MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR Többrétegű alumínium lemezek lágyító hőkezelésének tanulmányozása Diplomamunka Téglás Noémi Rebeka II. évf. MSc. kohómérnök hallgató 2016

2 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Fémtani, Képlékenyalakítási és Nanotechnológiai Intézet Többrétegű alumínium lemezek lágyító hőkezelésének tanulmányozása DIPLOMAMUNKA Készítette: Téglás Noémi Rebeka II. évf. MSc. Kohómérnök hallgató Konzulensek: Dr Szabó Gábor tudományos segédmunkatárs 2016.

3 Igazolás Alulírott Téglás Noémi Rebeka, OKYZ5m igazolom, és büntetőjogi felelőségem tudatában kijelentem, hogy a leadott Diplomamunkám a saját munkám. Miskolc, Igazolást átvettem. Miskolc, Téglás Noémi Rebeka, hallgató... Dr. Mertinger Valéria, intézetigazgató

4 Tartalomjegyzék Köszönetnyilvánítás... 1 Absztrakt... 2 Bevezetés Irodalmi összefoglalás Arconic Köfém Kft bemutatása Többrétegű szendvicsszerkezetű lemezek Lemez előállítás folyamata Szendvicsszerkezetű lemezek előállítási folyamata Keményforrasztás technológiája Szilíciumkorrózió Az alumínium, mint alakítható ötvözet jellemzése Gyártástechnológia és technológiai vizsgálatok bemutatása Hengerlés Lágyító hőkezelés Mikroszkópos vizsgálatok Szakítóvizsgálat Kísérleti anyagok és mintadarabok előkészítése Vizsgálati eredmények Végső hőkezelés előtti állapot Szövetszerkezet vizsgálati eredmények Szakítóvizsgálati eredmények Végső hőkezelés utáni állapot órás hőkezelés utáni szövetszerkezet vizsgálati eredmények órás hőkezelés utáni szakítóvizsgálati eredmények órás hőkezelés utáni szövetszerkezet vizsgálati eredmények órás hőkezelés utáni szakítóvizsgálati eredmények Végső következtetések Összefoglalás Irodalomjegyzék... 47

5 Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet nyilvánítani mindenkinek, aki lehetővé tette a munkámat, segítette feladatomat és részt vett a dolgozat megszületésében. Elsősorban Dr. Szabó Gábornak, amiért konzulensként támogatta munkálataimat, hasznos tanácsokkal látott el és felügyelte a dolgozat elkészítését, illetve részt vett a vizsgálatok kivitelezésében. Köszöntet szeretnék még mondani Dr. Mikó Tamásnak, aki amellett, hogy a szakítóvizsgálatokat segített szakszerűen elvégezni, tanácsokkal és szaktudásával látott el. Nélküle ez a dolgozat nem jöhetett volna létre ilyen formában. Köszönettel tartozok még Márkus Zoltánné, laboratóriumi vezetőnek, a mikroszkópos vizsgálatokhoz nyújtott segítsége miatt a mintaelőkészítésben, valamint Bán Róbert, műszaki szolgáltatónak, aki a vizsgálatra szánt szakító próbatesteket munkálta ki a lemezekből. Köszönet illeti az Arconic-Köfém Kft-t, amiért a mérésekhez rendelkezésemre bocsátotta a lemezeket. Végül, de nem utolsó sorban köszönöm a páromnak, Bratu Zoltánnak a bíztatást, a türelmet és a munkám során nyújtott segítséget. 1

6 Absztrakt Régebben az autókban található hűtők és hőcserélő berendezések vagy rézből, vagy réz forrasztószer alkalmazásával készültek. Akkoriban csupán egy-két darabot szereltek be a gépjárművekbe ilyen egységekből, mára viszont ennek a száma elérheti akár a darabot is. A járművek tömegének, valamint az alkatrészek árának csökkentése érdekében egyre gyakrabban alkalmaznak alumíniumot az előállításuk során, melynek következtében a tömegcsökkenés eredményeképp az autók fogyasztása is lecsökkent. Ebből következett, hogy az elmúlt években ugrásszerűen megnőtt az érdeklődés a többrétegű alumínium ötvözetek iránt, amelyek segítségével a hőcserélő-, hűtő, és fűtő berendezések gazdaságosan, gyorsan és megbízhatóan állíthatók elő. Ezek a többrétegű lemezek a hengerlést és kikészítést követően a vevőhöz kerülve keményforrasztáson esnek át, így készítve el az alkatrészt, amit a gépjárművekbe beépítenek. Ezen folyamat során a gyakran alkalmazott Al-Mn magötvözet újrakristályosodik, a magas Si tartalmú borító lemezek pedig a forraszanyag szerepét töltik be. A magötvözet újrakristályosodása következtében az Al-Si borítólemezben ötvözött Si bediffundálhat a maglemezbe, ami nagyban rontja a lemez, s így a végtermék mechanikai tulajdonságait, így csökkentve az élettartamát. Diplomamunkámban először irodalomkutatást végeztem, ahol arra az eredményre jutottam, hogy ha a magötvözet szemcseszerkezete a keményforrasztás után is alakított marad, akkor a Si diffúziójának mértéke jóval kisebb, mint a gömbszerű szemcseszerkezet esetén. Ebből következik, hogy nem fog tudni bejutni a lemez belsejébe. Munkám során AlMn1-es ötvözetű maglemezeket vizsgáltam. A különböző alakváltozásokon átesett lemezeket C között lágyítottam 8 illetve 24 órán keresztül. Vizsgálataim célja meghatározni, hogy az alakítások és a hőkezelési hőmérsékletek hatására, hogyan alakulnak a vizsgált mechanikai tulajdonságai, és megtalálni azt a hőkezelési időt és hőmérsékletet, ahol a lemez megfelel a vevői követelményeknek. Ezen hatások leírása érdekében szakító- és szövetszerkezet vizsgálatokat végeztem. 2

7 Bevezetés Az Msc tanulmányom alatt nyári gyakorlaton vettem részt az Arconic-Köfém Kft-nél. A cég alumínium lemezek hengerlése mellett többrétegű szendvics szerkezetű lemezek előállításával is foglalkozik. Mivel ezen technológia a gyakorlat során nagyon felkeltette az érdeklődésemet, így a diplomamunkámban ezzel szerettem volna foglalkozni. Ennek hatására többrétegű alumínium lemezek alakítást követő hőkezelése során fellépő minőségügyi problémákat vizsgáltam. A képlékenyalakítási eljárásokkal előállított termékek jelentős része hengerelt termék, azonban a hengerelt termékek csak kis hányada készül plattírozással. A felgyorsult technológiai fejlődés eredményeként ma már széles körben alkalmazzák a plattírozott termékeket, legfőképpen a tömegtermelésben előállított autóipari alkatrészek gyártásánál. A plattírozással előállított termékek stratégiai termékeknek számítanak a magas hozzáadott értéküknek köszönhetően. Ilyen többrétegű, vagy más néven bevont felületű lemez számos különböző technológiával előállítható. A bevonat a magötvözetekre készülhet robbantásos plattírozással, hengerléssel vagy esetleg ráöntéses módszerrel is. Munkám során ezek közül a hengerléssel előállított többrétegű lemezekkel foglalkoztam. A plattírozott termékek minőségével szembeni vevői elvárás mindig kettős. E szerint nem csak az előtermékkel szembeni követelmény adott (pl.: vastagság, állapot stb.), hanem a vevő felhasználást követő elvárása is. A plattírozott lemezek előállítása után az összeállított készterméket keményforrasztják, így biztosítva a lemezek közötti kötést. A forrasztás hőmérsékletén ( C) a mag ötvözet újrakristályosodik. Az újrakristályosodás során kialakuló szemcseszerkezettől jelentős mértékben függ a kristályközi korrózió és a Si szemcsehatármenti diffúziója. Ezek nagymértékben ronthatják a lemezek élettartamát. Különböző irodalmak alátámasztják, hogy nyújtott szemcseszerkezet esetén jóval kisebb mértékű a kristályközi korrózió és a forraszanyag szemcsehatármenti penetrációja [4]. Mivel a sikeres plattírozási technológia csak nagyon szűk tartományon belül módosítható, ezért a mechanikai tulajdonságok beállítását a közbenső lágyítási hőmérsékletek és hőkezelési helyek figyelembevételével célszerű végezni. Diplomamunkámban AlMn1-es ötvözeteket vizsgáltam, amiket különböző mértékben alakítottam, majd különböző hőmérsékleteken hőkezeltem. A célom egy 3

