POLITECHNIKA KRAKOWSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY INSTYTUT INYNIERII MATERIAŁOWEJ PRACA DOKTORSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA KRAKOWSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY INSTYTUT INYNIERII MATERIAŁOWEJ PRACA DOKTORSKA Temat pracy: WŁACIWOCI MECHANICZNE SPIEKÓW METALI PO ODKSZTAŁCENIU PLASTYCZNYM I OBRÓBCE CIEPLNEJ Opracował: mgr in. Krzysztof Zarbski Promotor: dr hab. in. Stanisław Okoski, prof. PK KRAKÓW, marzec 2009 r.

2 ! " #!" $ " %%&# '( ")* + $ 2

3 SPIS TRECI WSTP ANALIZA ZAGADNIENIA NA PODSTAWIE LITERATURY KIERUNKI ROZWOJU TECHNOLOGII SPIEKOWYCH OBRÓBKA PLASTYCZNA MATERIAŁÓW ROZDROBNIONYCH I SPIEKANYCH WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA STRUKTUR I WŁACIWOCI MECHANICZNE MATERIAŁÓW SPIEKANYCH OBRÓBKA CIEPLNA I CIEPLNO - CHEMICZNA MATERIAŁÓW SPIEKANYCH PODSUMOWANIE I WNIOSKI TEZA PRACY CEL I ZAKRES PRACY BADANIA WŁASNE UWAGI OGÓLNE KONCEPCJA I ALGORYTM BADA METODYKA I TECHNIKA BADA WYNIKI BADA...30 Wyniki bada właciwoci mechanicznych...31 Badania metalograficzne - analiza mikrostruktury...48 Badania fraktograficzne...53 Analiza ilociowa mikrostruktury ANALIZA WYNIKÓW BADA...64 Wpływ odkształcenia plastycznego na zimno na właciwoci mechaniczne...64 Wpływ obróbki cieplnej na właciwoci mechaniczne odkształconych spieków...68 Funkcje obiektu bada WNIOSKI...74 DODATEK A...75 DODATEK B...91 LITERATURA WYKAZ NORM WYKAZ PROGRAMÓW KOMPUTEROWYCH SPIS ILUSTRACJI SPIS TABEL

4 WSTP Technologia spieków charakteryzujca si wysok wydajnoci oraz oszczdnoci materiałów jest rozwojow metod wytwarzania materiałów konstrukcyjnych i wyrobów uytkowych. Dodatkowo pozwala ona na tworzenie nowych materiałów, których wyprodukowanie tradycyjnymi sposobami hutniczymi nie jest moliwe. Projektowanie właciwoci materiałów i wyrobów otrzymywanych w ramach tej technologii bazuje na podstawowym spostrzeeniu, które mona wyrazi jak nastpuje. Właciwoci spieku o porowatej strukturze s okrelone poprzez: właciwoci materiału, z którego zbudowana jest osnowa spieku, porowato i parametry stereologiczne pustek. Właciwoci osnowy s zdeterminowane przez jej skład chemiczny oraz cechy mikrostruktury, takie jak np. skład fazowy, rednia wielko ziarna i spójno na granicach czstek proszku. W tabeli 1 zestawiono główne czynniki wpływajce na właciwoci materiałów i wyrobów spiekanych z proszków metali oraz najwaniejsze metody i rodki technologiczne stosowane w celu ich otrzymywania. Wytwarzanie spiekanych czci maszyn o wysokich właciwociach wytrzymałociowych wymaga otrzymania gstoci zblionej do gstoci litego materiału, czyli moliwie małej porowatoci. Stosuje si w tym celu rónorodne technologie przedstawione midzy innymi w pracach [12, 13, 57, 67, 79, 88, 98]. Wiele z nich wykorzystuje kształtowanie plastyczne jako jeden z etapów na drodze do uzyskiwania odpowiednich właciwoci. S to midzy innymi technologie, na które składaj si nastpujce po sobie kolejno procesy: formowania proszku, wstpnego spiekania, kształtowania plastycznego na zimno lub gorco oraz kocowej obróbki cieplnej (ponownego spiekania lub wyarzania). Obróbka plastyczna materiałów porowatych jest jedn z głównych metod uzyskiwania wyrobów o okrelonych właciwociach technologicznych i uytkowych, łczc w sobie osiganie danej dokładnoci wymiarowo-kształtowej z wymagan wytrzymałoci oraz plastycznoci. Podczas obróbki plastycznej na zimno spiekanych materiałów o porowatej strukturze wykorzystuje si wystpujce jednoczenie efekty: kształtowania, obnienia porowatoci, wzmocnienia odkształceniowego osnowy. 4

5 Tabela 1. Czynniki oraz metody i rodki technologiczne wpływajce na właciwoci materiałów i wyrobów wytwarzanych z proszków metalu Czynniki wpływajce na właciwoci materiałów i wyrobów spiekanych z proszków metali Metody i rodki technologiczne stosowane w celu uzyskiwania okrelonych właciwoci spieków metali Właciwoci osnowy spieku Skład chemiczny Cechy mikrostruktury Dobór składników mieszanki proszkowej Infiltracja Nawilanie Obróbka cieplno-chemiczna Atmosfera spiekania Warunki spiekania i chłodzenia po spiekaniu Obróbka cieplna Obróbka plastyczna półwyrobów spiekanych Ponowne spiekanie lub wyarzanie zastosowane po obróbce plastycznej Porowato i morfologia pustek Dobór metod i warunków formowania kształtek z proszku Dobór składu chemicznego i ziarnowego, kształtu czstek proszku oraz innych parametrów determinujcych właciwoci technologiczne mieszanek proszkowych (wpływajce na przebieg procesów formowania i spiekania) Nowoczesne technologie formowania i spiekania proszków oraz kształtowania plastycznego spieków (CIP, HIP, PIM, prasowanie pulsacyjne i dynamiczne) Klasyczne procesy obróbki plastycznej proszków i spieków Ponowne spiekanie lub wyarzanie po obróbce plastycznej Otrzymywane wyroby cechuje dobra jako technologiczna i uytkowa. Oczywicie, uzyskanie istotnego obnienia porowatoci wstpniaka (uformowanej i spiekanej kształtki), co warunkuje wysokie właciwoci wytrzymałociowe, jest moliwe podczas odkształcania plastycznego tylko w warunkach ujemnego naprenia redniego (σ m < 0). Nastpuje wtedy zmniejszanie si wymiarów pustek, a nawet ich zamykanie i spajanie [25, 26, 36, 83 84]. Wymaga to odpowiedniego doboru rodzaju i warunków realizacji procesu kształtowania plastycznego. Zastosowanie obróbki plastycznej na zimno jako metody podwyszania gstoci i wzmocnienia osnowy spieku ma jednak pewne ograniczenia, spowodowane moliwoci obnienia spójnoci na granicach czstek proszku, zwłaszcza, jeli odkształcenie dotyczy wstpniaków o duej porowatoci pocztkowej [48]. Ponadto odkształceniom trwałym na zimno towarzyszy spadek właciwoci plastycznych spieku. Zniwelowanie tego rodzaju niekorzystnych skutków kształtowania plastycznego na zimno moe by zrealizowane poprzez zastosowanie kocowej obróbki cieplnej w postaci ponownego spiekania lub wyarzania (rekrystalizacji). Tak przeprowadzany proces jest znany pod nazw Double Press 5

6 Double Sintering [21, 20, 66, 67, 76] i wykorzystywany w produkcji odpowiedzialnych czci maszyn, m.in. wyrobów dla motoryzacji. Problemem w tej technologii jest skurcz materiału majcy miejsce podczas spiekania wysokotemperaturowego. Do prawidłowego projektowania wyrobów oraz technologii obróbki plastycznej niezbdne jest wyznaczenie ilociowych i jakociowych zwizków midzy parametrami kształtowania plastycznego a wybranymi właciwociami mechanicznymi porowatych spieków metali [48]. Konieczne jest równie poznanie wpływu ponownego spiekania lub wyarzania na struktur i właciwoci spieków podanych uprzednio kontrolowanym odkształceniom plastycznym na zimno. Celowi temu jest powicona niniejsza praca. 1 Analiza zagadnienia na podstawie literatury 1.1 Kierunki rozwoju technologii spiekowych Rozwój technologii spieków umoliwia cigłe podwyszanie właciwoci mechanicznych tworzyw konstrukcyjnych i wykonywanie wyrobów o coraz bardziej złoonych kształtach. Opracowywane i badane s nowe materiały konstrukcyjne, w tym materiały nanokrystaliczne, kompozyty i spieki na osnowie metalicznej umocnione twardymi czstkami. Wyroby spiekane z proszków zajmuj miejsce w szerokiej grupie wyrobów uytkowych. Metody metalurgii proszków s take coraz czciej stosowane w produkcji materiałów o specjalnym przeznaczeniu (materiały dla energetyki jdrowej, magnetyczne oraz biomateriały) [22, 74, 98]. Jeli chodzi o spieki na osnowie elaza, to najwiksze znaczenie maj wyroby z proszków niskostopowych z dodatkami C, Cu, Ni, Mo a ostatnio te Cr, Mn i Si wytwarzane dla potrzeb motoryzacji. Sporód kierunków bada, prowadzonych obecnie w wielu orodkach naukowych i majcych na celu ulepszanie stosowanych w technologii spieków metod wytwarzania oraz tworzenie nowych, mona wymieni nastpujce: Poprawienie właciwoci technologicznych, jednorodnoci i czystoci proszków. Opracowywane s nowe metody produkcji proszków, pozwalajce na dokładniejsz kontrol wielkoci i kształtu czstek, np. poprzez rozpylanie ciekłego metalu z zastosowaniem specjalnie opracowanych dysz [22, 74]. Ograniczanie sił tarcia w procesach formowania. Do mieszanek proszkowych wprowadzane s substancje zmniejszajce siły tarcia wystpujce midzy czstkami proszku oraz na styku materiał narzdzie. Ułatwia to wypełnianie matryc o skomplikowanych kształtach oraz pozwala na obnienie nacisków prasowania [8, 20, 21, 45]. Uzyskuje si kształtki o jednorodnej gstoci. Rozwój efektywnych metod formowania oraz kształtowania plastycznego proszków i spieków. Nowe sposoby formowania materiałów proszkowych powstały ze wzgldu na konieczno wytwarzania wyrobów o złoonych kształtach. Mimo zastosowania nowoczesnych, sterownych komputerowo pras wielokrotnego działania oraz wielostemplowych narzdzi, nie mona wykonywa pewnych elementów w jednej operacji. Problem ten w pewnym sensie rozwizuj nastpujce metody formowania materiałów proszkowych: 6

