r,- 02 a tak~e p2 -ex. + (3' ma być wolniejsza i zachodzić do 60 minut w temperaturach podwy~szonych i do 30 dni w temperaturze pokojowej [2, 6].

Transkrypt

1 Krzepnięcie metai i stpów t 15 PL ISN ISBN Ó Osshneum 1990 M. MICKER, Mieczysław TO<ARSKI KiłETYKA PROCESÓW WYOZIEENI(JNDł W NISKOAtMIH(JNDł.BINICZ\'Dł STIFADł Zn-A. Wpxwajzenie Kinetyk_a prcesów wydzieeniwych w niskauminiwych dewniczych stpach Zn-A była przedmitem nieicznych prac ba1awczych [1-5]. Przy czym większść wyknanych prac dtyczyła stpów składzie eutektidanym ub zbinym d nieg. W wyniku jednak tych badań ustan, e pdczas utwardzania dyspersyjneg wspmnianych stpów zachdzą niejedncześnie dwa prcesy, t jest bardz szybki eutektidany rzpad przechłdznej fazy i pwny mał intensywny rzpad przesycneg rztwru stałeg (rys. 1). Mechanizm rzpadu przechłdznej fazy {3 jest dtychczas całkwicie niewyjaśniny. Wśród autrów istnieją dwa pgądy: według pierwszeg rzpad ten następuje przez fazy pśrednie zgdnie ze schtem: f3-1 - P->2-0: +. Przemiana fazy _. ma według autrów prac [2, 3] zachdzić bardz szybk, w czasie kiku d kikunastu minut. Natmiast przemiana r,- 02 a take p2 -ex. + (3' ma być wniejsza i zachdzić d 60 minut w temperaturach pdwysznych i d 30 dni w temperaturze pkjwej [2, 6]. Według nwych pgądów eutektidany rzpad na fazy stabine ex. i w przechłdznej fazy zachdzi bezpśredni w czasie d k. 60 minut [4, 5, 7].

2 46 Adam Micker, Mieczysław Tkarski A[ 0 / cięż.] [J BJ , r L --:v-v:v..._, r-l-+-<:-t =---r- L+ _.,."v a L :J +- a L (} Q. E 419 L ( V --- L.." O ;--,"...,:+-..."7fł'C--t 3S 2 _" 351, 5 ef2,4 11,3 33,5 '\.. /. -""'" O. _ 111 1s1 r.>!1781 '\ "'/ ( t V < +c<. ' "'""'..._-+-p.,-: t> t 0 2 4K L (, \ 100,._ ! S,3 \_ (96 \ 0,12 (0, BJ Z n A [ 0 / t] \ A Rys.. Wykres układu równwagi cynk-auminium [2] Większść prac badawczych dtyczących tych prbemów dnsiła się d stpów składzie eutektidanym ub zbiżnym d nieg, a także d stpów pdeutektycznych, np. ZnA14 [1, 5, 7-9]. W wyniku jednak niektórych prac przyjęt pgąd,że przebieg prcesów wydzieeniwych w pdeutektidanych stpach Zn-A jest bardz zbiżny, n i ezaeżnie d zawartści auminium w stpie [1-3, 5-6, 9]. Jednak wyniki niektórych prac, wyknanych przez autrów, wskazują na kniecznść uwzgędniania wpływu struktury, a tym samym i. zawartści auminium na przebieg prcesów wydzieeniwych w pdeutektidanych stpach Zn-A [1, 10-11, 12]. Ceem ewentua1neg :ptwierdzenia pwyższeg pgądu przeprwadzn badania kinetyki prcesów wydzieeniwych w pdeutektidanych stpach Zn-A zawartści 4,10 i 18% A.