8 olyan technológia megtalálása, ahol a lemezek megfelelnek a vevői követelményeknek s mindamellett megfelelő szemcseszerkezettel is rendelkeznek, így meghosszabbítva a lemezek élettartamát. A lágyítási hőmérsékletet igyekeztem úgy megválasztani, hogy az anyagon belüli újrakristályosodás ne, csak a megújulás induljon el. Így biztosítható az alakított szemcseszerkezet, mely Si diffúzió szempontjából kívánatos. Annak érdekében, hogy a termék megfeleljen a vevői követelményeknek is, a mechanikai tulajdonságok ellenőrzésére a technológiák között szakító- és szövetszerkezet vizsgálatokat végeztem. 4

9 1. Irodalmi összefoglalás 1.1. Arconic Köfém Kft bemutatása Az Alcoa-Köfém Kft. jelenleg a világ 3. legnagyobb alumíniumipari társasága. Öt földrészen, 30 országban van jelen. Megvetette lábát az autóiparban, a repülőiparban és az építőiparban is. Az Arconic 1993-tól van jelen Magyarországon, amikor többségi tulajdont szerzett a Köfém Kft-ben akkor még Alcoa-Köfém néven. Ekkor három fő gyáregységből állt: Öntöde, Hengermű (ezek ma is az Alcoa-Köfém részét képezik) és a Présmű, amely ma a telephelyen belül, de a SAPA tulajdonában van. Az Alcoa a kezdeti jó tapasztalatok után 1996-ban szerzett 100%-os tulajdont a Köfémben. A következő 10 évben folyamatosan bővítette az Alcoa magyarországi tevékenységét: ez részben az üzletága Magyarországra hozatalával, részben világméretű akvizíciókkal történt tól profiltisztítások keretében világméretű üzletág-eladásokra került sor. E folyamatok eredményeként az Alcoa mára kialakult, stabil struktúrával rendelkezik Magyarországon szeptemberétől ARCONIC- KÖFÉM Kft. néven folytatja tevékenységét. [1] 1.2. Többrétegű szendvicsszerkezetű lemezek A hengerelt termékek csupán kis hányada készül plattírozással, azonban a plattírozással előállított lemezek stratégiai termékeknek számítanak a magas hozzáadott értéküknek köszönhetően. A plattírozásnak többféle szerepe is lehet. Ilyen lehet például, ha egy gyenge vegyi ellenállóképességű félkész lemezt, fokozott vegyi ellenállóképességű tiszta, vagy ötvözött fémlemezzel borítanak a felületi minőség javítása érdekében. A mi esetünkben azonban a fedőlemezek szerepe az, hogy a magötvözetről leolvasztva a keményforrasztás hőmérsékletén a kötést biztosítsa. A felgyorsult technikai fejlődés eredményeként ma már széleskörűen alkalmazzák ezeket a termékeket, legnagyobb mértékben az autóiparban. A gépjárművekben számos helyen előfordulnak ezek a több rétegű lemezek, hűtő-, fűtőberendezésekben, hőcserélőkben. Az 1. ábrán látható a gépjárművekben lévő különböző hűtő- és fűtőberendezések. Ezek a motor hűtéséért felelnek, de vannak köztük olyanok is, amik az utasok komfortérzetét javítják. [3] 5

10 1. ábra: Gépjárművekben alkalmazott hűtő-, és fűtőberendezések [2] 2. ábra: Összeszerelt, keményforrasztással előállított olajhűtő [Saját felvétel] A plattírozott lemezek általában 3 vagy 5 rétegűek, de gyártanak 4 vagy akár 7 rétegű termékeket is. A szendvicsszerkezet egy magötvözetből, valamint ezt borító lemezekből áll. Gyakran alkalmaznak egy közbensőréteget a borító- és magötvözet között, ami általában nagy tisztaságú alumínium lemez, ami korrózióállóságért felel. A magötvözet túlnyomó többségben valamilyen Al-Mn ötvözet, aminek a kémiai összetétele az 1. táblázatban látható. Erre felhasználástól függően alacsonyabb olvadáspontú Al-Si vagy Al-Zn ötvözeteket plattíroznak. Az Al-Si ötvözet a további felhasználás során a forraszthatóságot, míg az Al-Zn ötvözet a mag korrózióállóságát biztosítja úgy, hogy a magötvözet és a leolvadó borítóötvözet 6

11 között helyezik el. Erre a célra az Al-Zn ötvözet mellett tiszta alumíniumot is szoktak alkalmazni. [4] Ötvözők [%] Magötvözet 1. táblázat: AlMn1 magötvözet kémiai összetétele [4] Jellemző Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti felhasználási területe 0,22 0,57 0,08 1,15 0,05-0,1 - Légkondicionáló 0,10 0,20 0,55 1,10 0,05 0,05 0,02 0,135 Motorhűtő Mivel a megfelelő forraszthatóságot biztosító Al-Si ötvözet 7,5-12 m /m% mennyiségű szilíciumot tartalmaz, így az ötvözet közel eutektikus összetételű, ezért alacsonyabb az olvadáspontja a magötvözetnél. Ahogy az 3. ábrán is látható az Al- Si ötvözetből álló borítóötvözet olvadáspontja C-os tartományban, míg a magötvözet olvadáspontja 630 C-nál magasabb hőmérsékleten található. 3. ábra: Az Al-Si kétalkotós rendszer egyensúlyi fázisdiagramjának Al felöli részlete [5] Mind a magötvözetnek, mind a borítólemeznek meg van a maga jelentősége. A magötvözet elégíti ki a lemezek illetve alkatrészek által támasztott mechanikai követelményeket. A borítóötvözet, ahogy már korábban is említettem forraszanyagként funkcionál az összeszerelt alkatrész keményforrasztásakor. A 4. ábrán látható egy háromrétegű szendvicsszerkezetű lemez felépítése. [4] 7