7 formowanie wtryskowe (PIM Powder Injection Molding) pozwalajce na uzyskiwanie wyrobów o praktycznie dowolnych kształtach [19, 28]; prowadzone prace nad t metod formownia dotycz dalszej poprawy stopnia wypełnienia matrycy z wykorzystaniem wiedzy z zakresu przepływu cieczy, formowanie warstwowe (SLS - Selective Laser Sintering), jedna z ostatnio rozwijanych technologii, polegajca na nakładaniu kolejnych warstw proszku i spiekaniu ich przy pomocy lasera; materiał układany jest warstwami i nagrzewany wizk laserow, nie spieczony materiał jest zdmuchiwany, ruch głowicy laserowej sterowany jest komputerowo; pozwala to na wytwarzanie wyrobów o skomplikowanych kształtach i duej dokładnoci wymiarowej (ze wzgldu na niskie właciwoci mechaniczne po laserowym spiekaniu wyroby te wymagaj zwykle dodatkowego spiekania) [49, 50], wtryskiwanie strugi proszku do obracajcej si formy (SF Spray Forming), metoda ta jest podobna do formowania wtryskowego z tym, e struga materiału w postaci ciekłej jest dodatkowo rozpylana i przyspieszana do duej prdkoci przy pomocy gazu, a kontrolowany ruch obrotowy formy gwarantuje równomierne rozłoenie warstwy materiału i jednorodn struktur w całej objtoci wyrobu (metoda ta stosowana jest do wytwarzania elementów cienkociennych: listew, rurek, rolek, a take wyrobów płaskich wymagajcych wysokiej dokładnoci wymiarowej oraz do produkcji elementów termoelektrycznych) [82]. Denie do obnienia nacisków prasowania, podwyszenia gstoci i jednorodnoci wyprasek. Działania te przyniosły take podwyszenie efektywnoci wytwarzania wyrobów o rónorodnych kształtach, z materiałów trudnoodkształcalnych lub o specjalnych właciwociach oraz spowodowały powstanie i rozwój wielu metod kształtowania plastycznego proszków i spieków, z których mona wymieni nastpujce: prasowanie z wysokimi prdkociami (dynamiczne), wykorzystujce energi spalania mieszanki wybuchowej (CDC - Combustion Driven Compaction) i kształtowanie przy pomocy szybkich młotów hydraulicznych (HVC - High Velocity Compaction); obydwie metody pozwalaj na uzyskanie jednorodnej i duej gstoci wyprasek (dla proszków na bazie elaza ok. 7,2 7,4 [g/cm 3 ]) [32, 39, 41], prasowanie z podgrzewaniem, wykorzystujce zjawisko obnienia granicy plastycznoci stali ferrytycznych ju w temperaturze nie przekraczajcej 150 [ o C]; ten sposób zagszczania pozwala uzyska porowato wyprasek do około 0,03 i jest wspomagany stosowaniem w mieszankach rónorodnych substancji wicych (lepiszczy), ułatwiajcych łczenie poszczególnych czstek proszku [5, 29, 78, 80], prasowanie obwiedniowe, stosowane dotychczas do kształtowania odkuwek z materiałów litych, okazało si równie efektywn metod obróbki plastycznej na zimno i gorco spieków metali [83, 84], kucie w plastycznej matrycy, stosowane do odkształcania materiałów proszkowych o niskiej plastycznoci [16, 87], 7

8 specjalne rodzaje wyciskania, np. z ujemnym ktem matrycy, cykliczne wyciskanie spczajce [104] i inne, prasowanie pulsacyjne, w którym stosuje si pulsujce ruchy elementów prasowników (stempli i/lub matryc) z czstotliwociami rzdu kilkunastu do kilkuset herców lub ultradwikowymi, zarówno podczas prasowania jak i wypychania wyprasek; w efekcie obnienia sił tarcia otrzymuje si jednorodne wypraski, nawet przy duej ich smukłoci oraz zmniejszenie nacisków prasowania i wypychania; metoda wymaga stosowania specjalnych pras mechanicznych lub hydraulicznych, wzgldnie odpowiedniego oprzyrzdowania [58, 59, 62, 63, 64, 86], prasowanie w polu elektromagnetycznym, stosowane przy produkcji magnesów anizotropowych [59, 60, 61], metody prasowania izostatycznego HIP, CIP [20, 31, 74, 85, 86]. Opracowywanie i rozwój nowych technologii spiekania. Nowe konstrukcje pieców pozwoliły na rozwój technik spiekania [10, 21, 67]. Mona tu wymieni : spiekanie wysokotemperaturowe, w którym podnosi si temperatur spiekania o [ o C] w porównaniu z tradycyjnym (dla proszków na bazie elaza s to temperatury [ o C]); w takich temperaturach nastpuje intensyfikacja procesów spiekania, co powoduje popraw jednorodnoci, stopnia zagszczenia oraz kocowych właciwoci spieku (m.in. twardoci i wytrzymałoci zmczeniowej); mechanizmy spiekania wysokotemperaturowego były oczywicie poznane i opisane wczeniej, lecz na przeszkodzie w ich wykorzystaniu stały, ostatnio rozwizane, problemy konstrukcyjne pieców do spiekania materiałów proszkowych; naley doda, e ten sposób spiekania moe prowadzi do rozrostu ziarna w osnowie spieku - nad rozwizaniem tego problemu prowadzone s dalsze badania [21, 77], spiekanie aktywowane, które ma na celu podniesienie współczynnika dyfuzji w fazie stałej i wytworzenie fazy ciekłej na drodze chemicznej (poprzez dodawanie domieszek np. P, B, C, Co, Si, Cu, Mo, Ta, V i W) [21]; aktywacja procesów spiekania moe odbywa si równie metodami fizycznymi [10]; szczególnie interesujce efekty przynosi aktywacja przy pomocy pola elektrycznego (FAST Field Activation Sintering Technique) [105]. Ulepszanie właciwoci osnowy spieku poprzez odpowiedni obróbk ciepln lub cieplno - chemiczn. Nowe metody (Sinter-hardening) łcz proces hartowania z procesem spiekania. Odpowiednia modułowa konstrukcja pieców wyposaonych w konwekcyjne strefy chłodzce oraz wykorzystanie zamknitego obiegu gazów chłodzcych pozwala na przeprowadzanie hartowania wprost z temperatury spiekania. Opracowywanie i rozwój specjalnych, zaawansowanych metod produkcji nowych materiałów. Skład chemiczny materiałów i wyrobów spiekanych modyfikowany jest midzy innymi na drodze infiltracji podczas spiekania z faz ciekł (SILP Sintering by Infiltration of Loose, Powder), co pozwala na tworzenie nowych materiałów, dodawanie do osnowy spieków składników charakteryzujcych si np. du twardoci czy te odpornoci na działanie wysokich temperatur. Do tych specjalnych technologii zalicza si nowe metody stopowania (łczenia, stapiania), w tym mechaniczn (MA - 8

