Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Átírás

1 Mikropillárok plasztikus deformációja 3. TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR projekt Visegrád 2012

2 Mikropillárok plasztikus deformációja 3.: Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjának vizsgálata nanoindenterrel és SEM/FIB-bel TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR projekt Visegrád 2012

3 Al-Zn rendszer (Visegrád 2011) Eutektikus Zn-5%Al Eutektoidos Zn-22%Al Al-Zn szilárdoldatok (Zn < 31.6%) Fontos alapanyagok Az Al iparban L. F. Mondolfo, Handbook

4 Eutektoidos összetételű Zn-22Al: (Visegrád 2011) Modell szuperképlékeny ötvözet: Több százszázalékos megnyúlás: Magas alakítási hőmérséklet ( T > 0. 7T ) Finomszemcse szerkezet ( d < 10 µ m ) olv Zn-22%Al minták 500 K-en, különböző sebességekkel deformálva (Farghalli A. M. et. al.: Metall. Trans. A 8A, 1977) d 3 µm

5 Szuperképlékeny ötvözetek: Több százszázalékos megnyúlás: Alapmechanizmus: Magas alakítási hőmérséklet ( T > 0. 5T ) Finomszemcse szerkezet ( d < 10 µ m ) Szemcshatárcsúszás ε& = const σ n D, D = D 0 exp( Q / RT ) Q Q gb olv Nagy sebességérzékenységi tényező (m) & ε = K 1 σ = K 2 m = σ & ε n m lnσ ln & ε ε, T Zn-22%Al minták 500 K-en, különböző sebességekkel deformálva (Farghalli A. M. et. al.: Metall. Trans. A 8A, 1977) d 3 µm Q 78 kj / mol m

6 Al-30%Zn ötvözet vizsgálata (Visegrád 2011) Szilárdoldat, Durvaszemcsés, Szobahőmérsékleten nem jól alakítható (max. megnyúlás < 20-30%) Kis sebességérzékenység (m < 0.03)

7 Al-30%Zn ötvözet vizsgálata (Visegrád 2011) Szilárdoldat, Durvaszemcsés, Szobahőmérsékleten nem jól alakítható (max. megnyúlás < 20-30%) Kis sebességérzékenység (m < 0.03) Szemcsefinomítás nagy nyomású csavarással (High Pressure Torsion, HPT) Ufa, Oroszországban

8 A HPT-deformált Al-30Zn ötvözet mikroszerkezete (Visegrád 2011) Ultra-finomszemcsés Szemcseméret kb nm Két-fázisú rendszer: -Al szemcsék és Zn részecskék

9 Az ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet mechanikai tulajdonságai: (Visegrád 2011) Megnőtt sebességérzékenység: -Szobahőmérsékleten: m (Kezdeti, durvaszemcsés anyag esetében m ) Szuper-alakíthatóság szobahőmérsékleten: - Maximális megnyúlás kb % (szobahőmérsékleten az Al ötvözetekre: a max. megnyúlás < 30-40%, A finomszemcsés anyagokra: a max. megnyúlás < 10-20%)

10 Az ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet mechanikai tulajdonságai: Mikroindenter mérések: Megnőtt sebességérzékenység: -Szobahőmérsékleten: m (Kezdeti, durvaszemcsés anyag esetében m ) Nanoindenter mérések:

11 Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet deformációjának a mechanizmusa: (Visegrád 2011) Aktiválási energia: viszonylag kis érték: Q 65 kj / mol ( Q öndiff, Al 142 kj / mol, Q gb, Al 84 kj / mol, Q öndiff, Zn 92 kj / mol ) Szobahőmérsékleti diffúziós együttható becslése: D = D 0 exp( Q / RT ) (Al öndiffúzióra: 5 2 D = m / s, 0 Al szemcsehatár menti diffúzióra: D = 5 10 m / s, D 10 m / s 0 Zn öndiffúzióra: 4 2 D = m / s ) 0 (H.J. Frost, M..F Ashby: Deformation-Mechanism Maps: The Plasticity and Creep of Metals and Ceramics. Pergamon Press, Oxford, UK (1982)) Ha D m / s 0 =, Q 65 kj / mol, T = 300 K, akkor D = D exp( Q / RT ) = m / s Irodalmi adat: Zn diffúziója az Al/Al szemcsehatár mentén: D 10 m / s (I. Kaur, W. Gust, L. Kosma, Handbook of Interphase and Grain Boundary Diffusion. Ziegler Press, Stuttgart (1989) feltehetően a finomszemcsés Al-30Zn ötvözetben a Zn-nek az Al/Al szemcsehatármenti diffúziója szabályozza a kúszási folyamatot

