Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Mikropillárok plasztikus deformációja 3. TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0003 projekt Visegrád 2012

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-2010-0003 projekt Visegrád 2012

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

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

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 0.4 0.5

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

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

A HPT-deformált Al-30Zn ötvözet mikroszerkezete (Visegrád 2011) Ultra-finomszemcsés Szemcseméret kb. 300-350 nm Két-fázisú rendszer: -Al szemcsék és Zn részecskék

Az ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet mechanikai tulajdonságai: (Visegrád 2011) Megnőtt sebességérzékenység: -Szobahőmérsékleten: m 0. 22 (Kezdeti, durvaszemcsés anyag esetében m 0. 03 ) Szuper-alakíthatóság szobahőmérsékleten: - Maximális megnyúlás kb. 150-160% (szobahőmérsékleten az Al ötvözetekre: a max. megnyúlás < 30-40%, A finomszemcsés anyagokra: a max. megnyúlás < 10-20%)

Az ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet mechanikai tulajdonságai: Mikroindenter mérések: Megnőtt sebességérzékenység: -Szobahőmérsékleten: m 0. 22 (Kezdeti, durvaszemcsés anyag esetében m 0. 03 ) Nanoindenter mérések:

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 = 1.3 10 m / s, 0 Al szemcsehatár menti diffúzióra: 5 2 19 2 D = 5 10 m / s, D 10 m / s 0 Zn öndiffúzióra: 4 2 D = 1.7 10 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 5 4 2 D 1.3 10 1.7 10 m / s 0 =, Q 65 kj / mol, T = 300 K, akkor 17 16 2 D = D exp( Q / RT ) = 1.2 10 1.6 10 m / s 0 15 2 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

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

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

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

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 200 300 polikristályos minták d 70µ m ) anyagon nm ) anyagon Pillárok méretei: 3 mikronos átmérőjű, kb. 10 mikronos hosszúak

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

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 200 300 polikristályos minták d 70µ m ) anyagon nm ) anyagon Pillárok méretei: 3 mikronos átmérőjű, kb. 10 mikronos hosszúak

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.

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

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

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

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