9 Mechanical Alloying) i reaktywne w rónych fazach - stałych, ciekłych i przejciowych oraz przy zrónicowanych wartociach temperatury i cinienia. Mona tu równie wymieni otrzymywanie stali szybkotncych metod prasowania izostatycznego (tzw. proces ASEA STORA) [30]. 1.2 Obróbka plastyczna materiałów rozdrobnionych i spiekanych Najczciej stosowanymi procesami obróbki plastycznej materiałów rozdrobnionych i spiekanych s: kucie matrycowe na młotach i prasach, walcowanie, róne odmiany wyciskania, prasowanie izostatyczne, nagniatanie oraz kalibrowanie. W produkcji niektórych elementów przekładni zbatych (koła zbate stokowe, zbatki piercieniowe itp.) i innych czci stosowane s specjalne procesy kunicze, jak np. kształtowanie na prasie z wahajc matryc [6, 7, 9, 27, 32, 36, 37, 42, 46, 52, 67, 75, 106]. Procesy prowadzone na gorco zapewniaj du gsto redni oraz jednorodn i drobnoziarnist struktur w całej objtoci kształtowanego materiału, a take korzystn morfologi pustek Naley doda, e obróbka plastyczna na gorco wymaga zazwyczaj stosowania atmosfer ochronnych i urzdze do bezzgorzelinowego nagrzewnia wsadu (w celu ochrony spieków przed utlenianiem). Obróbka plastyczna na gorco jest czsto jedynym sposobem kształtowania materiałów charakteryzujcych si nisk plastycznoci w temperaturze pokojowej (stopy na osnowie FeAl i FeAl 3, materiałów nalecych do grupy faz midzymetalicznych) [90]. Jednym ze sposobów kształtowania takich materiałów jest kucie w plastycznej matrycy [16, 88]. Obróbka plastyczna spieków na zimno gwarantuje dokładno wymiarowo kształtow i wysok gładko powierzchni, zapewniajc wymagan jako technologiczn i uytkow wyrobów (tzw. dokładna obróbka plastyczna). Dodatkowo materiał osnowy podlega wzmocnieniu odkształceniowemu. Charakterystycznym dla stanu zgniotu zmianom ulegaj struktura i właciwoci osnowy spieku [40, 42, 46, 47, 65]. Ten sposób kształtowania nie wymaga stosowania atmosfer ochronnych oraz urzdze do bezzgorzelinowego nagrzewania wstpniaków. Jednak jak ju wspomniano wczeniej kształtowanie plastyczne na zimno niesie ze sob niebezpieczestwo obnienia spójnoci granic czstek proszku, powstawania mikropkni, szczelin i rozwarstwie, co jest szczególnie niebezpieczne przy produkcji wysoko obcionych czci maszyn [36, 46, 47, 48, 83, 84]. Dobre wyniki z punktu widzenia eliminacji tego rodzaju wad uzyskano stosujc prasowanie z wahajc matryc, podczas którego ma miejsce przemieszczanie si obszaru lokalnych odkształce plastycznych zgodnie z ruchem górnej czci matrycy [37]. Kucie spieków przeprowadza si rónymi metodami (w matrycach otwartych i zamknitych, na młotach i prasach, na zimno i na gorco), przy czym dy si do uzyskania wysokiej gstoci odkuwek (z tego wzgldu najczciej stosuje si kucie w matrycach zamknitych). Zakres kształtowanych materiałów jest bardzo szeroki, od spieków na bazie elaza do stopów aluminium. Podczas projektowania odkuwek, przy doborze wymiarów i kształtu wstpniaków i przedkuwek, naley uwzgldni ciliwo materiału, spowodowan obecnoci w jego strukturze pustek. Informacje dotyczce metod i technologii kucia spieków oraz struktury i właciwoci odkuwek i spiekanych materiałów po kuciu mona znale m. in. 9

10 w [6, 7, 9, 27, 32, 54, 75, 89, 97, 106]. Prasowanie w matrycach zamknitych jest jedn z podstawowych metod wytwarzania odkuwek z materiałów spiekanych, przy czym uzyskuje si kocow gsto wzgldn na poziomie 0,97 0,98 [108]. Czsto stosowan metod kształtowania plastycznego proszków i spieków metali jest wyciskanie. Proces ten charakteryzuje si stanem napre ciskajcych w odkształcanym materiale i z tego wzgldu stosowany jest do formowania wyrobów z proszków kruchych, o złej prasowalnoci i formowalnoci. Róne metody wyciskania materiałów proszkowych (na zimno i gorco, z zastosowaniem lub bez stosowania plastyfikatorów) opisane s m. in. w [35, 76, 88]. Wyciskanie na gorco jest podstawow metod otrzymywania półwyrobów do dalszej obróbki mechanicznej lub plastycznej stopów na bazie aluminium. Właciwoci wytrzymałociowe oraz odporno termiczna takich stopów jest wysza od podobnych materiałów otrzymywanych w metalurgii tradycyjnej [89, 97]. Prowadzone były równie badania procesów wyciskania z zastosowaniem duych odkształce oraz matryc o specjalnych kształtach. Procesy te umoliwiły tak znaczn konsolidacj czstek proszku (w wyniku spajania na zimno lub gorco), e mona było pomin proces spiekania [91, 92, 104]. Walcowanie wzdłune bywa stosowane zarówno do formowania kształtek (tam) z proszku, jak i do odkształcania spiekanych wstpniaków. Badania procesu walcowania wzdłunego spieku z proszku elaza oraz właciwoci tak otrzymanego materiału w porównaniu z materiałem litym (elazo Armco) były przedmiotem pracy [36]. Autor wskazuje na moliwo uzyskiwania duych gstoci materiału. Stwierdzono, e istnieje graniczna warto gstoci, do której dochodzi si, walcujc spiekane pasmo z małymi gniotami i stosujc midzyoperacyjne wyarzanie rekrystalizujce. Po przekroczeniu tej granicznej gstoci elazo spiekane zachowuje si jak materiał lity i moe by ju walcowane bez wyarzania midzy kolejnymi przepustami. Walcowany na zimno materiał spiekany posiada właciwoci wytrzymałociowe zblione do materiału litego, natomiast jego wydłuenie wzgldne jest o około 25% mniejsze. Stosowana jest równie powierzchniowa wykaczajca obróbka plastyczna spieków poprzez nagniatanie (najczciej statyczne - toczne lub lizgowe). Procesy nagniatania wywieraj korzystny wpływ na stan warstwy wierzchniej materiałów spiekanych z proszków metali powodujc zmniejszenie chropowatoci powierzchni, podwyszenie gstoci, wzmocnienie osnowy oraz uzyskanie ostatecznych napre ciskajcych w obrbie warstwy wierzchniej. Jako uytkow wyrobów charakteryzuje m. in. wzrost wytrzymałoci zmczeniowej i odpornoci na zuycie cierne. Procesy nagniatania były badane midzy innymi w [42, 71, 72, 73]. W pracach [42, 53] autorzy zwracaj uwag na moliwo stosowania po nagniataniu obróbki cieplno-chemicznej. Ze wzgldu na wystpujce w trakcie procesu spiekania zmiany wymiarowe kształtek czsto stosuje si kalibrowanie - wykaczajc obróbk plastyczn, której celem jest 10

11 uzyskanie wymaganej dokładnoci wymiarowo - kształtowej i gładkoci powierzchni (1). Kalibrowanie wyrobów spiekanych o klasie dokładnoci IT pozwala na uzyskanie tolerancji mieszczcych si w 6-7 klasie dokładnoci, natomiast ponowne kalibrowanie w 5-6 klasie [68]. Rónorodne odmiany procesu kalibrowania przedstawione s m.in. w [57]. Prócz dogszczania i kalibrowania do innych zabiegów wpływajcych na jednoczesne poprawienie właciwoci mechanicznych i zwikszenie dokładnoci wymiarowej jest dogniatanie (odkuwek). W [93] wykazano wzrost wytrzymałoci na rozciganie i na zginanie oraz udarnoci połczone ze zmniejszeniem porowatoci osignite poprzez dogniatanie na zimno spieków o składzie chemicznym odpowiadajcym niskostopowej stali do ulepszania cieplnego. Autorzy zbadali zaleno osiganego zmniejszenia porowatoci spieku od nacisku jednostkowego, okrelajc jednoczenie jego maksymaln warto, powyej której dogniatanie nie wpływa ju na przyrost właciwoci wytrzymałociowych. Procesy obróbki plastycznej wraz z nastpujc po nich obróbk ciepln znajduj coraz czciej zastosowanie w produkcji wyrobów spiekanych o specjalnym przeznaczeniu, takich jak np. tuleje samosmarujcych łoysk lizgowych dla przemysłu lotniczego [99]. 1.3 Wpływ odkształcenia plastycznego na zimno na struktur i właciwoci mechaniczne materiałów spiekanych Kształtowane plastycznie na zimno spieki metali o strukturze porowatej doznaj trwałych odkształce plastycznych postaciowych i objtociowych, przy czym odkształcenia objtociowe s skutkiem zmian wymiarów pustek. Struktura i właciwoci osnowy spieku s charakterystyczne dla stanu zgniotu (wystpuje wzrost właciwoci wytrzymałociowych wywołany wzmocnieniem odkształceniowym, spadek właciwoci plastycznych, zmiana orientacji granic ziarn i ich kształtu, powstanie tekstury itp.), analogicznie jak to si dzieje w przypadku materiałów litych. Wpływ istniejcych w strukturze spieku pustek na przebieg procesu odkształcania mona porówna z wpływem wtrce niemetalicznych i innych faz na ograniczenie ruchu dyslokacji oraz powstawanie mikropkni w materiałach litych [11, 15, 70, 96, 102]. Dobre właciwoci mechaniczne spieku (uwarunkowane otrzymaniem niskiej porowatoci, drobnoziarnistej struktury i korzystnej morfologii pustek) mona otrzyma, stosujc odkształcenia plastyczne na gorco. Podobne efekty mona osign równie podczas obróbki plastycznej na zimno pod warunkiem, e uniknie si naruszenia spójnoci lub wystpienia wad materiału w postaci szczelin i mikropkni. Wymaga to odpowiedniego doboru rodzaju i warunków procesu technologicznego, a w tym - porowatoci pocztkowej odkształcanych wstpniaków. Ewentualne negatywne lub niepodane skutki odkształce plastycznych na zimno mona usun, stosujc ponowne spiekanie, które powoduje m.in. sferoidyzacj pustek, popraw spójnoci lub likwidacj szczelin na granicach ziaren proszku (1) Kalibrowanie jest procesem zblionym do nagniatania (statycznego lizgowego), od którego róni si zakresem stosowanych gniotów oraz konstrukcj narzdzi (matryc), umoliwiajcych jednoczesn obróbk całego przedmiotu, przy czym na poszczególnych powierzchniach mog panowa róne warunki odkształcania. 11