3 Kinetyka prcesów wydzieeniwych - stpy Zn-A Badania własne Badania przeprwadzn na przemysłwym stpie ZnA raz na syntetycznych stpach ZnAO i ZnAB. Skład chemiczny badanych stpów przedstawia się następując: - ZnA14: 3,65% A; 0,05% Cu; 0,03\ Mg; 0,025% Fe; 0,001% Cd; 0,001% Sn; reszta - Zn. - ZnAO: 10,50% A; 0,01% Cu; 0,015% Mg; 0,075\ Fe; 0,003\ Cd; 0,002\ Sn; reszta - Zn. - ZnAB: 18,75% A; 0,04% Cu; 0,004\ Mg; 0,003\ Cd; 0,07% Fe; 0,0015\ Sn; reszta - Zn. Stpy syntetyczne ZnAO i ZnA118 sprządzn z cynku eektrityczneg Zn99,95 i z czysteg auminium A 99,8%. Szczegółwy pis techngii tpienia i dewania badanych stpów ZnAO i ZnA118 pdan w pracy [12]. Odewy z badanych stpów ZnA114, ZnAO i ZnA8 pddawan wy!arzaniu ujednrdniającemu w 370"C przez 24 gdziny. Następnie stpy te przesycan z temperatury 360"C w wdzie z dem, p uprzednim trzymaniu w tej temperaturze przez 6 gdzin i starzn samrzutnie d k. 60 dni, a tak!e starzn sztucznie w 120"C przez 24 gdziny. Da kreśenia kinetyki prcesów wydzieeniwych w pwy!szych stpach przeprwadzn pmiary twartści HB, zmian wymiarów iniwych raz zmian pru eektryczneg właściweg p, a t akże badania rentgengraficzne.. Pmiary twardści HB przeprwadzn na twardścimierzu HP0-250 metdę Brinea przy użyciu kuki 2,5 mm i bciążeniu 306,6 N/31,25 kg, działająceg przez 30 sekund. Pmiary twardści HB wykazały pewne pdbieństw przebiegu jej zmiany pdczas starzenia samrzutneg stpów ZnA14, ZnAO i ZnAB. Pi erwsze maksimum twardści pjawia się w stpie ZnAB ju! p k. B minutach, w stpie ZnAO p k. 15 minutach, a w stpie ZnA4 p k. 10 minutach starzenia samrzutneg. W zasadzie nie bserwwan drugieg maksimum twardści, jakkwiek w stpie ZnA4 występuje p k. 4 dniach starzenia samrzutneg nieznaczny wzrst twardści HB (rys. 2). Przebieg zmian twardści HB pdczas starzenia w 12 c przez 24 gdziny pwyższych stpów jest bardziej zróżnicwany. Pierwsze maksimum twardści pjawia się ju! p k. B minutach starzenia w stpie ZnAO, a w stpach ZnA14 i ZnA B dpier p k. 40 minutach starzenia (rys. 3). We wszystkich tych stpach bserwuje się wyraźny spadek twardści, występujący w stpie ZnA114 p k. 10 gdzinach, w stpie ZnAO p k. B gdzinach raz w stpie ZnAB p k. 6 gdzinach starzenia w 120"C. W daszym ciągu starzenia następuje niewieki wzrst twardści HB (rys. 3).

4 48 Adam Micker, Mieczysław Tkarski ' A V... V \ t---. t r-.. t"---f- i-? t/' 'r--.._ 1--,.. u -<1) v i\ \ \" - t- t- r ID 60 m n. f-..: t- "- 3 Czas gdz.? y 1,0 'P sp dni. Rys. 2. Zmiana twardści HB pdczas starzenia samrzutneg: - stpu ZnA14, 2 - stpu ZnAO, 3 - stpu ZnAB r I -u "" "O L a 1-- c; J SJ " L.-f... V 1\ f \ [)< ' V '\ 1"--.. ) / 1"-+..-v / ['.,. v 1"--. tv- r.. 1,..;..- i'-!"'-..,..- f"" 3 1\ -f-. 1\ V 1\ v 1/ V 1/ IL. h.. -! ""' \ '... /V. ---"f'--..,pl-...1, 0, 4J...,O-:!q0 min Czas 4 6 1J 15 2 gdz dni -L---- Rys. 3. Zmiana twardści HB pdczas starzenia przyspieszneg: - stpu ZnA14, 2 - stpu ZnAO, 3 - stpu ZnA118

