Deformační chování hořčíkové slitiny AZ31 za tepla

Abstract

Hořčíkové slitiny, jež jsou charakteristické svou nízkou měrnou hmotností a dobrými pevnostními vlastnostmi po tepelném zpracování, jsou v současné době žádané hlavně v leteckém a automobilovém průmyslu. Většina slitin hořčíku je zpracována za vysokých teplot kvůli špatné tvařitelnosti za pokojové teploty. Způsobuje to především samotný hořčík, jenž nepříznivě krystalizuje v hexagonální těsně uspořádané soustavě, čímž se liší od většiny technických kovů krystalizujících v soustavě kubické. Tvařitelnost hořčíkových slitin významně závisí na teplotě i rychlosti deformace a velikosti zrna. Důležitý je vliv odpevňovacích procesů na konečné mechanické vlastnosti. Předkládaná disertační práce se proto zabývá co možná nejkomplexnějším popisem deformačního chování vybrané hořčíkové slitiny s označením AZ31, která se řadí mezi jednu z nejčastěji používaných hořčíkových slitin pro tváření. Za tímto účelem bylo provedeno několik vybraných experimentů, ať už se jedná o válcování za tepla nebo tlakové zkoušky na plastometrickém simulátoru Gleeble 3800, popřípadě jiné, za účelem získání co možná nejvíce výstupních dat a jejich následné zpracování, resp. porovnání. Na laboratorní válcovací trati Tandem byl proveden experiment vedoucí k získání matematického modelu středních přirozených deformačních odporů (ps) hořčíkové slitiny s 2,8 hm. % Al. Vycházelo se z měření válcovacích sil při válcování plochých vzorků s odstupňovanou tloušťkou. Naměřené hodnoty válcovacích sil byly převedeny na hodnoty ps. Na plastometru Gleeble 3800 byly provedeny tlakové zkoušky hořčíkové slitiny Mg-3Al-1Zn (AZ31) při různé teplotě a deformační rychlosti. Deformační chování a zejména tvar napěťových křivek slitiny AZ31 se významně liší při nízkých a vysokých hodnotách Zenerova-Hollomonova parametru Z. Regresní a statistická analýza experimentálních dat jednoznačně potvrdila, že nelze jednotnou rovnicí popsat celý soubor dat. Byly proto vyvinuty dva matematické modely umožňující predikci deformačních napětí zkoumané hořčíkové slitiny v závislosti na teplotě, deformaci a deformační rychlosti, a to se zahrnutím vlivu dynamické rekrystalizace. Základní předností vyvinutých originálních modelů je jejich relativní jednoduchost a vhodnost k rychlé aplikaci v širokém rozsahu deformačních podmínek.

Magnesium alloys, for which low specific weight and good strength properties after heat treatment are characteristic, are currently demanded mainly in aeronautical and automotive industry. Most magnesium alloys are processed in high temperatures due to unfavourable formability at the room temperature. It is caused above all by magnesium itself, which crystallises in the hexagonal system with tight arrangement. By this magnesium differs from most technical metals that crystallise in the cubic system. Formability of magnesium alloys depends significantly on temperature and strain rate and on grain size. Influence of softening processes on final mechanical properties is important. Present dissertation concerns therefore deals with the most complete possible description of the deformation behavior of selected magnesium alloy AZ31 with the designation, which ranks among one of the most commonly used magnesium alloys for forming. For this purpose have also been several selected experiments, whether it is a hot-rolled or pressure tests on Gleeble simulator plastometric 3800, or other, to obtain as much as possible the output data and their subsequent treatment, respectively comparing. An experiment leading to obtain the mathematical model of the mean equivalent stress (ps) of magnesium alloy with 2.8 wt. % Al was realized in laboratory rolling mill Tandem. It was based on the measurement of rolling forces during hot rolling of the flat samples with varying thickness. The measured rolling force values were converted to the ps values. Compression tests of magnesium alloy Mg-3Al-1Zn (AZ31) at different temperatures and strain rate were made on plastometer Gleeble 3800. Deformation behaviour and particularly shape of stress-strain curves of the alloy AZ31 differ significantly at low and high values of Zener-Hollomon parameter Z. Regression and statistical analysis of experimental data have confirmed unequivocally, that it was impossible to describe by a uniform equation the whole set of data (i.e. traditional stress-strain curves, as well as those with atypical initial stage, given by the massive twinning). That’s why two mathematical models were developed enabling prediction of the flow stress of investigated magnesium alloy in dependence on temperature, strain and strain rate, with inclusion of the influence of dynamic recrystallisation. Basic advantage of the developed original models consists in their relative simplicity and suitability for a rapid application in an extensive range of deformation conditions.