12 [67, 103]. Jeeli stan zgniotu jest niepodany - mona zastosowa klasyczn operacj wyarzania rekrystalizujcego. Projektowanie oraz efektywne stosowanie procesów obróbki plastycznej na zimno spieków metali wymaga poznania jednoczesnego wpływu porowatoci i stopnia wzmocnienia osnowy na struktur i właciwoci kształtowanego materiału spiekanego. Wpływ porowatoci na właciwoci mechaniczne spieków z proszków metali jest do dobrze zbadany [12, 13, 17, 18, 25, 52, 53, 54, 55, 66, 67, 68, 76, 77, 92]. Opisano take, głównie jakociowo, zmiany zachodzce w morfologii pustek oraz w osnowie spieku wskutek odkształce plastycznych na zimno. Prawie nie spotyka si jednak prac, w których zmiany te byłyby okrelane ilociowo w funkcji poprawnie zdefiniowanego stopnia odkształcenia osnowy. Badania tego typu były przedmiotem prac [46, 48, 69], gdzie właciwoci mechaniczne spieków wyznaczano dowiadczalnie jako funkcje zalene od porowatoci i odkształcenia zastpczego osnowy (parametru wzmocnienia). Wyniki bada zaprezentowane w pracy [48] wykazały znaczne obnienie właciwoci plastycznych odkształcanych na zimno spieków metali, przejawiajce si midzy innymi spadkiem wydłuenia i udarnoci oraz obnienie właciwoci wytrzymałociowych przy rozciganiu wzgldem właciwoci mierzonych przy ciskaniu. Sugeruje to nisk spójno granic czstek proszku, przez co wzmocnienie odkształceniowe osnowy nie moe by w pełni wykorzystane. Tym samym wskazano na ograniczenia w stosowaniu odkształcania plastycznego na zimno w celu podwyszania właciwoci wytrzymałociowych spieków metali. Przy odpowiednich wartociach odkształcenia zastpczego osnowy i dostatecznie małej porowatoci pocztkowej ww. negatywne zjawiska nie zachodz. 1.4 Obróbka cieplna i cieplno - chemiczna materiałów spiekanych Opracowania naukowe i techniczne dotyczce obróbki cieplnej metalowych materiałów litych i jej wpływu na mikrostruktur i właciwoci s bardzo szerokie i opisuj te zagadnienia w sposób szczegółowy dla rónorodnych materiałów konstrukcyjnych stosowanych w technice. Mało jest jednak opracowa dotyczcych materiałów spiekanych. Dostpne prace zawieraj najczciej zbiory uzyskanych w drodze dowiadczalnej parametrów obróbki cieplnej lub cieplno - chemicznej dla wybranych spieków metali. Zwłaszcza niewiele jest prac badawczych, majcych na celu okrelenie wpływu obróbki cieplnej (ponownego spiekania lub wyarzania) spieków poddanych wczeniej obróbce plastycznej na zimno na ich struktur i właciwoci. Podobnie jak materiały lite, spieki metali poddawane s rónorodnym operacjom obróbki cieplnej i cieplno - chemicznej [20, 95], m.in.: wyarzaniu - wygrzewaniu powyej temperatury zdrowienia i rekrystalizacji, z nastpujcym potem powolnym chłodzeniem; celem operacji jest usunicie resztkowych napre wewntrznych i rekrystalizacja osnowy spieku, wgloazotowaniu niskotemperaturowemu i wysokotemperaturowemu polegajcemu na dyfuzyjnym nasycaniu warstwy wierzchniej obrabianego wyrobu jednoczenie wglem i azotem, w celu uzyskanie twardej i odpornej na cieranie powierzchni, 12

13 nawglaniu w orodkach ciekłych lub gazowych, w celu wzbogacenia w wgiel warstwy wierzchniej, przy czym grubo warstwy nawglonej zaley od gstoci spieku oraz czasu trwania procesu, normalizacji polegajcej na nagrzaniu przedmiotu do temperatury [ o C] powyej temperatury przemiany eutektoidalnej i chłodzeniu w spokojnym powietrzu; normalizacj przeprowadza si w celu uzyskania drobnego i jednorodnego ziarna w osnowie spieku, utwardzaniu wydzieleniowemu majcemu na celu utwardzenie osnowy spieku dyspersyjnymi czstkami fazy wtórnej, wydzielonej z roztworu stałego (zazwyczaj po wczeniejszym przesycaniu), przesycaniu pozwalajcemu uzyska w temperaturze otoczenia jednofazow struktur przesyconego roztworu stałego, hartowaniu tj. szybkiemu chłodzeniu nagrzanego materiału w celu uzyskania martenzytycznej struktury osnowy spieku, charakteryzujcej si du twardoci i wytrzymałoci oraz nisk plastycznoci, hartowaniu z temperatury spiekania ( sinter hardening ) zapewniajcemu otrzymanie martenzytycznej lub bainitycznej struktury osnowy spieku; struktura bainityczna osnowy charakteryzuje si lepszymi właciwociami plastycznymi oraz wytrzymałoci zmczeniow w porównaniu ze struktur martenzytyczn (kontrolowane chłodzenie odbywa si orodkach gazowych, czsto z zamknitym obiegiem gazu), utlenianiu gazowemu polegajcemu na wygrzewaniu spieków na bazie elaza w atmosferze pary wodnej w temperaturze [ o C]; ma to na celu wytworzenie na powierzchni spieku odpornej na utlenianie ciemno-szarej warstewki tlenku elaza Fe 2 O 3, co - oprócz efektu dekoracyjnego - wpływa na zwikszenie twardoci i odpornoci korozyjnej, odpuszczaniu dodatkowej obróbce cieplnej po hartowaniu, polegajcej na wydzieleniu nadmiaru wgla z martenzytu, przemianie austenitu szcztkowego oraz rekrystalizacji osnowy w celu polepszenia cigliwoci spieku, co odbywa si kosztem jego twardoci, ponownemu spiekaniu, np. po uprzedniej obróbce plastycznej. Rónorodne odmiany obróbki cieplnej oraz ich wpływ na struktur i właciwoci materiałów spiekanych omawiane s m. in. w [1, 20, 23, 34, 44, 51, 55, 68]. Poniewa prace te w wikszoci nie uwzgldniaj w analizie poziomu odkształce plastycznych w osnowie spieku lub dotycz ulepszania cieplnego, a tym samym nie wi si cile z tematem niniejszej pracy, wic wyniki w nich zawarte bd omówione w skrócie. Naley podkreli, e procesy obróbki cieplnej, a zwłaszcza cieplno chemicznej spieków maj nieco odmienny przebieg ni dla materiałów litych ze wzgldu na porowat struktur. Rekrystalizacja jest podstawowym procesem modyfikujcym właciwoci metali i ich stopów po odkształceniu plastycznym. W [10] przedstawiono zjawisko rekrystalizacji materiałów porowatych zachodzcej podczas spiekania. Wskazano na rónice midzy 13

14 rekrystalizacj materiałów litych i porowatych, wynikajce z obecnoci pustek, co wie si z bardziej rozwinitymi powierzchniami swobodnymi spiekanych czstek. Sił napdow procesu rekrystalizacji jest denie układu do osignicia stanu równowagi o mniejszej całkowitej energii powierzchniowej granic ziaren. Autor stwierdza, e przebieg rekrystalizacji materiałów porowatych zaley głównie od wymiarów sprasowanych czstek, co zwizane jest z wielkoci porów, majcych hamujcy wpływ na przebieg procesu. Rekrystalizacji, prócz zmiany struktury, towarzysz równoczenie takie zjawiska jak skurcz i redukcja tlenków. Obróbka cieplna i cieplno - chemiczna spieków z proszków elaza o gstoci powyej 7,2 [g/cm 3 ] przeprowadzana jest tak samo jak dla materiałów litych, czstokro w piecach bez atmosfery ochronnej, co wynika z braku porowatoci otwartej. Obróbka cieplna spieków poniej tej gstoci wymaga specjalnych atmosfer ochronnych i redukujcych, zapobiegajcych procesom utleniania oraz chłodzenia w oleju w zbiorniku, który czsto znajduje si w strefie grzania pieca. Naley doda, e obecno porów wypełnionych gazem powoduje nisz przewodno ciepln, co wymusza konieczno stosowania bardziej intensywnego chłodzenia. Optymaln zawartoci wgla w spiekach stalowych jest ilo odpowiadajca punktowi eutektoidalnemu, tj. 0,8% składu mieszanki, (oczywicie naley pamita o wpływie dodatków stopowych na połoenie tego punktu) [1]. Obróbka cieplna materiałów porowatych - prócz wymienionych ju ogranicze wynikajcych z porowatej struktury obrabianego materiału - niesie ze sob inne niedogodnoci. Przykładem moe tu by wprowadzanie do mieszanek proszkowych składników podanych z punktu widzenia obróbki cieplnej, lecz majcych negatywny wpływ na inne ich właciwoci, np. prasowalno. Jest tak np. w przypadku wysokowytrzymałych manganowych stali konstrukcyjnych, wytwarzanych w technologii spiekowej (pewne zwizki manganu wprowadzane do mieszanek proszkowych w znacznym stopniu pogarszaj ich prasowalno ). W [87] autor przedstawia główne aspekty zwizane z produkcj stopowych konstrukcyjnych stali charakteryzujcych si wysok hartownoci, a przeznaczonych do technologii obróbki cieplnej typu sinter - hardening, polegajcej na hartowaniu bezporednio z temperatury spiekania poprzez przyspieszone chłodzenie. Włanie obróbka cieplna typu sinter - hardening szczególnie interesuje wytwórców materiałów spiekanych na osnowie elaza, co wynika z denia do ograniczania liczby operacji niezbdnych do otrzymania gotowego wyrobu. W [44, 51] autorzy opisuj nowe mieszanki proszkowe stopowych stali chromowych na bazie proszku elaza z dodatkami Ni, Si i Mo, charakteryzujce si wysok hartownoci, co pozwala na osiganie po odpowiedniej obróbce cieplnej i cieplno - chemicznej dobrych właciwoci mechanicznych spieków z tych mieszanek: wytrzymałoci doranej i zmczeniowej, twardoci, udarnoci (20 30 [J/cm 2 ]) oraz wydłuenia (2 3%) przy jednoczesnej wyjtkowo duej stabilnoci wymiarowej podczas rozmaitych procesów termicznych. Dziki zastosowaniu odpowiednich dodatków smarujcych oraz rodków ułatwiajcych łczenie czstek proszku moliwe jest uzyskiwanie gstoci wyprasek rzdu 7,2 [g/cm 3 ]. Według autorów unikalne połczenie właciwoci umoliwia szerokie zastosowanie tych spieków zamiast elementów kutych czy spiekanych wytwarzanych w technologii DP/DS i utwardzanych indukcyjnie. 14