5 Kinetyka prcesów wydzieeniwych - stpy Zn-A Pmiary pru eektryczneg właściweg p przeprwadzn za pmcą mstka Thmsna TMT-2 na próbkach wymiarach 2x250 mm. Dkładnść pmiaru pru wynsiła :!: O, 1-1 Rem. Pmiary zmian pru p pdczas starzenia samrzutneg wykazały pjawienie się niewiekieg jeg wzrstu p k. 4 minutach w stpie ZnAO raz p k. 20 minutach w stpie ZnAB. Wzrst pru p nie występuje praktycznie w stpie ZnA14. Wzrst pru p pprzedza niewieki jeg spadek w stpie ZnAO raz bardz, wyraźne i szybkie jeg zmniejszanie się w stpie ZnAB (rys. 4). W daszym ciągu starzenia bserwuje się w badanych stpach stały spadek pru p (rys. 4). 9 e 1\ f- --' '""- 71 1\... t : m1n. V :::: t-r-.. r- t- t-... '---t-- -- t- t-- t-!-! 3 Czas gdz ri dni Rys. 4. Zmiana pru eektryczneg właściweg p pdczas starzenia samrzutneg: - stpu ZnA14, 2 - stpu ZnAO, 3 - stpu ZnAB 3. Badania dyatmetryczne przeprwadzn na dyatmetrze bezwzgędnym, prdukcji IM2, stsując następujące par ametry: szybkść przesuwu taśmy 90 mm/gdz, zakres 0,4 mm, czułść 0,01 mm raz wymiary próbek 4x30 mm. Pmiary zmian wymiarów iniwych stpów ZnA14, ZnAO i ZnAB prwadzn w temperaturze pkjwej d 60 minut, a także w temperaturze 120"C przez 24 gdziny. Pmiary zmian wymiarwych wykazały szybkie ich zmniejszanie się d k. B gdzin w stpie ZnA14, d k. 6 gdzin w stpie ZnAO i d k. 2 gdzin w stpie ZnAB (rys. 5). W daszym ciągu st arzenia samrzutneg d k. 60 dni następuje pwne, niewiekie zmniejszanie się wymiarów iniwych badanych stpów (rys. 5). Starzenie przyspieszne pwduje bardz szybkie zmniejszanie się wymiarów iniwych d k. 4 gdzin w stpie ZnA14, d k. 2 gdzin w stpie ZnAO i d k. 1,5 gdziny w stpie ZnAB. Pdczas daszeg starzenia w tern-