12 4. ábra: Háromrétegű szendvicsszerkezetű lemez felépítése [6] 1.3. Lemez előállítás folyamata Az Arconic Köfém Kft-nél a lemezek gyártása félfolyamatos öntési technológiával kezdődik. Az öntödében a hengerlés alapanyagként - téglalap keresztmetszetű tuskókat, brammákat öntenek. Az öntéshez nagyrészt hulladék fémet, valamint kisebb mennyiségű kohófémet használnak fel, amit a világpiacról vásárolnak. Ezt követően a brammákat hőkezelik, amely tartalmaz feszültségmentesítést és homogenizálást. Erre azért van szükség, hogy az öntött, inhomogén szerkezetet eltüntessék és megfelelő homogén szerkezet alakuljon ki. Az öntést követően a tuskók felületét lemarják. A marási mélység általában 5-15 mm, ötvözettől függően. A marás után áttoló hőkezelő kemencében meleghengerlési hőmérsékletre hevítik a tuskókat. Meleghengerlés előtt a lemezeket kiveszik a hőkezelő kemencéből és a meleghengerállvány görgősorára helyezik manipulátorok segítségével, majd megkezdődik a hengerlés. A meleghengerlés végén a lemezvastagság 5-12 mm közötti értékre csökken, ekkor a lemezt felcsévélik, s így kerül át a hideghengerállványokhoz. Itt a vevő által kért vastagságig hengerlik le a terméket. Ötvözöttségtől, valamint a végleges lemezvastagságtól függően közbenső lágyítást is lehet alkalmazni. A hengerlést követően a feltekercselt lemezeket hőkezelik, majd nyújtva egyengetik a lemezek síkfekvésének javítása érdekében. Végezetül a lemezeket megfelelő szélességű szalagokra hasítják, majd csomagolják azokat. 8

13 1.4. Szendvicsszerkezetű lemezek előállítási folyamata A háromrétegű lemezek előállítási technológiája lényegében ugyanaz, mint az egyrétegű lemezek esetén. A borítólemezeket is ugyanúgy öntik le, mint a magötvözetet. A fedőlemezeket a marás után lehengerlik kb. 100 mm vastagságúra, majd feldarabolják olyan hosszúságúra, mint a magtuskó. A magötvözetet annak érdekében, hogy a kötés a mag- és a borító lemez között a hengerlés során kialakuljon, zsírtalanítják, majd forgó kefék segítségével érdesítik a felületét. Ezt követően az alaposan megtisztított magötvözetre ráhelyezik a fedőlemezeket. Ezeket acél pántokkal rögzítik egymáshoz, hogy az anyagmozgatás és a hőkezelés során ne mozduljanak el egymástól. Az összepántolt magtuskót és fedőlemezek az 5. ábrán láthatóak. 5. ábra: Különböző plattírozott termékek összeszerelés után, hőkezelés és hengerlés előtt [Saját felvétel] Az összepántolt lemezeket meleghengerlési hőmérsékletre hevítik. A hengerlés előtt a szendvicsszerkezetet összetartó pántokat eltávolítják. A borító ötvözet magötvözetre történő ráhengerlésének sematikus ábrája az 6. ábrán látható. 9

14 6. ábra: A borító lemez magötvözetre történő ráhengerlése [7] A hengerlést először tapasztószúrásokkal kezdik, aminek az a célja, hogy a rétegek megfelelően összetapadjanak. A lemezek ekkor csupán pár tized százalékos alakításon mennek át a lassan forgó hengerek között. Ez egy igen kritikus pontja a szendvicsszerkezetű lemezek gyártásának, mivel ettől függ, hogy a lemezek között milyen minőségű illetve erősségű tapadás alakul ki. Ha ez a művelet nem megfelelő, akkor gyakran előfordul, hogy a fedő réteg felhólyagosodik. Egy háromrétegű szendvicsszerkezetű lemez anyagmintára tapasztószúrások után a 7. ábrán látható. 7. ábra: Háromrétegű szendvicsszerkezetű anyagminta tapasztószúrások után [Saját felvétel] A tapasztószúrásokat követően kezdődik a nagyobb mértékű alakítás. Ezt követően a termék továbbhengerlése ugyanúgy történik, mint az egyrétegű lemezeké. 10

15 1.5. Keményforrasztás technológiája Keményforrasztásról akkor beszélünk, ha két fém között olyan kötést hozunk létre, ahol a forraszanyag olvadáspontja magasabb 450 C-nál. Ezt a technológiát általában akkor alkalmazzák, ha nagyobb szilárdságú kötést kívánnak létrehozni, mint amit lágyforrasztásnál lehet létrehozni. A keményforrasztás egyik különleges változata az, ahol szendvicsszerkezetű lemezeket forrasztanak össze egy másik fémfelülethez. Ezt a technológiát előszeretettel alkalmazzák a járműiparban hűtőés fűtőegységek előállítása érdekében. [3] Az 8. ábrán látható módon a szendvicsszerkezetű lemezek közé összehajtogatott lamellákat helyeznek. Ezt követően az összeszerelt egységet a borító rétegek olvadáspontja felé hevítik. Ekkor a külső alacsony olvadáspontú réteg megolvad. Az olvadék a kötési pontoknál összegyűlve lehűlés közben újra megszilárdulva létrehozza a kötést. b) a) 8. ábra: a) Többrétegű plattírozott lemezekből készített hőcserélő és lamella keményforrasztás után b) Keményforrasztásos kötés szövetképe [3] A többrétegű lemezek keményforrasztásának végrehajtására kétféle eljárás ismert. Az egyik fajta a vákuum alatt történő keményforrasztás, a másik pedig a kontrol atmoszférás keményforrasztás. A vákuumos keményforrasztási technológiánál ellentétben a kontrol atmoszférással, nem alkalmaznak fluxot a felületen. A flux egy olyan anyag, ami elősegíti a forrasztott kötés kialakulását. A vákuumos eljárást a magnéziummal 11

16 ötvözött lemezeken szokták alkalmazni. A vákuumos technológia egy igen kiváló forrasztási eljárás, viszont nagy hátránya, hogy a nem folytonos technológia és igen magas beruházási és karbantartási költség jellemzi. A kontrol atmoszférás keményforrasztási eljárás védőgáz alatt végzett forrasztás. A kötés kialakulása érdekében fluxot alkalmaznak a forrasztás során. Ezen eljárást nem alkalmazzák olyan ötvözeteknél, ami 0,3%-nál több Mg-ot tartalmaz, mivel az gyengíti a flux hatását. Előnye ennek az eljárásnak, hogy akár atmoszférikus nyomáson is végezhető, így egy folyamatos, viszonylag olcsó beruházási- és karbantartási költségekkel rendelkező technológia. [9] 1.6. Szilíciumkorrózió A plattírozott termékek minőségével szemben támasztott vevői elvárás mindig kettős. Egyfelől adott az előtermékkel szembeni követelmény (pl: vastagság, állapot), másfelől a vevő felhasználást követő elvárásra is oda kell figyelni. Így fontos, hogy a forrasztás hőmérsékletén ( C) a mag ötvözet újrakristályosodik. Mivel, ahogy korábban említettem a borítólemezek nagy mennyiségű Si-ot tartalmazhatnak, így az újrakristályosodás során a kialakult szemcseszerkezettől jelentős mértében függ a kristályközi korrózió és a Si szemcsehatár menti diffúziója. Nyújtott szemcseszerkezet esetén (9. ábra) kismértékű a kristályközi korrózió és a forraszanyag szemcsehatár menti penetrációja. Kis, gömbölyű szemcsék esetén (10. ábra) jelentős a kristályközi korrózió és a forraszanyag szemcsehatár menti penetrációja. Több irodalom is megállapította, hogy a szemcseméret nagyon fontos a Sipenetráció szempontjából. Ha finomabb, gömbszerűbb a szemcseszerkezet, akkor nagyobb mértékben tud bejutni a szemcsehatárok mentén a szilícium az olvadékból. Ennek az az oka, hogy ekkor több szemcse található az adott szövetben és ezáltal több a szemcsehatár is. Ebből következik, hogy több lehetősége van a szilíciumnak a diffúzióra. Ha pedig nagyobbak, elnyújtottabbak a szemcsék, annál kevésbé tud bejutni a szemcsehatárok mentén a szilícium, mivel kevesebb lehetősége van a diffúzióra. Ezért arra kell törekedni, hogy szemcsék alakítottak maradjanak a forrasztást követően is. [10] 12