15 Stosowana dla tych materiałów obróbka cieplna jest typow obróbk sinter - hardening składajc si z operacji: spiekania prasowanej na gorco kształtki przez 30 [min] w temperaturze 1150 [ o C] w atmosferze 90%N 2 /10%H 2 (% obj.), chłodzenia po spiekaniu w zakresie temperatury midzy 650 a 315 [ o C] z odpowiedni prdkoci (badany był równie wpływ prdkoci chłodzenia na kocowe właciwoci materiału), ostatecznego wygrzewania odprajcego w temperaturze 205 [ o C] w czasie 1 [h]. Moliwoci przeprowadzania obróbki cieplnej kształtek ze stali chromowych połczonej ze spiekaniem w piecach próniowych opisano w [23]. Przedstawiona obróbka cieplna łczy w sobie dwa procesy: spiekanie i hartowanie. Autorzy wskazuj na moliwo uycia medium chłodzcego w postaci azotu. Zastosowanie do chłodzenia gazu o odpowiednim przepływie łczy si ze zmniejszeniem napre hartowniczych i pozwala otrzyma dan struktur martenzytyczn. Dodatkowo przy takim sposobie chłodzenia nie ma koniecznoci usuwania medium chłodzcego z porów otwartych, co jest niezbdne w przypadku stosowania oleju. Prezentowane s mikrostruktury oraz właciwoci mechaniczne materiałów o rónym składzie chemicznym, poddanych spiekaniu w temperaturze 1120 [ o C] lub wysokotemperaturowemu w temperaturze 1250 [ o C]. Hartowanie odbywało si przy rónych prdkociach chłodzenia, co prowadziło do otrzymania rónorodnej zawartoci bainitu w strukturze materiału. Autorzy wskazuj na moliwoci, jakie daje chłodzenie gazem przy dopasowaniu prdkoci chłodzenia do składu chemicznego obrabianego materiału. Wykazano przydatno obróbki cieplnej, łczcej spiekanie z hartowaniem przy chłodzeniu gazem do produkcji wyrobów dla przemysłu motoryzacyjnego. Róne odmiany obróbki cieplnej oraz ich wpływ na kocowe właciwoci spieków mogcych mie zastosowanie w produkcji czci wysoko obcionych przekładni samochodowych omawiane s w [55]. Przygotowano dwa rodzaje mieszanek proszkowych stali stopowych o zawartoci 0,85% Mo z tym, e jedna mieszanka zawierała 0,6% C a druga - oprócz dodatku 0,6% C 2% domieszk Ni. Materiał po sprasowaniu do gstoci 6,8 6,9 [g/cm 3 ] był spiekany w temperaturze 1120 [ o C] i kuty na gorco w temperaturze 930 [ o C] pod cinieniem 830 [MPa]. Nastpnie przeprowadzono 3 rodzaje obróbki cieplnej: wolne studzenie z temperatury kucia bez dalszej obróbki cieplnej, przyspieszone chłodzenie (hartowanie), z dodatkowym wygrzewaniem w temperaturze 200 [ o C] (odpuszczaniem), austenityzacj w temperaturze 900 [ o C] po kuciu na gorco w temperaturze 930 [ o C], chłodzenie w oleju o temperaturze 80 [ o C] i kocowe odpuszczanie w temperaturze 200 [ o C]. Podano obszerne wyniki bada mikrostruktury i przełomów oraz właciwoci mechanicznych. W [34] autorzy poszerzaj badania opisane wyej o dodatkowe. Materiał po formowaniu, spiekaniu i kuciu na gorco poddany został obróbce cieplno-chemicznej, polegajcej na dwustopniowym nawglaniu w próni przez 3 [h] w temperaturze 980 [ o C] 15

16 w dwóch cyklach po 1,5 [h]. Pierwszym cyklem było intensywne nawglanie przy wysokim potencjale wglowym, bliskim granicznej rozpuszczalnoci wgla w austenicie, decydujce o gruboci warstwy nawglonej. Drugim cyklem było wyarzanie dyfuzyjne przy potencjale wglowym odpowiadajcym wymaganiom stenia powierzchniowego, słuce do uzyskania łagodnych zmian stenia przy przejciu z warstwy wierzchniej do rdzenia materiału. Po nawglaniu próbki były chłodzone w azocie pod wysokim cinieniem, a nastpnie odpuszczane w temperaturze 200 [ o C] przez 1 [h]. Autorzy podaj wyniki standardowych bada zmczeniowych zalecanych przez MPIF (Metal Powder Industries Federation) w tecie Rolling Contact Fatigue Testing. Badania połczonego wpływu obróbki plastycznej za pomoc kucia matrycowego na gorco oraz obróbki cieplnej z wykorzystaniem ciepła procesu kucia na struktur i właciwoci mechaniczne spiekanej stali przedstawiono w [94, 100]. Podobnie jak wyroby utwardzane na drodze hartowania, które wymagaj kocowej obróbki cieplnej w postaci odpuszczania, równie elementy po wczeniejszej obróbce plastycznej na zimno mog by poddane, jeli to konieczne, ostatecznej obróbce cieplnej (w postaci ponownego spiekania lub wyarzania), majcej na celu usunicie ewentualnych niepodanych lub negatywnych skutków odkształce plastycznych. To, czy te negatywne skutki wystpiły, a jeli tak, to w jakim zakresie, zalene jest od nastpujcych czynników: gatunku odkształcanego spieku, rodzaju i warunków realizacji procesu odkształcania, porowatoci pocztkowej spieku, wielkoci zastosowanego gniotu (odkształcenia). Naley doda, e podczas spiekania lub wyarzania w zalenoci od temperatury i czasu trwania procesu gsto spieku w mniejszym lub wikszym stopniu wzrasta. 1.5 Podsumowanie i wnioski Przedstawiony w skrócie przegld aktualnego stanu wiedzy, dotyczcy głównie zagadnie rozwoju technologii spieków oraz wpływu obróbki plastycznej i nastpujcej po niej obróbki cieplnej na właciwoci mechaniczne wyrobów z proszków metali upowania do sformułowania nastpujcych spostrzee. Procesy obróbki plastycznej pełni w technologii spieków szczególna rol, słuc zarówno formowaniu półwyrobów z proszku, jak i kształtowaniu gotowych wyrobów ze spiekanych wstpniaków. Specyfika materiałów rozdrobnionych i spiekanych polega na tym, e s to orodki w rónym stopniu zdolne do nieodwracalnych odkształce objtociowych i postaciowych. Jak wiadomo, korzystny efekt podwyszania gstoci mona osign tylko w tych procesach odkształcania, dla których spełniony jest warunek: σ m < 0 (ujemnego naprenia redniego), zarówno globalnie jak i lokalnie. W przeciwnym przypadku (w obszarach, w których σ m > 0) nastpuje wzrost porowatoci, co moe doprowadzi do naruszenia spójnoci podczas kształtowania. Nakłada to ograniczenia na rodzaje procesów obróbki plastycznej moliwe do efektywnego wykorzystania w kształtowaniu materiałów rozdrobnionych i spiekanych oraz determinuje warunki termodynamiczne tych procesów. Preferowane s oczywicie 16