12 Ultra-finomszemcsés anyagok deformációjának a mechanizmusa: (Visegrád 2011) Atomi erő mikroszkópos (AFM) vizsgálatok: - jelentős a szemcsehatárcsúszás mechanizmus szerepe: Finomszemcsés Al-30Zn ötvözet

13 Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet deformációjának mechanizmusa: Jelentős a szemcsehatárcsúszás feltehetően a Zn-nek az Al/Al szemcsehatármenti diffúziója szabályozza a deformációs folyamatot

14 További teendők a szemcsehatárok elemzésében: új SEM/FIB eszköz segítségével (Visegrád 2011) Szemcsehatárok összetétele? Szemcsehatárok szerkezete?

15 Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjának vizsgálata nanoindenterrel és SEM/FIB-bel (Szommer Péter, Varga Gábor, Havancsák Károly, Ratter Kitti, Dankházi Zoltán ) Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 1. Pillárok készítése SEM/FIB-bel (Quanta 3D FIB/SEM-ben) Kezdeti (durva szemcsés, egykristályos minták Finomszemcsés ( d polikristályos minták d 70µ m ) anyagon nm ) anyagon Pillárok méretei: 3 mikronos átmérőjű, kb. 10 mikronos hosszúak

16 Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjának vizsgálata nanoindenterrel és SEM/FIB-bel

17 Ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjának vizsgálata nanoindenterrel és SEM/FIB-bel Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 1. Pillárok készítése SEM/FIB-bel (Quanta 3D FIB/SEM-ben) Kezdeti (durva szemcsés, egykristályos minták Finomszemcsés ( d polikristályos minták d 70µ m ) anyagon nm ) anyagon Pillárok méretei: 3 mikronos átmérőjű, kb. 10 mikronos hosszúak

18 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 2. Pillárok összenyomása nanoindenterrel: max. erő: 4 mn, max. összenyomás: 2 mikron A hőkezelt, nagyszemcsés Al-30Zn mintán készített kvázi-egykristályos, kiválásos pillárokra kapott tipikus erő-összenyomás görbék előforduló csúszási lavinákkal.

19 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 2. Pillárok összenyomása nanoindenterrel: max. erő: 4 mn, max. összenyomás: 2 mikron A hőkezelt, nagyszemcsés Al-30Zn mintán A HPT-ed, finomszemcsés Al-30Zn mintán készített kvázi-egykristályos, készített mikroszkopikus skálán is kiválásos pillárokra kapott polikristályos pillárokra kapott tipikus erő-összenyomás görbék tipikus erő-összenyomás görbék előforduló csúszási lavinákkal. simák, csúszási lavina-mentesek

20 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A hőkezelt, nagyszemcsés Al-30Zn mintán készített kvázi-egykristályos, kiválásos pillárok: Lokalizált deformációs sávok <111> közeli orientációjú pillár

21 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A hőkezelt, nagyszemcsés Al-30Zn mintán készített kvázi-egykristályos, kiválásos pillárok: Lokalizált deformációs sávok <111> közeli orientációjú pillár

22 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A hőkezelt, nagyszemcsés Al-30Zn mintán készített kvázi-egykristályos, kiválásos pillárok: Lokalizált deformációs sávok <100> közeli orientációjú pillár

23 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A HPT-ed, finomszemcsés Al-30Zn mintán készített, mikroszkopikus skálán is polikristályos pillárok: viszonylag homogén deformáció szemcsehatár-csúszással

24 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A HPT-ed, finomszemcsés Al-30Zn mintán készített, mikroszkopikus skálán is polikristályos pillárok: viszonylag homogén deformáció szemcsehatár-csúszással

25 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A HPT-ed, finomszemcsés Al-30Zn mintán készített, mikroszkopikus skálán is polikristályos pillárok: viszonylag homogén deformáció szemcsehatár-csúszással

26 Mikropillárok plasztikus deformációja és elemzése 3. Összenyomott pillárok felületi morfológiájának vizsgálata SEM-mel: a) A HPT-ed, finomszemcsés Al-30Zn mintán készített, mikroszkopikus skálán is polikristályos pillárok: viszonylag homogén deformáció szemcsehatár-csúszással