17 a) b) 9. ábra: Forrasztott kötés nyújtott szemcseszerkezetű lemez esetén [4] a) b) 10. ábra: Gömbölyű szemcsék hatására kialakuló Si-korrózió forrasztott kötés során [4] Irodalomkutatásom során arra a következtetésre jutottam, hogy a nem homogenizált, közbenső lágyítás nélkül legyártott termékek szemcseszerkezete a végső lágyítás után sokkal nyújtottabb marad, valamint kevesebb és kisebb kiválás keletkezik. Az irodalomban a keménységmérési eredmények azt mutatták, hogy a nem homogenizált keménysége nagyobb, mint azok, amiken alkalmaztak ilyen hőkezelést. [9] Annak érdekében, hogy a forrasztás hőmérsékletén ( C) a végtermék mechanikai tulajdonságai és mikroszerkezete az elvártak szerint alakuljon, ismerni kell a magötvözetben végbemenő változásokat, amelyek: tuskóelőmelegítés meleghengerlés (plattírozás) hideghengerlés lágyítás során mennek végbe. [4] A mag korrózióállósága nemcsak az Al-Zn ötvözet plattírozásával javítható, hanem az ötvözet kémiai összetételével és a gyártástechnológiával is. Nagyon fontos megjegyezni, hogy a motor hűtéséhez beépített hűtők élettartamával 13

18 kapcsolatban szigorúbb követelmények vannak előírva, mint a légkondicionálók esetében. Ennek megfelelően különösen fontos a megfelelő gyártástechnológia kidolgozása az olyan termékek esetén, mint a motorhűtő. A hűtő idő előtti tönkremenetele összefüggésben áll a magötvözet nem megfelelő korrózióállóságával. [4] 1.7. Az alumínium, mint alakítható ötvözet jellemzése Az alumínium és annak ötvözetei napjaink kedvelt műszaki alapanyaga. Könnyű alakíthatósága, kisebb sűrűsége, kis súlyához képest a szilárdsági mutatói tették széles körben felhasználhatóvá. A korrózióval szembeni nagyfokú ellenállóképessége az egyik legkedvezőbb tulajdonsága. Leggyakoribb alkalmazási területei: a gépjárműipar, a csomagolóipar, az elektronika, a háztartási eszközök, a repüléstechnika és a sporteszközök világa. A színalumíniumnak, mint általában minden színfémnek, a mechanikai tulajdonságai gyengék. Az ötvözés viszont lényegesen javítja az alumínium mechanikai tulajdonságait. Az alumínium ötvözetei két nagy csoportra, az alakítható és az öntészeti ötvözetek csoportjára oszthatók. A következőkben a legfontosabb alakítható alumínium ötvöző elemeinek hatását mutatom be. Az alakítható Al-ötvözetek jól alakíthatók hidegen és melegen egyaránt. Az alakítás során az alakadáson kívül a szövetszerkezet finomodása és a szilárdság növekedése is megtörténik. A jellemző ötvözettípusok az Al-Mg, Al-Mn kétalkotós, az Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg háromalkotós és az Al-Zn-Mg-Ti négyalkotós ötvözetek, melyek tulajdonságait az MSZ szabvány foglalja magában. A kívánt tulajdonságok biztosítása érdekében az alumíniumot ötvözni kell, néhány elem azonban az alumíniumban a gyártástól függetlenül szennyezőként szerepel. Az alkalmazott főbb ötvözőelemek és hatásuk: A szilícium mennyisége az ötvözetekben kb. 5-12% között változik. Tulajdonságai közé tartozik, hogy az alumíniumnak csökkenti az ötvözet olvadáspontját, szilárdságát és növeli az olvadék folyékonyságát. A magnézium az alumíniummal egy nem nemesíthető ötvözetet képez. A magnéziumot általában Al-Si ötvözetekhez adagolják 0,65-10% közötti mennyiségben. Növeli a szilárdságot és a korrózióálló képességet. 14

19 A mangán az alumíniummal nem nemesíthető ötvözetet alkot. Az Al-Mn ötvözeteket jó korrózióállóság jellemez. Az ötvözetlen alumíniumhoz képest már akár 1% Mn ötvözéssel MPa szilárdságnövekedés érhető el. A cink növeli a szilárdságot, de csökkenti a korrózióállóságát. 4-5%-ban adagolva önöregbítő hatású. A réz minden hulladékból készült ötvözetben előfordul szennyezőként. Szilárdság és megmunkálhatóság növelő, valamint korrózióállóság csökkentő hatása van. A vas általában az alumínium szennyezője. Csökkenti a korrózióálló képességet. Nagy mennyiségben intermetallikus fázisokat képez, és ez csökkenti az anyag szívósságát. [11, 12] 1.8. Gyártástechnológia és technológiai vizsgálatok bemutatása Hengerlés A fémek képlékenyalakítási eljárásai közül a leginkább használatos eljárás a hengerlés. A hengerlés tulajdonképpen olyan képlékenyalakítási eljárás, amely során a fém forgó hengerek között maradó alakváltozást szenved. A hengerlés történhet meleg vagy hideg állapotban. Ez az alakváltozás az anyag belső mikroszerkezetének változásával jár, mely hatására az alakított fém tulajdonságai megváltoznak. Az 11. ábrán látható hogyan változnak meg a hengerlés során az alakított anyag méretei. A darabnak a hengerek közötti egyszeri áthaladását szúrásnak nevezik. A szúrás során a darab magasság csökken, hosszúsága nő, szélessége is megnő kis mértékben. Az alakváltozást a térfogat-állandóság törvénye jellemez, miszerint [14]: h1*b1*l1=h2*b2*l2 (1) Hengerlés előtti méretek: magasság: h1 szélesség: b1 hosszúság: l1 Hengerlés utáni méretek: magasság: h2 szélesség: b2 hosszúság: l2 15

20 11. ábra: A hengerlés sematikus ábrája [13] Lágyító hőkezelés A képlékeny hidegalakítás hatására az anyagban megnő a diszlokációsűrűség, az öntött szemcsék felaprózódnak, illetve az alakítás irányába megnyúlnak és kialakul a jellegzetes alakítási textúra. Mind a diszlokációk, mind a szemcsehatárok termodinamikailag instabilak, mivel növelik a szabadenergiát. Ahhoz, hogy ezek eltűnjenek, csökkenteni kell az energiájukat. 12. ábra: Lágyító hőkezelés hatása a szerkezetre [15] A hibaszerkezet több lépésben tűnik el a 12. ábrán is látható módon, amelyek a következők: a) Az első folyamat a poligonizáció, amelyben először a vakanciák a szemcsehatárokhoz és a diszlokációkhoz diffundálnak. b) A diszlokációk átrendeződnek és kisszögű szemcsehatárok alakulnak ki. c) Új szemcsék, újrakristályosodott szemcsék alakulnak ki. d) Újrakristályosodott szemcsék növekednek. 16