17 procesy charakteryzujce si duymi ujemnymi wartociami napre rednich (róne odmiany prasowania izostatycznego, kucia w matrycach zamknitych i wyciskania), gdy zapewniaj one istotny wzrost gstoci. Obróbka plastyczna na gorco spiekanych półwyrobów przeprowadzana w odpowiednich warunkach termodynamicznych zapewnia nisk porowato, drobnoziarnist struktur i korzystn morfologi pustek. Wymaga jednak stosowania atmosfer ochronnych i/lub urzdze do bezzgorzelinowego nagrzewania wsadu, aby unikn szkodliwego zjawiska utleniania spieków. Procesy kształtowania na zimno oprócz efektów kształtowania i podwyszania gstoci, zapewniaj równie wzmocnienie odkształceniowe osnowy spieku, co łcznie prowadzi do otrzymywania wyrobów o wysokiej wytrzymałoci. S to procesy proste w realizacji, gdy zbdne staje si nagrzewanie i stosowanie atmosfer ochronnych, a ponadto mamy moliwo kształtowania wyrobów gotowych o wysokiej dokładnoci wymiarowo - kształtowej i gładkoci powierzchni. Procesy obróbki plastycznej na zimno w zastosowaniu do spieków metali maja jednak ograniczenia, istnieje bowiem niebezpieczestwo obnienia spójnoci na granicach czstek proszku, a nawet powstawania wad wewntrznych w postaci mikropkni i szczelin, a do wystpienia makroskopowego naruszenia spójnoci. Zjawiska tego rodzaju mog si pojawi, gdy odkształceniu plastycznemu na zimno poddaje si spieki o duej porowatoci pocztkowej. Do usunicia ewentualnych niepodanych skutków obróbki plastycznej na zimno mog słuy : wyarzanie rekrystalizujce, stosowane głównie w celu podwyszenia właciwoci plastycznych, w zasadzie nie wpływajce na porowato, ponowne spiekanie, w czasie którego zachodzi podwyszenie gstoci, sferoidyzacja pustek oraz poprawa spójnoci na granicach czstek proszku; zabieg ten moe w okrelonych warunkach - eliminowa wady w postaci mikropkni i szczelin. Obecnie znane s i stosowane w praktyce przemysłowej procesy typy DP/DS. Brak jest jednak w literaturze wyników bada wpływu ponownego spiekania na struktur i właciwoci spieków poddanych uprzednio kontrolowanym odkształceniom plastycznym, wywołujcym okrelony poziom wzmocnienia osnowy (2). Na podstawie powyszych uwag mona sformułowa nastpujce wnioski, majce charakter wytycznych odnonie celu, zakresu i metodyki bada własnych. Celowe jest zbadanie wpływu ponownego spiekania lub wyarzania na struktur i właciwoci mechaniczne spieków poddanych kontrolowanym odkształceniom plastycznym na zimno, tzn. charakteryzujcych si okrelonymi (znanymi) poziomami wartoci odkształcenia zastpczego osnowy. (2) Poziom wzmocnienia osnowy jest okrelony przez podanie odkształcenia zastpczego (parametru wzmocnienia) osnowy. cisł definicj tego parametru podano w Dodatku B (wzory (D8) i (D9)). 17

18 Badania tego rodzaju pozwol na ustalenie, w jakim stopniu ww. operacje obróbki cieplnej umoliwiaj eliminacj ewentualnych niepodanych lub negatywnych skutków obróbki plastycznej na zimno. W celu okrelenia wpływu obróbki cieplnej na struktur i właciwoci odkształconych na zimno spieków metali naley przeprowadzi badania właciwoci mechanicznych oraz badania metalograficzne i fraktograficzne przełomów próbek o rónych wartociach odkształcenia zastpczego osnowy i poddanych zrónicowanej - co do wartoci temperatury obróbce cieplnej. Wymaga to odpowiedniego przygotowania próbek (proponowany sposób postpowania przedstawiono w dalszej czci pracy). W badaniach dowiadczalnych naley uwzgldni dwa czynniki badane temperatur obróbki cieplnej (t) oraz odkształcenie zastpcze osnowy spieku ( ). Aby umoliwi porównanie właciwoci i struktury spieków poddanych odkształceniom plastycznym i obróbce cieplnej (przy rónych wartociach czynników badanych t i ) naley przeprowadzi badania w ten sposób, aby uzyska jednakow porowato kocow (Θ k = const). Wymaga to zastosowania odpowiedniej metodyki bada i przygotowania próbek. 18

19 2 Teza pracy Na podstawie analizy zagadnienia oraz wyników przeprowadzonych wstpnych bada własnych sformułowano nastpujc tez pracy. Zastosowanie odpowiednich rodzajów i warunków obróbki cieplnej (wyarzania lub ponownego spiekania) spowoduje usunicie ewentualnych niepodanych lub negatywnych skutków obróbki plastycznej na zimno spieków z proszków metali. Efektem rekrystalizacji osnowy, zmiany morfologii pustek i poprawy spójnoci na granicach ziaren proszku bdzie: podwyszenie właciwoci plastycznych w porównaniu ze spiekami odkształconymi na zimno, majcymi t sam porowato, otrzymanie właciwoci wytrzymałociowych na zblionym lub wyszym poziomie, ni dla spieków o tej samej porowatoci nie poddanych odkształceniom plastycznym. 19

20 3 Cel i zakres pracy Celem pracy jest okrelenie wpływu warunków wyarzania lub ponownego spiekania odkształconego na zimno porowatego spieku z wybranego gatunku proszku metalu na jego struktur i właciwoci mechaniczne. Na podstawie wykonanych prac dowiadczalnych, obejmujcych badania metalograficzne i fraktograficzne oraz wyznaczanie właciwoci mechanicznych podjto prób uzyskania ilociowej i jakociowej informacji, w jakim stopniu zabiegi wyarzania lub ponownego spiekania przeprowadzone po odkształceniu plastycznym na zimno modyfikuj struktur oraz właciwoci wytrzymałociowe i plastyczne badanych materiałów. Istotne jest zwłaszcza okrelenie przyrostu właciwoci plastycznych w porównaniu ze spiekami odkształconymi oraz zmian właciwoci wytrzymałociowych w porównaniu ze spiekami nie odkształconymi w funkcji odkształcenia zastpczego osnowy spieku i temperatury wyarzania lub ponownego spiekania przy ustalonej porowatoci. Odpowiednio opracowany program bada umoliwia ledzenie sekwencji zmian właciwoci i cech struktury dla materiałów: spiekanych i odkształconych plastycznie na zimno, spiekanych, odkształconych plastycznie na zimno oraz poddanych wyarzaniu lub ponownemu spiekaniu wzgldem materiałów bezporednio po spiekaniu, przy czym moliwe jest dokonywanie odpowiednich porówna dla spieków, majcych t sam (w granicach błdu) porowato. W efekcie mona oceni celowo i przydatno stosowania zabiegów wyarzania lub ponownego spiekania w aspektach: nadania spiekom wymaganych dla materiałów konstrukcyjnych właciwoci plastycznych, utrzymania właciwoci wytrzymałociowych na odpowiednio wysokim poziomie. 4 Badania własne 4.1 Uwagi ogólne Podczas odkształcenia plastycznego na zimno spieku o porowatej strukturze zachodz równoczenie: zmiany porowatoci Θ (wzrost, gdy naprenie rednie σ m > 0 lub spadek, gdy σ m < 0), zjawisko wzmocnienia odkształceniowego osnowy. Ponadto zmienia si morfologia pustek oraz moe zachodzi zarówno spajanie i zamykanie porów, jak te niszczenie wytworzonej w czasie formowania kształtek i spiekania spójnoci na granicach czstek proszku. Przebieg i intensywno powyszych zjawisk jest uzaleniona od warunków odkształcania (panujcego lokalnie lub globalnie stanu naprenia i wartoci odkształce) oraz od porowatoci pocztkowej i morfologii pustek. Jak ju wspomniano wczeniej, skutki odkształce plastycznych na zimno mog by wic podane (wzmocnienie osnowy), jak te mie negatywny wpływ na niektóre właciwoci mechaniczne 20

21 (spada udarno, wytrzymało przy rozciganiu moe by mniejsza ni przy ciskaniu itp.). Powysze spostrzeenia zostały potwierdzone wynikami bada [48]. Procesy ponownego spiekania lub wyarzania likwiduj stan zgniotu w osnowie, lecz równoczenie poprawiaj spójno na granicach ziaren proszku, a nawet w wyszych temperaturach - powoduj likwidacj ewentualnych wad dwuwymiarowych (szczelin) oraz korzystne zmiany morfologii pustek (sferoidyzacj), a take spadek porowatoci. Charakter zmian właciwoci mechanicznych spieków metali w trakcie odkształce plastycznych na zimno oraz podczas ich wyarzania lub ponownego spiekania przedstawiono schematycznie na rysunkach 1 i 2. Rys.1. Schemat wpływu odkształcenia plastycznego na zimno oraz wyarzania lub ponownego spiekania na właciwoci wytrzymałociowe (w w ) spieków metali. Rysunek 1 pokazuje zmiany właciwoci wytrzymałociowych (w w ) w funkcji porowatoci Θ i odkształcenia zastpczego osnowy. Podczas odkształce plastycznych spiekanego wstpniaka parametry Θ i zmieniaj si wzdłu linii A 0 B 0. Dla procesu, dla którego σ m < 0 parametr osiga warto 1, przy czym Θ 1 Θ 0 < 0. Odkształcanie powoduje zmian właciwoci wytrzymałociowych wzdłu linii AB na powierzchni F w (Θ, ), natomiast obróbka cieplna od punktu B do C, o ile operacji tej nie towarzyszy istotna zmiana porowatoci. Spiek o tej samej porowatoci Θ 1 osignitej za pomoc prasowania i spiekania (bez póniejszego odkształcania i obróbki cieplnej) posiada pewn własno odpowiadajc punktowi D. Róni si ona od właciwoci spieku o tej samej porowatoci, 21

