notranjosti orodja je zaradi minimalnega trenja precej daljša od orodij za direktno iztiskovanje. Kot glavna pomanjkljivost indirektnega iztiskovanja se najpogosteje izpostavlja obsežna mehanska obdelava površine, ki je nujna zaradi toka materiala pri preoblikovanju in posledičnem kontaminiranju površine ali napak na njej.25, 31, 84

15

Slika 7: Direktno in indirektno iztiskovanje: a) shema indirektnega in b) direktnega iztiskovanja ter c) obremenitev oz. sila v odvisnosti od pomika obdelovanca ali orodja za direktno in

indirektno iztiskovanje.^{25, 84}

Parametri iztiskovanja so pogojeni z lastnostmi zlitine. Za mehkejše zlitine, kot so zlitine iz serije 6xxx, je potrebno za iztiskovanje manj sile kot pri trših zlitinah. Zlitina EN AW-2011 spada med mehkejše zlitine, saj ima veliko osnovnega α-Al ter nizko vsebnost legirnih elementov. Eno izmed meril iztiskovanja je pretočna napetost zlitine (locus on the extrusion limit diagram). Kot referenca za relativno iztiskovanje Al-zlitin je primerjava zlitine z referenčno zlitino 6063, katere indeks je 100 (tabela 3). Z naraščanjem števila je zlitina težje preoblikovalna.

Tabela 3: Primerjava relativne sposobnosti iztiskovanja Al-zlitin⁸⁵ Zlitina Relativna sposobnost

iztiskovanja

Zlitina Relativna sposobnost iztiskovanja

1000 77 3004 180

1100 86 6082 197

6063 100 2014 202

3005 106 5052 229

3003 112 5056 232

6105 134 2024 247

4047 128 5054 265

3105 126 7150 269

6061 151 7050 280

5005 154 5083 281

7004 157 5182 293

2011 171 5456 300

7075 316

16 2.5 Toplotna obdelava

Nedoseganje ustrezno visokih mehanskih lastnosti se kljub ustrezni izvedbi postopkov litja, homogenizacije in predvsem preoblikovanja lahko pojavi zaradi neustreznosti toplotnih obdelav.³² Za izbrano zlitino EN AW-2011 so v tabeli 4 predstavljene mejne vrednosti za Rm Rp0.2 in A ter trdota po Brinellu (HB). Kot je razvidno, se najvišje mehanske lastnosti zahtevajo pri stanju T8.³³ Vpliv izvedbe raztopnega žarjenja in staranja na mehanske lastnosti zlitine EN AW-2011 je predstavljen v tabeli 5. Jang in sodelavci³³ so izvedli raztopno žarjenje za 2 h pri 5 različnih temperaturah v intervalu od 510 °C do 530 °C. Najvišje vrednosti vseh preiskovanih mehanskih lastnosti so se pojavile pri 525 °C, kar se izkaže za najbolj optimalno izvedbo raztopnega žarjenja 2 h pri omenjeni temperaturi. Pri različnih izvedbah staranja se razločno vidi povezovanje povečevanja vrednosti Rm in trdote po Vickersu (HV). Z optimizacijo časa in temperature staranja se tako povečujeta obe navedeni vrednosti. Glede na najvišje dosežene vrednosti (Rm je 402 MPa in trdota 126 HV) se za najbolj optimalen potek staranja izkaže 180 °C za 8 h izvedbe toplotne obdelave.

Tabela 4: Predpisane mehanske lastnosti za zlitino EN AW-2011v različnih toplotnih stanjih³⁴

Toplotna

17

Tabela 5: Mehanske lastnosti (natezne lastnosti, trdota) za različne izvedbe raztopnega žarjenja in staranja za zlitino EN AW-2011³⁴

Mikrostrukturna analiza je ob merjenju mehanskih lastnosti ključnega pomena za karakterizacijo uspešnosti izdelka. Hkrati se z mikrostrukturnimi analizami lahko opazuje vpliv izvedbe toplotnih obdelav, kar se posledično odraža na mehanskih lastnostih.^{35, 36} Navedeno je prikazano na sliki 8,

18

kjer je ob povečevanju temperature raztopnega žarjenja pri enakem času razvidna večja rast zrn.³⁷ Za raziskovani primer na zlitini EN AW-2011 je povečevanje temperature pri raztopnem žarjenju za 5 °C pokazalo postopno povečevanje povprečne velikosti kristalnega zrna za približno 10 μm, z izjemo pri temperaturi 530 °C, kjer so zabeležili rahlo zmanjšanje zrnatosti.²⁵ Dodatek silicija ali skandija (Sc) pomaga pri zmanjševanju velikosti kristalnega zrna.³⁸ Liang in sodelavci³⁹ pa za zlitino EN AW-2024, ki ima podobno kemijsko sestavo kot EN AW-2011, ugotavljajo, da je kljub povečanju temperature homogenizacije nad 530 °C zelo težko raztopiti vse tvorjene železove faze

kjer je ob povečevanju temperature raztopnega žarjenja pri enakem času razvidna večja rast zrn.³⁷ Za raziskovani primer na zlitini EN AW-2011 je povečevanje temperature pri raztopnem žarjenju za 5 °C pokazalo postopno povečevanje povprečne velikosti kristalnega zrna za približno 10 μm, z izjemo pri temperaturi 530 °C, kjer so zabeležili rahlo zmanjšanje zrnatosti.²⁵ Dodatek silicija ali skandija (Sc) pomaga pri zmanjševanju velikosti kristalnega zrna.³⁸ Liang in sodelavci³⁹ pa za zlitino EN AW-2024, ki ima podobno kemijsko sestavo kot EN AW-2011, ugotavljajo, da je kljub povečanju temperature homogenizacije nad 530 °C zelo težko raztopiti vse tvorjene železove faze

In document MAGISTRSKO DELO (Strani 22-0)