21 Tehát, ha az ötvözetnek a kívántnál nagyobb a keménysége, a forgácsolhatósága és hidegalakíthatósága stb. érdekében lágyítani kell. [15, 12] Újrakristályosító lágyítás A hidegen alakított termékek újrakristályosító izzítása során az alakított szemcsék rovására alakítatlan szemcsék fejlődnek. A lágyított anyagok tulajdonságait a kialakult szemcseméret határozza meg. Ez a hidegalakítás mértékétől, a hevítés hőmérsékletétől és időtartamától függ. Az 13. ábrán látható, hogy minél nagyobb hőmérsékleten és minél tovább tartjuk hőn a terméket, úgy csökken a szakítószilárdsága és a folyáshatára, a nyúlása pedig nőni fog. 13. ábra: Mechanikai tulajdonságok változása az alakítást követő hőntartás során [16] Általában finomszemcsés állapotra kell törekedni a megfelelő mechanikai tulajdonságok érdekében, ezért részleges lágyítást kell alkalmazni. Így az újrakristályosodás csak részlegesen valósul meg. A lágyítás sikerének ellenőrzésére keménységvizsgálat illetve szakító vizsgálat alkalmazható. [17] Mikroszkópos vizsgálatok Kutatómunkámhoz optikai fénymikroszkópot használtam. Az optikai fénymikroszkóp egy erős fényforrás segítségével megvilágítja a mintát, majd a 17

22 visszaverődő fényt nagyító lencserendszer segítségével az úgynevezett okulárhoz juttatja, melyen keresztül láthatjuk a nagyított képet. A látható fény hullámhossza korlátozza ezt a fajta vizsgálatot, így a maximális nagyítás, melyet elérhetünk fénymikroszkóppal, az 1000-szeres nagyítás. Bizonyos esetekben ez elegendő, általában alkalmas a szövetszerkezet tanulmányozására Szakítóvizsgálat A szakítóvizsgálat az egyik leggyakrabban alkalmazott vizsgálati módszer a fémek esetében. Alapvető célja, hogy a próbatestet egytengelyű feszültségállapotban állandó sebességű húzó igénybevétellel szakadásig terheljük, miközben mérjük a terhelést, a próbatestekre ható feszültséget, valamint a nyúlás mértékét. A húzó erő hatására az anyagban feszültség keletkezik, melyet az alábbi képlet alapján tudunk értelmezni. σ = F A (2) Ahol: F: terhelőerő [N], A: az erőhatással terhelt keresztmetszet [mm 2 ] A szakítóvizsgákat során a fokozatosan növekvő terhelés először rugalmas, majd képlékeny alakváltozást okoz az anyagban, amíg egy ponton a keresztmetszet hirtelen lecsökken. Ezt a jelenséget kontrakciónak nevezzük. A legnagyobb feszültség valós esetben a kontrakció területén lévő, fokozatosan csökkenő keresztmetszeten létrejövő erőhatáshoz tartozik. A vizsgálatot általában a minta kezdeti keresztmetszetével számoljuk. Mivel ez a keresztmetszet a számításban nagyobb a valódinál, így kisebb feszültség értéket eredményez, mint ami valójában fellép. Az így kapott értéket mérnöki feszültségnek nevezzük (σ helyett R betűvel jelöljük) [18, 19]. 18

23 2. Kísérleti anyagok és mintadarabok előkészítése Diplomamunkám során az iparban gyakran alkalmazott alakítható ötvözetek közül az AlMn1-es ötvözetet vizsgáltam. Az 2. táblázat mutatja be ezen ötvözet alkotó elemeinek kémiai összetételét. Vizsgált ötvözet AlMn1 2. táblázat: A vizsgált ötvözet kémiai összetételei ( m /m%) Kémiai összetétel [ m /m %] Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Be 0,18-0,50-1,05-1 0,10 0,05 0,05 0,2 0,135 0,25 0,65 1,15 ppm A lemezeket az Arconic-Köfém Kft. biztosította számomra. Elkészítésük először egy 350 mm vastagságú tuskó öntésével kezdődött. A tuskót először 5,8 mm-re hengerelték melegen, majd ezt követően a lemezeket 3 különböző vastagságra hengerelték hidegen. A lemezvastagságok a következők voltak: 0,25; 0,33; 0,5 mm. Ezután a lemezeket lágyító hőkezelésnek tettem ki, így az alakítás függvényében 3 különböző lágyítási helyet jelöltem ki. A at ekkor 3 órán át 430 C-on lágyítottam, majd ezután mindegyik lemezt 0,2 mm-re hengereltem. Így a 0,5 mm-es 60%-os, a 0,33 mm-es 40%-os és a 0,25 mm-es minta 20%-os alakváltozást szenvedett a teljes lágyítás után. Miután a mintadarabok elnyerték a végső vastagságukat, 8 illetve 24 órás alacsony hőmérsékletű lágyító hőkezeléseknek vetettem alá. A lágyító hőkezelés hőmérsékletei: 250 C, 270 C, 290 C, 310 C, 330 C, 350 C. Ebben a hőmérséklet tartományban a csupán részlegesen lágyulnak ki. A hőkezelés előtt és után megvizsgáltam a kialakult szövetszerkezetet és szakítóvizsgálatokat is végeztem. Az elkészült szakító próbatest a 14. ábrán látható. 19

24 14. ábra: Előkészített szakító próbatest Szövetszerkezet vizsgálathoz először a at kétkomponensű Duracyl típusú hideg műgyantába ágyaztam be. Esztergálás után vizes csiszolásnak tettem ki P220, P320, P500 majd P800 típusú csiszolópapíron. A csiszolási nyomok eltüntetése érdekében a at megpolíroztam 3 és 1 μm-es posztókon, Lubricant Blue folyadékkal, majd 200 ml desztillált víz és 5 g tetraflour-borsav keverékében Barkeres módszerrel marattam. Az elektrokémiai Barker maratást 25 V feszültség alatt 120 s-ig végeztem. 20

25 3. Vizsgálati eredmények A következő pontokban az egyes vizsgálatok eredményeit foglalom össze a vizsgálatok elvégzésének sorrendjében. Először azokat az eredményeket mutatom be, amik a hőkezelés előtti állapotot, majd a lágyítás utáni állapotot ismerteti Végső hőkezelés előtti állapot Az alakváltozás során kialakult szövetszerkezet nagymértékben meghatározza a lemez mechanikai tulajdonságait Szövetszerkezet vizsgálati eredmények A mikroszkópos vizsgálatokhoz az 2. fejezetben ismertetett módon előkészítettem a mintadarabokat. A szövetszerkezet meghatározásához felvételeket készítettem egy Zeiss Axio Imager optikai fénymikroszkóppal. A különböző alakváltozással rendelkező szövetképei 100-szoros nagyításban a ábrákon láthatóak. 15. ábra: 20%-os alakváltozással rendelkező lemez mikroszkópos képe 16. ábra: 40%-os alakváltozással rendelkező lemez mikroszkópos képe 21