22 odkształconego i poddanego obróbce cieplnej o w w. W czasie ponownego spiekania zachodzi zmiana porowatoci (o Θ) i właciwoci (od B do C ). Analogicznie nastpuj zmiany właciwoci plastycznych, co prezentuje schemat na rysunku 2. Krawdzie powierzchni F w (Θ, ) na płaszczyznach (Θ,w w ) i (Θ,w p ) oraz (,w w ) i (,w p ) przedstawiaj odpowiednio zalenoci właciwoci: spieku nie odkształconego od porowatoci oraz osnowy od parametru. Rys.2. Schemat wpływu odkształcenia plastycznego na zimno oraz wyarzania lub ponownego spiekania na właciwoci plastyczne (w p ) spieków metali. 4.2 Koncepcja i algorytm bada Algorytm postpowania przy realizacji bada przedstawiono na rys. 3. Umoliwia on porównanie właciwoci spieków: poddanych odkształceniu plastycznemu o znanej wartoci parametru wzmocnienia osnowy, odkształconych i poddanych wyarzaniu lub ponownemu spiekaniu z właciwociami spieków nie odkształconych o tej samej porowatoci. 22

23 DOBÓR WARTOCI WIELKOCI WEJCIOWYCH:, t I STAŁYCH: τ, T, Θ 1 DOBÓR LUB OBLICZANIE: Θ 0, Θ 1, Θ, a 0, l 0, h 0, γ, m WYKONANIE MIESZANKI I WAENIE PORCJI PROSZKU PRASOWNIE I SPIEKANIE WSTPNE PRZYGOTOWANIE PRÓBEK I POMIAR Θ 0, a 0, b 0, h 0, m TAK ODKSZTAŁCANIE ε OP NIE WSTPNE PRZYGOTOWANIE PRÓBEK, POMIAR I OBLICZANIE: m, a, l, h, Θ 1, 1, ε TAK OC NIE WYARZANIE t, Θ 1 PONOWNE SPIEKANIE t, Θ 1 POMIAR Θ 1, Θ 1 TAK Θ d - Θ 1 Θ d - Θ 1 < δ NIE WYKONANIE PRÓBEK DO BADA WŁACIWOCI MECHANICZNYCH PRZYGOTOWANIE MATERIAŁU DO BADA METALOGRAFICZNYCH BADANIA WŁACIWOCI MECHANICZNYCH BADANIA METALOGRAFICZNE BADANIA FRAKTOGRAFICZNE OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW BADA Oznaczenia: τ, Τ temperatura i czas spiekania, odkształcenie zastpcze osnowy spieku (parametr wzmocnienia), ε odkształcenie rzeczywiste spieku, γ współczynnik gniotu, m masa proszku lub kształtki, a 0, l 0, h 0, a, l, h odpowiednie wymiary kształtek, Θ 0 porowato pocztkowa, Θ 1 porowato kocowa po wyarzaniu, Θ 1 porowato kocowa po ponownym spiekaniu, Θ d wynik pomiaru porowatoci kocowej, OP - odkształcenie plastyczne na zimno, OC wyarzanie lub ponowne spiekanie, δ dopuszczalna rónica porowatoci przy porównywaniu wyników bada. Rys.3. Schemat algorytmu bada. 23

24 4.3 Metodyka i technika bada Charakterystyka obiektu bada. Obiekt bada przedstawiony na rys. 4 charakteryzuj: wielkoci wejciowe (czynniki badane): odkształcenie zastpcze osnowy spieku ( ), temperatura wyarzania lub ponownego spiekania (t). wielkoci wyjciowe (czynniki wynikowe): wytrzymało na rozciganie (R m ), umowna granica plastycznoci (R p0,2 ), twardo (HB2,5/306/15), wydłuenie wzgldne (A 5 ), udarno mierzona na próbkach bez karbu (KC). czynniki stałe: rodzaj proszku i warunki spiekania kształtek, czas i atmosfera wyarzania lub ponownego spiekania, porowato kocowa. czynniki zakłócajce: niejednorodno porowatoci kształtek po spiekaniu i odkształceniu. CZYNNIKI ZAKŁÓCAJCE WIELKOCI WYJCIOWE CZYNNIKI WEJCIOWE t OBIEKT BADA Spiek odkształcony plastycznie na zimno i poddany wyarzaniu lub ponownemu spiekaniu R m HB R p0,2 K C A 5 Parametry mikrostruktury Właciwoci wytrzymałociowe Właciwoci plastyczne CZYNNIKI STAŁE Rodzaj proszku i warunki spiekania Czas i atmosfera wyarzania oraz ponownego spiekania Porowato kocowa Rys.4. Schemat obiektu bada. 24

25 Plan bada. Zastosowano plan statyczny dwuczynnikowy zdeterminowany kompletny. Poziomy wartoci czynników badanych oraz stałych podano w tabeli 2. Przyjto powtarzalno r = 2 3 dla wszystkich układów pomiarowych. Poziomy wartoci badanych i czynniki stałe. Tabela 2. Poziomy wartoci czynników badanych Nr Parametr wzmocnienia Temperatura wyarzania lub ponownego spiekania t [ o C] 0,17 0,17 0,17 0,17 0,30 0,30 0,30 0,30 0,49 0,49 0,49 0, * * * Czynniki stałe Rodzaj proszku Warunki spiekania PNC-60 Temperatura spiekania τ [ o 1120 C] Czas spiekania T [h] 1 Atmosfera wodór Wyarzanie i ponowne spiekanie * : czas 1 [h], atmosfera: wodór Porowatoci kocowe: Θ 1 = 0,12, Θ 1 = 0,09 Funkcje obiektu bada. Dla obiektu bada wg rys. 4 moliwe jest okrelenie funkcji typu: lub: {w w, w p } = f i (t, ) (1) { w w, w p } = g i (t, ) (2) w postaci wielomianowej, wykładniczej lub potgowej. Symbole zmiennych zalenych s zgodne z rys. 1 i 2, przy czym: w w = {R m, R p0,2, HB}; w p = {A 5, KC} (3) Materiał do bada. Jako materiał do bada wybrano spiek z proszku elaza z dodatkiem fosforu (PNC-60) produkowany przez firm Höganäs S.A. Mieszanka PNC-60 25

26 zawiera gbczasty proszek elaza o handlowej nazwie NC , do którego dodawane s rozdrobnione czstki elazofosforu. Czstk tego proszku zaprezentowano na rys. 5 [33]. Podstawowe właciwoci fizyczne i chemiczne proszku dostarczonego przez producenta s nastpujce: gsto nasypowa 3,14 [g/cm 3 ], sypko 25 [s/50 g], strata wodorowa 0,19% Analiz sitow zastosowanej mieszanki proszku PNC-60 zaczerpnit ze wiadectwa kontroli jakoci zaprezentowano w tabeli 3. Rys.5. Czstka proszku PNC-60 [33]. Analiza sitowa proszku PNC-60 Tabela 3. Wielko czstek proszku [µm] Udział [%] > , , , ,9 < 45 18,2 Spieki z proszku PNC-60 charakteryzuj si wysok wytrzymałoci połczon z bardzo dobr plastycznoci zauwaaln w postaci duego wydłuenia podczas rozcigania. Spieki z tego materiału wyróniaj si duym wzmocnieniem odkształceniowym, dodatkowo obecno podczas spiekania fazy ciekłej w postaci potrójnej eutektyki Fe 3 P o temperaturze topnienia 1050 [ o C], zmniejsza porowato i poprawia jednorodno. Wpływa równie korzystnie na procesy dyfuzyjne, poprawia jako połcze midzy czstkami proszku i intensyfikuje proces spiekania. Wystpowanie fazy ciekłej, prowadzc do szybkiej 26

27 eliminacji oraz sferoidyzacji porów, powoduje jednak duy skurcz podczas spiekania, co utrudnia uzyskanie odpowiednich wymiarów. Charakterystyk tego spieku, zawierajc skład chemiczny, gsto osnowy oraz funkcje porowatoci i krzyw wzmocnienia osnowy podano w tab. 4 [43]. Charakterystyka spieku z proszku PNC-60 [43] Tabela 4. Przygotowanie próbek. Materiałem na próbki były kształtki prostopadłocienne o wymiarach a 0 x l 0 x h 0 (rys. 6). 27

28 Rys.6. Kształtki przeznaczone na próbki do bada. Wykonanie kształtek obejmowało kolejno: 1. Mieszanie proszku ze rodkiem polizgowym (Kenolybe P11, 0,5% wagowo). 2. Waenie porcji proszku. 3. Prasowanie w pływajcej matrycy. 4. Spiekane. 5. Kontrolowane odkształcenie plastyczne na zimno. 6. Wyarzanie lub ponowne spiekanie. Punkty 5 i 6 nie dotycz próbek, które nie podlegaj odkształceniom plastycznym i wyarzaniu lub ponownemu spiekaniu. Dobór wysokoci próbek, masy proszku, warunków odkształcania i innych parametrów przeprowadza si, wykorzystujc metodyk przedstawion w Dodatku B (czciowo opracowan w [48]). Wymiar h 0 jest wysokoci, gwarantujc uzyskanie danej porowatoci kocowej Θ 1 i parametru wzmocnienia osnowy po odkształceniu plastycznym, natomiast wymiary a 0, l 0 i kocowa (po odkształceniu) wysoko h 1 umoliwiaj wykonanie próbek udarnociowych oraz próbek walcowych do statycznej próby rozcigania (algorytm postpowania, zapewniajcy realizacj opracowanej koncepcji i planu bada podano schematycznie na rys. 3 i opisano w Dodatku B). Prasowanie proszku przeprowadzono na maszynie wytrzymałociowej EU40 w przyrzdzie z pływajc matryc. Odkształcanie plastyczne spiekanych kształtek realizowane było poprzez ciskanie midzy polerowanymi kowadłami w przyrzdzie zapewniajcym ich równoległo (na prasie AMSLER 100 D66 z prdkoci odkształcania rzdu 0,005 [s -1 ]). W celu stworzenia warunków zblionych do braku tarcia stosowano przekładki z folii teflonowej oddzielajce kształtki od powierzchni kowadeł, na które dodatkowo nanoszono smar płynny z dodatkiem grafitu. Odkształcenie ε = ln h h 1 0 dobrano stosownie do wymaganych w planie bada wartoci odkształcenia zastpczego (parametr wzmocnienia osnowy) sposobem podanym w Dodatku B (zaleno parametru wzmocnienia osnowy od odkształcenia przedstawiono na rys. D-19 i w tabeli D-2). Wyarzanie i spiekanie przeprowadzono w piecu z atmosfer ochronn. ε = ε zz = ln h h 1 0 Technika pomiarów. Pomiary porowatoci przeprowadzane były po kadym etapie bada (rys. 3) metod geometryczn, po uprzednim usuniciu błdów kształtu przez szlifowanie. 28