6 50 Adam Micker, Mieczysław Tkarski peraturze 12 c d 24 gdzin zachdzi nieznaczne, bardz pwne zmniejszanie się wymiarów iniwych we wszystkich badanych stpach (rys. 6). 4. Badania rentgengraficzne przeprwadzn na dyfraktmetrze DRON-2, stsując dfitrwane za pmcą fitra nikweg prmieniwanie CuK. Ceem badań był kreśenie składu fazweg stpów ZnA4, ZnAO i ZnAiS p różnym czasie starzenia samrzutneg i sztuczneg. Pnadt staran się kreśić na pdstawie zmiany składu fazweg, przebieg rzpadu przechłdznej fazy' a także kinetykę prcesów wydzieania z przesycneg rztwru stałeg. Anaizę przebiegu przemian fazwych przeprwadzn na pdstawie zmian intensywnści i płżenia kątweg wybranych refeksów. Refeksem wybranym d anaizy przemian fazy ex był refeks f 0002 J Q:, a d, fazy (3 był refeks [ 200 J Wybór pwyższych refeksów uzasadniała ich duża intensywnść i swbdne płżenie, zapewniające nienakładanie się ich z innymi refeksami.! ,..-, L-...1 Q} 3 '- a E >- >- c.q E N Q25-0,15 -D.05 1 V / J V J V 1-- V J/ V... ". -:::: mn. Czas gdz. 10 i Rys. 5. Zmiana wymiarów iniwych stpów ZnA pdczas starzenia samrzutneg: - stp ZnA14, 2 - stp ZnAO, 3 - stp ZnAB 20 2_ 4,0 EjO dni Prces wydzieania wtórnej fazy z przesycneg rztwru stałeg a przebiega pdbnie we wszystkich badanych stpach. Zakńczenie teg prcesu kreśa brak daszeg przemieszczania się refeksu [2}ad wyższych kątów. Prces wydzieania fazy z rztwru stałeg ustaje p k. 6 mi esiącach starzenia samrzutneg. Dyfraktgramy p różnych czasach starzenia samrzutneg stpów ZnA14 i ZnAB pkazan na rysunku 7 i 8. Rzpad przechłdznej fazy 0 w stpach ZnA14, ZnAO i ZnAB zachdzi bardz szybk, a jeg zakńczenie, kreśne przez zanik refeksu [200},

7 Ki netyka prcesów wydzie eniwych - stpy Zn-A 51 I...J (/ -0,1 4/ 0,13,.-, -0,1 2 ;', r--! Q)?; - 0,1 1 e.q E >. - 0,10 3: >. c -Q09.E N -Q ,06 -QOS,,!:/ "--;- - / -;-:::=" ::::--::::=... (// _ 2' r ' S Czas starzenia [gdz.] Rys. 6. Zmiana wymiarów iniwych stpów ZnA pdczas starzenia przyspieszneg: - stp ZnA14, 2 - stp ZnAO, 3 - stp ZnA118 następuje p k. gdzinie starzenia samrzutneg. Rzpad fazy na fazy stabine i jest pradpdbnie bezp średni, pnieważ fay te występują w bardz wczesnym stadium przemiany (rys. 7 i 8). Rzpad p rzechł dznej fazy w starznych w 1 c stpach ZnA zachdzi bardz szybk. Przykładw na dyfraktgramach starzneg w 10 c stpu ZnAO refeks [z] zanika całkwicie już p k. gdzinie starzenia. Refeks [ 200]' zaznacza się już p k. 0,5 gdziny starzenia, a p k. 60 minutach bserwuje się dwa wyraźne refeksy [j'i fzj'(rys. 9).

8 52 Adam Micker, Mieczysław Tkarski '<Q_ 'Ci' Q 'i;.5:, i 'f _ ł 1 'f',j;., i - ę- \A J v....-j \..Ą \..}\ n J \..A J t Jk. 8..) f--r- J '- Wy z. " u)ednr. i chdzenie z piecem 6 m-cy rk) '--- 2m-ee 30dni '- 1./ / - )1... i... rt f 1,6 45 H 43 4 A ---',n V\ \...-.,...; f : j i\._1 L/1{'-- 1 \.._ 2 gdz. [./_f- :i min 1 min 7 36 i s <...> "' Rys. 7. Oyfraktgramy próbek samrzutnie starzneg stpu ZnA4

9 Kinetyka prcesów wydzieeniwych - stpy Zn- A 53 Prmieniwa!'iG Ił Q pecie,..:.,.,... PI'Qd Szcze\!111 Predk Lcc res p m. SIOaCZIISOW Kat 29 tuk... W\ 36'1 12 ma min OOOiiiDIS s.35. Wyż. ujednr: i ch{d.zenie z piecem i...,.._,...j V\_ <::. t: 4ó Lt <5' Kąt 26 V V "- In K \ ' ' - i-... 'T. A../ "...../ _,.),., rr'rp (\\\_ -_..J _.) [\" f ' _/: \_ ---- LJ 'r (\i'.sp 1\r--- 3m-c e (1 rk ) -'""A \_ 30 dn = [/\ j/ 1\--v "' \- / h'- r s en 4 dnl... c: "::J N... 1 dzien E V) 1 gdz. c 30min. N mm. t; 5 min. (2"/min) 4"/mn Rys. 8. Dyfraktgramy stpu ZnAB p różnych czasach starzenia samrzutneg.n N u.