26 17. ábra: 60%-os alakváltozással rendelkező lemez mikroszkópos képe A szemcsék alakítottságán jól látszik az alakváltozás mértékének növekedése. A szilárdsági tulajdonságok szempontjából az lenne az ideális, ha a szemcseszerkezet nyújtottabb lenne, de így a nyúlása lecsökken, ami a vevői elvárásoknak nem biztos, hogy megfelel Szakítóvizsgálati eredmények Hőkezelés előtt a három különböző mértékben alakított lemezből két-két darab lapos szakító próbatest került kimunkálásra. A szakítóvizsgálatokhoz egy Instron 5982 típusú, 10 tonnás, padlótelepítésű univerzális anyagvizsgáló berendezést használtam, megfelelő befogópofákkal felszerelve (18. ábra). A szakítások szobahőmérsékleten, átlag 23 C-on, 3 mm/perc szakítási sebességgel történtek, L0=50 mm jeltáv mellett. 18. ábra: Az univerzális anyagvizsgálóba befogott szakító próbatest szakítás előtt 22

27 Húzófeszültség [MPa] % 40% 20% ,5 1 1,5 Nyúlás [%] 19. ábra: Vizsgált hőkezelés előtti szakítódiagramjai A lágyító hőkezelés előtt a 19. ábrán látható szakítódiagramokról három fő értéket, a folyáshatárt, a szakítószilárdságot és a nyúlást olvastam le számítógépes szoftver segítségével. Ezen értékeket a két mintára átlagoltam, majd diagramon ábrázoltam. Az értékek az 3. táblázatban, az azokból készített diagramok pedig ábrán láthatók. 3. táblázat: Szakítóvizsgálati eredmények Alakváltozás mértéke Rp0,2 átlag Szórás [MPa] Rm Nyúlás átlag Szórás átlag Szórás [MPa] [%] 20% 150,15 0,32 173,54 1,56 1,27 0,01 40% 169,33 2,19 194,78 0,52 1,26 0,08 60% 190,85 1,88 218,80 0,40 1,07 0,06 23

28 Szakítószilárdság [MPa] Egyezményes folyáshatár [MPa] Alakváltozás mértéke [%] 20. ábra: Vizsgált hőkezelés előtti egyezményes folyáshatár értékei Alakváltozás mértéke [%] 21. ábra: Vizsgált hőkezelés előtti szakítószilárdság értékei 24

29 Nyúlás [%] 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Alakváltozás mértéke [%] 22. ábra: Vizsgált hőkezelés előtti nyúlás értékei Az eredmények alapján azt állapítottam meg, hogy az alakváltozás növekedésének hatására az egyezményes folyáshatár és a szakítószilárdság egyenletesen növekedett, míg a nyúlás ennek következtében egyre kisebb lett. Ezen eredményekre számítottam a szövetszerkezet vizsgálat során látható szemcseszerkezet alapján is, ahol az alakítás hatására egyre nyújtottabbak szemcsék láthatók. Továbbá megállapítható az is, hogy a folyáshatár és a szakítószilárdság is meghaladja a vevői kívánalmakat, azonban a nyúlás értékek messze elmaradnak attól. A megfelelő tulajdonságok eléréséhez ezért végső alakítás után a tervezett részleges lágyító hőkezelésre szükség van Végső hőkezelés utáni állapot Az alakítást követően C között öt különböző hőmérsékleten 8 illetve 24 órás részleges lágyító hőkezeléseket végeztem. A lágyítás után a on először szövetszerkezet vizsgálatot, majd szakítóvizsgálatot végeztem. A célom, hogy megtaláljam azt az alakítás, hőkezelési hőmérsékletet és idő hármast, ahol a lemez mechanikai tulajdonságai megfelelnek a vevői követelményeknek, miszerint az AlMn1-es ötvözet folyáshatára legalább 150 MPa, a nyúlás pedig legalább 8% 25

30 legyen. A felhasználás szempontjából szükség van arra, hogy a terméknek hosszú legyen az élettartama, ezért létfontosságú, hogy a lemezek szemcseszerkezete minél nyújtottabb legyen, így megakadályozva a Si magötvözetbe történő diffúzióját órás hőkezelés utáni szövetszerkezet vizsgálati eredmények Hőkezelés után is ugyanúgy készítettem elő a at, ahogy a lágyítás előttieket is. A 8 órás különböző hőmérsékleteken lágyított szövetképei 100- szoros nagyításban az ábrákon láthatóak. 23. ábra: 250 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 24. ábra: 270 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 25. ábra: 290 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 26

31 26. ábra: 310 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 27. ábra: 330 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 28. ábra: 350 C-on 8 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 29. ábra: 250 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 27

32 30. ábra: 270 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 31. ábra: 290 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 32. ábra: 310 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 33. ábra: 330 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 28

33 34. ábra: 350 C-on 8 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 35. ábra: 250 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 36. ábra: 270 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 37. ábra: 290 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 29

34 38. ábra: 310 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 39. ábra: 330 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 40. ábra: 350 C-on 8 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező A 8 órás lágyító hőkezelés utáni szövetszerkezet felvételek alapján látható, hogy a szemcsék alakított szerkezete megmaradt. A szövetszerkezetből a szemcsealak alapján megállapítható, hogy alacsony lesz a Si diffúziós hajlama. A szövetképek alapján továbbá azt állapítottam meg, hogy minél nagyobb volt a lemez alakváltozása annál alakítottabbak maradtak a szemcsék a hőkezelés végére. A felvételek alapján látható, hogy a 20%-os alakváltozással rendelkező lemezek szemcséi kevésbé nyújtottak, mint a 40 vagy a 60%-os alakváltozásúak. A szemcsék nyújtottsági viszonyszáma a 20% esetén kb. 5:1-hez, a 40%-os esetén kb. 7:1, a 60%-os alakváltozású esetében pedig kb. 10:1-hez, ami megfelel 30

35 a kiinduló szerkezetnek. Ezen értékek a szemcsék hosszúság és a szélességének arányát adja meg. [20] A felvételeken látható, hogy a hőmérséklet emelkedése nincs szemmel látható hatással a lemezek szövetszerkezetére. Az eddigiek alapján azt a következtetés vontam le, hogy a 8 órás hőkezelés során a 60%-os alakváltozással rendelkező felelnek meg a legjobban annak a követelményeknek, amit a szemcseszerkezettel szemben elvárok órás hőkezelés utáni szakítóvizsgálati eredmények A 8 órás különböző hőmérsékleteken lágyított szakítóvizsgálata során felvett értékei a 4-6. táblázatban, az azokból készített diagramok pedig az ábrán láthatók. 4. táblázat: 8 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt szakítószilárdsága Lágyítási Alakváltozás % hőmérséklet [ C] 60% 40% 20% ,20 186,88 172, ,81 185,05 170, ,35 183,46 170, ,29 179,49 169, ,05 177,48 167, ,15 174,46 166,95 5. táblázat: 8 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt folyáshatára Lágyítási Alakváltozás % hőmérséklet [ C] 60% 40% 20% ,67 163,59 144, ,66 160,30 139, ,59 155,70 138, ,63 151,87 134, ,01 147,36 132, ,67 142,98 129,31 31

36 Egyezményes folyáshatár [MPa] 6. táblázat: 8 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt nyúlása Lágyítási Alakváltozás % hőmérséklet [ C] 60% 40% 20% 250 2,81 4,14 4, ,41 4,31 5, ,51 4,89 6, ,13 5,74 7, ,74 6,62 7, ,83 6,77 7, % 40% 20% Lineáris (60%) Lineáris (40%) Lineáris (20%) Lágyítási hőmérséklet [ C] 41. ábra: Egyezményes folyáshatár alakulása a hőmérséklet függvényében 8 órás lágyítás esetén 32

37 Nyúlás [%] Szakítószilárdság [MPa] Lágyítási hőmérséklet [ C] 60% 40% 20% Lineáris (60%) Lineáris (40%) Lineáris (20%) 42. ábra: Szakítószilárdság alakulása a hőmérséklet függvényében 8 órás lágyítás esetén % 40% 20% Lágyítási hőmérséklet [ C] 43. ábra: Nyúlás alakulása a hőmérséklet függvényében 8 órás lágyítás esetén 33

38 A szakítóvizsgálati eredmények alapján azt állapítottam meg, hogy a lágyítási hőmérséklet emelésének hatására az egyezményes folyáshatár és a szakítószilárdság fokozatosan csökkent, a nyúlás pedig ezzel ellentétesen nőtt. Ilyenfajta változást a szövetszerkezet vizsgálat esetén nem lehetett kimutatni, mivel a szemcseszerkezetben nem láttam jelentős változást. A diagramokon jellegéből adódóan, az egyezményes folyáshatár és a szakítószilárdsági eredmények könnyen extrapolálhatóak a hőmérséklet függvényében. Az eredmények alapján látható, hogy a 20%-os alakváltozással rendelkező lemezek folyáshatára nem éri el a 150 MPa-t, valamint a nyúlása sem éri el a 8%- os vevői elvárást. A 40%-os alakváltozású lemezek közül a 250, 270, 290 és 310 C-on lágyított lemezek már meghaladják a vevők által előírt folyáshatár értéket, míg a nyúlása egyik mintának se éri el a 8%-os értéket. A 60%-os alakváltozású esetében egyedül a 350 C-on hőkezelt nem éri el a 150 MPa folyáshatár értéket, míg a nyúlása egyedül ezen nak közelíti meg az elvárt eredményt, azonban ez sem haladja azt meg. Ebből és az extrapolációból az következtethető, hogy a hőmérsékletet nincs értelme emelni, mivel ugyan a nyúlás érték ezáltal növelhető lenne, az elvárt szakítószilárdság értéket nem tudnánk elérni. Ezeket figyelembe véve célszerű a hőkezelés hőntartási idejét növelni órás hőkezelés utáni szövetszerkezet vizsgálati eredmények A növelt idejű részleges lágyítások hőntartási idejét 24 órára választottuk. Az így kapott vizsgálati eredményeit ebben az alfejezetben mutatom be. A 24 órás különböző hőmérsékleteken lágyított szövetképei 100-szoros nagyításban az ábrákon láthatóak. 34

39 44. ábra: 250 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 45. ábra: 270 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 46. ábra: 290 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 47. ábra: 310 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 35

40 48. ábra: 330 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 49. ábra: 350 C-on 24 órás hőkezelés utáni 20%-os alakváltozással rendelkező 50. ábra: 250 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 51. ábra: 270 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 36

41 52. ábra: 290 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 53. ábra: 310 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 54. ábra: 330 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 55. ábra: 350 C-on 24 órás hőkezelés utáni 40%-os alakváltozással rendelkező 37

42 56. ábra: 250 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 57. ábra: 270 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 58. ábra: 290 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 59. ábra: 310 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 38

43 60. ábra: 330 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező 61. ábra: 350 C-on 24 órás hőkezelés utáni 60%-os alakváltozással rendelkező A 24 órás részleges lágyító hőkezelés után a szövetszerkezet vizsgálatának eredményei azt mutatják, hogy a szemcsék nagyobb mértékben kristályosodtak újra, mint a 8 órás hőkezelésnél. Ez abban nyilvánul meg, hogy a szemcsék kevésbé nyújtottak, mint a rövidebb idejű hőkezelésnél. Itt is elmondható, hogy minél nagyobb volt a lemez hőkezelés előtti alakváltozása, annál alakítottabb maradt a hőkezelés végére a lemez. A szövetképeken szembetűnő, hogy a 60%-os alakváltozású rendelkeznek a legnyújtottabb szemcseszerkezettel. A felvételek alapján meghatároztam, hogy a 20%-os alakváltozással rendelkező lemezek szemcséinek nyújtottsági viszonyszáma kb. 3:1-hez, a 40%-osé kb. 5:1-hez, a 60%-osé pedig kb. 7:1-hez. A 24 órás hőkezelésnél is az látható, hogy a magasabb hőmérsékleten történő hőkezelés nincs szembetűnő hatással a különböző alakváltozással rendelkező lemezek szemcseszerkezetére. A szövetképek alapján azt a következtetést vontam le, hogy 24 órás hőkezelésnél a 60%-os alakváltozással rendelkező szövetképei felelnek meg legjobban az elvárt követelménynek. 39

44 órás hőkezelés utáni szakítóvizsgálati eredmények A 24 órás különböző hőmérsékleteken lágyított szakítóvizsgálata során felvett értékei a 7-9. táblázatban, az azokból készített diagramok pedig az ábrán láthatók. 7. táblázat: 24 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt folyáshatára Lágyítási Alakváltozás [%] hőmérséklete [ C] 60% 40% 20% ,69 155,45 137, ,66 152,89 134, ,61 149,26 132, ,24 141,97 128, ,92 139,40 124, ,00 135,08 121,26 8. táblázat: 24 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt szakítószilárdsága Lágyítási Alakváltozás hőmérséklete [ C] 60% 40% 20% ,80 175,95 162, ,30 176,29 162, ,89 176,13 164, ,16 168,85 161, ,30 170,14 159, ,63 167,27 158,47 40

45 Egyezményes folyáshatár [MPa] 9. táblázat: 24 órás lágyítás utáni különböző hőmérsékleteken hőkezelt nyúlása Lágyítási Alakváltozás hőmérséklete [ C] 60% 40% 20% 250 2,79 3,69 5, ,07 5,02 5, ,80 5,31 6, ,48 5,23 7, ,12 7,19 7, ,80 7,88 8, % 40% 20% Lineáris (60%) Lineáris (40%) Lineáris (20%) Lágyítási hőmérséklet [ C] 62. ábra: Egyezményes folyáshatár alakulása a hőmérséklet függvényében 24 órás lágyítás esetén 41

46 Nyúlás [%] Szakítószilárdság [MPa] Lágyítási hőmérséklet [ C] 60% 40% 20% Lineáris (60%) Lineáris (40%) Lineáris (20%) 63. ábra: Szakítószilárdság alakulása a hőmérséklet függvényében 24 órás lágyítás esetén % 40% 20% Lágyítási hőmérséklet [ C] 64. ábra: Nyúlás alakulása a hőmérséklet függvényében 24 órás lágyítás esetén 42