10 54 Adam Micker. Mieczysław Tkarski.. - 'S N c:;; -., L i! Prmieniwani e CKdffitrFe t-ł:pięcie ay 38kY ; Prd ampy 9,5mA Szybk. gi>m. 0,5"/min t;::. Szybk.ziczeń 9Jimp/s..;.. 80s Stała czas. Przesłny :: i=. t+i :t -e. '.rg N N - " ' u 1'-- Ą ' IJ i i i! 11 i i t--- :,J J. 1 1 i 1.1! ? Kqt 29 Starz.100"C 18 gdz. Starz.100"C 1 gdz. Starz. 100"C Op gdz. Starz.100"C 1)min. Prz esycenie czasach starzenia w tem Rys. 9. Dyfraktgramy próbek stpu ZnAO p różnych peraturze 1 c Nieznaczne przesunięcie refeksów [ O }ex. raz 0002} Ot w strnę wyższych kątów p dłuższych czasach starzenia w 1 c, a także brak zmiany płżenia kątweg refeksu {1i)cx. mże być dwde pczątku wydzieania się fa-

11 Kinetyka prcesów wydzieeniwych - stpy Zn-A 55 zy {3' z przesycneg rztwru stałeg t (rys. '9). Ddatkwym dwdem teg prcesu mże być pjawienie się refeksu f)'w kńcwym stadium starzenia w 1 c (rys. 9). 3. Anaiza wyników i.niski Pmiary zmian twardści HB, wymiarów iniwych raz pru eektryczneg właściweg 9 pdczas starzenia samrzutneg wykazały istnienie pierwszeg maksimum tych wiekści w pierwszym jeg stadium. Maksimum t występuje p różnych czasach starzenia, w zasadzie zaeżnych d zawartści auminium w stpie, a tym samym d iści fazy (rys. 2, 4, 5). Maksimum t jest wywłane przez eutektidany rzpad przechłdznej fazy. Pgąd ten ptwierdza zanik refeksu fz]już p k. 60 minutach starzenia samrzutneg, a także pjawienie się refeksów {J i [z}' w tym samym czasie (rys. 7 i 8). Pdczas starzenia przyspieszneg w 12 c bserwuje się także występwanie maksimum twardści HB i szybkie zmniejszanie się wymiarów i niwych ' we wczesnym stadium starzenia. Również pdczas starzenia przyspieszneg bserwuje się w zasadzie czaswą zaeżnść występwania maksimum d zawartści auminium w stpie (rys. 3 i 6). Występwanie maksimum jest czywiście związane z eutektidanym rzpadem przechłdznej fazy (rys. 3 i 6). Pewne dstępstw d tej reguły, pegające na szybszym pjawieniu się maksimum twardści HB w stpie ZnAO aniżei w stpie ZnAB, jest!prawdpdbnie związane z "przejściwą" strukturą stpu ZnAO [4, 6, 9, 12]. Bardz szybki rzpad przechłdznej fazy pdczas starzenia przyspieszneg ptwierdzają wyniki anaizy fazwej przykładweg stpu ZnAO. W stpie tym całkwity zanik refeksu {200} następuje p k. gdzinie starzenia przyspieszneg, a słaby refeks fz}' mżna bserwwać już p 30 minutach starzenia. P pierwszej gdzinie starzenia występują dwa wyraźne refeksy {njp.,' i {200](3'(rys. 9). Prcesy wydzieeniwe w badanych stpach:zna114, ZnAO i ZnA118 nie wywłują wyraźnych maksimów na krzywych zmian twardści H8, zmian wymiarów iniwych,a także pru 9 pdczas starzenia samrzutneg raz przyspieszneg (rys. 2-6). Przeprwadzna anaiza fazwa badanych stpów wykazała bardz pwne przemieszczanie się refeksu [zj d wyższych kątów pdczas starzenia samrzutneg. Przemieszczanie się refeksu [zjustaje w zasadzie p k. 6 miesiącach starzenia samrzutneg (rys. 7 i 8). Prces wydzieania fazy z przesycneg rztwru stałeg et zanika zatem w zasadzie p k. 6 miesiącach starzenia samrzutneg [1, 2, S, 10]. Wyniki anaiiy fazwej starzneg sztucznie przykładweg stpu ZnAO ptwierdzają pgąd bardz pwnym i mał