47 A 24 órás hőkezelésnél is látható, hogy a folyáshatár és a szakítószilárdság a lágyítási hőmérséklet függvényében csökken. Itt nem mondható el, hogy ez a csökkenés teljesen egyenletes, így nem célszerű extrapolálni ezeket az eredményeket. A nyúlás értékei a hőmérséklet emelkedésével növekszik. A szakítóvizsgálati eredmények alapján azt állapítottam meg, hogy a 20%-os alakváltozással rendelkező folyáshatára nem éri el a kívánt 150 MPa-t. Ezen lemezek közül a 310, 330 és 350 C-on hőkezelt nyúlás eredményei megfelelnének a vevői követelményeknek. A 40%-os alakváltozású közül a 250, 270 és 290 C-on lágyított lemezek folyáshatára kielégíti a vevői elvárásokat, azonban a nyúlásuk nem kielégítő, míg a 330 és a 350 C-on hőkezelt nyúlása megfelel ugyan a 8%- os vevői követelményeknek, azonban a folyáshatáruk 150 MPa alatt marad. A 60%-os alakváltozással rendelkező lemezek közül itt is a 350 C-on hevített minta nem éri el a 150 MPa-os folyáshatár értéket, míg a nyúlása a 330 és a 350 Con lágyított lemezeknél felel meg az elvárásoknak. 43

48 4. Végső következtetések Kísérleteim során megállapítottam, hogy a kívánt nyújtott szemcseszerkezet 150 MPa-os folyáshatár és 8%-os szakadási nyúlás a gyártástechnológia megváltoztatása nélkül a hőkezelések helyének és idejének gondos megválasztásával elérhető. Vizsgálataim során ugyan a 8 órás lágyítási kísérletek nem hozták meg az elvárt eredményt, de a hőntartás idejét 24 órára megnövelve 330 C-on részlegesen lágyított esetén a nyújtott szemcseszerkezet megmarad, míg a lemez folyáshatára és szakadási nyúlása megfelel a vevői kívánalmaknak. 44

49 Összefoglalás Diplomamunkámban megvizsgáltam, hogy az alakítások, a hőkezelési idő és a hevítési hőmérsékletek hatására, hogyan alakulnak a vizsgált AlMn1-es ötvözetű lemezek mechanikai- és szövetszerkezeti tulajdonságai. Meghatároztam azokat a hőkezelési paramétereket, ahol a megfelelnek a vevői követelményeknek. A végső hőkezelés előtt a lemezek szövetszerkezet felvételei alapján azt állapítottam meg, hogy minél jobban volt alakítva a minta, a szemcsék annál nyújtottabbak lettek. A szakítóvizsgálati eredmények is jól mutatják, hogy az alakítás hatására növekedett a szakítószilárdság és az egyezményes folyáshatár, a nyúlás pedig csökkent. A 8 órás lágyító hőkezelés utáni szövetszerkezet vizsgálati eredményeken látható, hogy minél nagyobb volt a lemez alakváltozása annál alakítottabbak maradtak a szemcsék. A hőmérséklet emelkedése nincs szembetűnő hatással a lemezek szövetszerkezetére. A szakítóvizsgálati eredmények azonban megmutatták, hogy a lágyítási hőmérséklet hatására az egyezményes folyáshatár és a szakítószilárdság egyenletesen csökken, míg a nyúlás növekszik. Az eredmények alapján megállapítottam, hogy a 20%-os alakváltozással rendelkező nem felelnek meg a vevői elvárásoknak. A 40%-os alakváltozásúak közül a 250 és 310 C között lágyított lemezek haladják meg a 150 MPa folyáshatárt, míg a nyúlása egyik mintának se éri el a 8%-os értéket. A 60%-os alakváltozású közül egyedül a 350 C-on hőkezelt nem éri el a kívánt 150 MPa folyáshatár értéket, a nyúlása pedig egyedül ezen mintának közelíti meg a 8%-os nyúlást. A 24 órás hőkezelés hatására a fénymikroszkópos felvételeken látható, hogy a szemcsék nagyobb mértékben kristályosodtak újra, mint a 8 órás lágyításnál. Itt is elmondható, hogy minél nagyobb volt a lemez hőkezelés előtti alakváltozása, annál alakítottabb maradt a hőkezelés végére a lemez. A szövetképek alapján megállapítottam, hogy a hőkezelési hőmérséklet itt sincs szemmel látható hatással a lemezek szemcseszerkezetére. A szakítóvizsgálati eredmények ezen hőkezelés esetén is azt mutatják, hogy a szakítószilárdság és az egyezményes folyáshatár csökken a lágyítási hőmérséklet függvényében, a nyúlás pedig növekszik. A 24 órás hőkezelés után a 20%-os alakváltozással rendelkező lemezek közül egyik se éri el a kért folyáshatár értéket, a nyúlása a 310, 330 és a 350 C-on hevített lemezeké 45

50 közelíti meg legjobban a 8%-ot. A 40%-os alakváltozású közül C között hevített lemezek folyáshatára elégíti ki a vevői elvárásokat, a 330 és 350 Con lágyított pedig a 8%-os nyúlást érnek el. A 60%-os alakváltozás esetén a 350 C-on hevített minta nem éri el a 150 MPa folyáshatárt, míg a nyúlása a 330 és a 350 C-on lágyított lemezeké felel meg az elvárásoknak. A szövetképek alapján azt a következtetést vontam le, hogy mind a 8, mind 24 órás hőkezelésnél a 60%-os alakváltozással rendelkező szövetképei felelnek meg legjobban a követelménynek. A szakítóvizsgálati eredmények szerint pedig arra következtettem, hogy a 8 órás hőkezelés után nincs olyan hőmérséklet, ahol az egyezményes folyáshatár és a nyúlás is egyszerre kielégítené a vevői követelményeket. A 24 órás hőkezelés után a 60%-os alakváltozással rendelkező 330 C-on hőkezelt lemezek megfelelnek az elvárt folyáshatár és a nyúlás értékeknek is. 46

51 Irodalomjegyzék [1] Az Arconic-Köfém Kft. tájékoztató füzete [2] Aad Wittebrood, Microstructural changes in brazing sheet due to solid_liguid interaction, Germany, 2009 [3] Szabó Gábor: Plattírozott alumínium lemezek komplex gyártástechnológiai optimalizációja, Doktori értekezés, [4] Plangár Márta: Tuskóelőmelegítés hatása szemcseszerkezetre és a korrózióállóságra, Kutatószeminárium, [5] Kósa Anett: A stroncium hatása az Al-Si öntészeti ötvözetek szövetszerkezetére, diplomamunka [6] Internet - ( ) [7] Internet - ( ) [8] Aad Wittebrood: Microstructural Changes in Brazing Sheet due to Solid-Liquid Interaction, [9] Ke Huang, Qinglong Zhao, Yanjun Li, Knut Marthinsen: Journal of Materials Processing Technology, 2015 [10] M. Nylén, U. Gustavsson, B. Hutchinson, A. Örtnäs: Mechanistic Studies of Brazing in Clad Aluminium Alloys, 1996 [11] Zsoldos Ibolya: Korszerű anyagok és technológiák, Digitális tankönyv, [12] Dr. Köves Elemér: Alumínium kézikönyv, [13] J. Huot, N. Ye. Skryabina, D. Fruchart: Application of Severe Plastic Deformation Techniques to Magnesium for Enhanced Hydrogen Sorption Properties, [14] Dr. Gulyás J., Dr. Horváth Á., Illés P., Dr. Farkas P.: Acélok Hengerlése, [15] Dr. Gácsi Z., Dr. Mertinger V.: Fémtan, [16] Dr. Krállics György, Hengerlés előadás, szerepelt a Miskolci Egyetemen ban [17] Dr. Kisfaludy A., Borossay B.: Acélok hőkezelésének alapjai, [18] Czél György, Kollár Mariann: Anyagvizsgálati praktikum; Sunplant Kft., Miskolc,