12 56 Adam Micker, Mieczysław Tkarski intensywnym prcesie wydzieani a fazy z przesycneg rztwru stałeg (rys. 9). Na pdstawie wyników przeprwdznych badań i danych iteraturwych mżna wysunąć następujące wniski:. W pdeutektidanych stpach Zn-A zachdzi bardz szybki, eutektidany rzpad przechłdznej fazy i pwny, mał intensywny rzpad przesycnej fazy OL 2. Rzpad przechłdznej fazy pwduje szybkie, wyraźne zmniejszanie się wymiarów iniwych badanych stpów. 3. Prcesy wydzieeniwe wywłują wiemiesięczne, nieznaczne zmiany wymiarwe. 4. Temperatura starzenia ma wpływ na szybkść zachdzenia zmian wymiarwych. Natmiast nie wpływa praktycznie na wartść tych zmian. 5. Różnica przebiegu zmian twardści HB w stpie ZnAO, prównaniu z pzstałymi badanymi stpami, są 1 prawdpdbnie związane z jeg"przejściwą" strukturą. Zagadnienie t wymaga daszych jeszcze dkładnych badań. iteratura. Praca zbirwa: Kinetyka przemian fazwych w dewniczych stpach cynku, Prbem MPBP Nr 20, Ope 1985, niepubikwana. 2. Adamski C., Bnderek., Piwwarczyk T.: Mikrstruktury dewniczych stpów miedzi raz cynku, Śąsk, Katwice Schumann H.: Metagraphie, VEB Leipzig Mrgan S.W.K.: Zinc and Its Ays and Cmpunds, J. Wiey and Sens, New Yrk Tkarski M., Mikcer A., Knieczka R.: Krzepnięcie metai i stpów, nr 5, s , PAN- Oddział Katwice, Wrcław Mattei L., Bianchini A.: MBtaurgia Itaiana, 6, 1961, Tkarski M., Micker A.: Zeszyty Naukwe P. Rzeszwskiej, 1983, B, 101. B. Russew K., Terziew L., Budurv S.: Z. for Metakunde, 73, 1982, Cheetham 0., Sae R.F.: Acta Metaurgica, 22, 1974, 3, Ciura L., Tkarski M., Knieczka R.: Zeszyty Naukwe WSI w Opu, nr 25, Mechanika, z. 7, s , Ope Tkarski M., Kr S., Ciura L.: Wiadmści Hutnicze, XXXIX, 11-12, 1983, Praca zbirwa: Badanie kinetyki prcesów wydzieeniwych, Prbem CPBP, nr 02.09, Etap III, Ope 1988, niepubikwana.

13 Kinetyka prcesów wydzie eniwych - stpy Zn-A Mirkin L.J.: Sprawcznik p rientgenśtrukturnmu anaizu pikristałłw, Izd.Fiz.-Mat.Lit., Mskwa Pearsn W.B.: Handbk f Lattice Spacings and Structures f Metasand Ays, Pergamn Press, Lndn Pracę złżn w ut 1989