29 Badania twardoci przeprowadzano na twardociomierzu Brinell-Vickers HPO-250 kulk o rednicy 2,5 [mm], pod obcieniem 306 [N] w czasie 15 [sek], zgodnie z [3n]. Wytrzymało na rozciganie R m, granic plastycznoci R p0,2 oraz wydłuenie wzgldne A 5 wyznaczono w statycznej próbie rozcigania wg [2n] 3 i [7n] na maszynie wytrzymałociowej EU-20 (próbki walcowe piciokrotne o rednicy pocztkowej 5 [mm]). Stosowano rejestracj komputerow wydłuenia oraz aktualnej siły obciajcej przy pomocy autorskiego oprogramowania DasTP [4p] 4. Udarno mierzono na próbkach bez karbu łamanych na młocie udarowym Charpy ego 1H539 firmy A. B. ALPHA o energii pocztkowej 150 [J], zgodnie z [6n]. Obserwacje i zdjcia mikrostruktury zostały wykonane za pomoc mikroskopu optycznego Nikon Eclipse ME600P na zgładach metalograficznych trawionych 4% roztworem nitalu, zdjcia przełomów udarnociowych na mikroskopie skaningowym JEOL JSM 6460LV. Stosowano powikszenia obiektywu x50 oraz x100, co odpowiadało rzeczywistym polom obserwacji o powierzchni odpowiednio 0,059 [mm 2 ] oraz 0,015 [mm 2 ]. Ilociowa analiza struktury obejmowała okrelenie wielkoci i kształtu ziaren osnowy spieku badanego materiału. W tym celu wyznaczenia tych parametrów wykorzystano fotografie zgładów metalograficznych. Obserwacji poddano losowo wybrane obszary o wielkoci 700x500 pikseli, z którego kady odpowiadał rzeczywistemu polu powierzchni zgładu o wielkoci 0,012 [mm 2 ]. Pomiarów stereologicznych struktury dokonano przy pomocy otwartego oprogramowania komputerowego do edycji, przetwarzania i analizy obrazu o nazwie ImageJ [5p]. Komputerowa obróbka fotografii zgładów została wykonana na podstawie zalece zawartych w [101]. Ocen powierzchni ziarna wykonano metod planimetryczn z zastosowaniem tzw. ramki bezpieczestwa odrzucajc przy zliczaniu powierzchni czstek przecitych przez krawd ramki. Błd zastosowanej planimetrycznej metody pomiaru w zalenoci od iloci zliczonych ziarn obliczono na podstawie zalece podanych w [81]. Aby wykaza zmiany zachodzce w strukturze materiału po odkształcaniu plastycznym na zimno, a nastpnie wyarzaniu w zrónicowanej temperaturze okrelano zmian kształtu ziarn osnowy stosujc dwa nastpujce współczynniki kształtu: współczynnik wydłuenia czstki w stosunku do kuli, reprezentujcej kształt regularny, definiowany według zalenoci (4); dla koła 1 = 1 dla czstek o innych kształtach 1 > 1; a f 1 = (4) b gdzie: a, b odpowiednio długo i szeroko najmniejszego prostokta opisanego na czstce, lub rednica Fereta i rednica Fereta do niej prostopadła, 3 Patrz wykaz norm na kocu pracy. 4 Patrz wykaz oprogramowania komputerowego na kocu pracy. 29

30 współczynnik kolistoci (okrgłoci) definiowany wg zalenoci (5) dla koła 2 = 1, pozostałych figur 2 < 1 lub jego odwrotno okrelana jako pofałdowanie, dla koła 1 f 2 = 1 dla innych figur f 2 4 π F = 2 L 1 f 2 > 1 (ten parametr jest mało wraliwy na wydłuenie); (5) gdzie: F pole powierzchni analizowanej czstki, L obwód analizowanej czstki. 4.4 Wyniki bada Oznaczenia próbek przedstawione w tabeli 5. Tabela 5. Oznaczenia próbek i parametry obróbki plastycznej oraz obróbki cieplnej spieków PNC-60 Parametr Porowato Temperatura Porowato Oznaczenie wzmocnienia pocztkowa wyarzania kocowa próbek osnowy Θ 0 t [ o C] Θ 1, Θ 1 0 0, , K 1 0,176 0, ,176 0, ,220 0,228-0,220 0, ,315 0,330-0,315 0, A 2 0,176 0,190 0,151 0, ,123 0, ,095 0, B 2 0,220 0,228 0,291 0, ,111 0, ,090 0, C 2 0,315 0,330 0,484 0, ,109 0, ,082 0,096 Przykładowo, zgodnie z przyjtym oznaczeniem, próbka opisana jako B3 oznacza spiek odkształcony (odkształcenia zastpcze osnowy = 0,29 0,32) poddany nastpnie wyarzaniu w temperaturze 850 [ o C]. Wszystkie wyniki bada: porowatoci oraz właciwoci mechanicznych przedstawione zostały jako rednie z przedziałami ufnoci ± t, f s( x) α = 0,1 ( ( x) α dla przyjtego poziomu istotnoci s - odchylenie standardowe rednich arytmetycznych, t α, f - warto krytyczna z rozkładu t Studenta). 30

31 Wyniki bada właciwoci mechanicznych. W tabeli 6 zamieszczono wyniki bada właciwoci mechanicznych spieków słucych do przygotowania wstpniaków przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno oraz wyarzania. Porowato tych spieków została tak dobrana, by po zastosowaniu obróbki plastycznej o parametrach zgodnych z planem bada podanym w tabeli 2 otrzyma w efekcie kocowym spieki o porowatoci 0,12, z których cz była poddawana zrónicowanej obróbce cieplnej. Właciwoci mechaniczne spieków przed odkształceniem Tabela 6. Oznaczenie Porowato Wytrzymało na rozciganie Umowna granica plastycznoci Wzgldne wydłuenie procentowe Θ 0 R m [MPa] R p0,2 [MPa] A 5 [%] Udarno Twardo KC [J/cm 2 ] HB 2,5/306/15 K1 0,187 ± 0,003 K2 0,224 ± 0,005 K3 0,325 ± 0, ± ± 4 4,2 ± 0,2 20,0 ± 1,1 80 ± ± ± 15 3 ± 1 8,0 ± 1,5 75,5 ± 9,5 80 ± ± 16 0,3 ± 0,2 11,0 ± 4,8 44 ± 9 Zamieszczona w dalszej czci tabela 7 przedstawia wyniki bada właciwoci mechanicznych spieków o porowatoci porównywalnej ze spiekami odkształcanymi plastycznie, lecz otrzymanych w wyniku prasowania i jednokrotnego spiekania. Wyniki te posłuyły do okrelenia, jak połczona obróbka plastyczna na zimno oraz wyarzanie spiekanych wstpniaków zmienia właciwoci w porównaniu ze spiekami o tej samej porowatoci, lecz bez póniejszego odkształcania i obróbki cieplnej. Tabela 7. Właciwoci mechaniczne spieków nie odkształconych o porowatoci porównywalnej do spieków odkształconych i poddawanych lub nie obróbce cieplnej (próbki K0). Porowato Wytrzymało na rozciganie Umowna granica plastycznoci Wzgldne wydłuenie procentowe Udarno Twardo Θ 1 R m [MPa] R p0,2 [MPa] A 5 [%] KC [J/cm 2 ] HB 2,5/306/15 0,121 ± 0, ± ± 9 8 ± 1 23,5 ± 5,9 104 ± 2 Wyniki zaprezentowane w tabelach 6 i 7 obrazuj charakterystyczn dla spiekanych materiałów porowatych zaleno wszystkich badanych właciwoci od porowatoci wraz ze zmniejszeniem porowatoci spieku jego właciwoci mechaniczne rosn. Wpływ 31

32 porowatoci spieku PNC-60 na granic wytrzymałoci na rozciganie (R m ), umown granic plastycznoci (R p0,2 ) oraz twardo Brinella (HB) pokazano na rys. 7, natomiast rys. 8 przedstawia wpływ porowatoci na udarno (KC) oraz wzgldne wydłuenie procentowe (A 5 ) Rm, Rp0,2 [MPa] HB 2,5/306/ R m R p0,2 HB , ,121 0,187 0,224 0,325 Porowato Θ Rys. 7. rednie wartoci wytrzymałoci na rozciganie (R m ), umownej granicy plastycznoci (R p0,2 ) oraz twardoci Brinella (HB) w zalenoci od porowatoci spieku PNC-60 bez obróbki plastycznej i cieplnej (dane z tab. 6, 7) ,5 KC[J/cm 2 ] A5 [%] KC A ,2 3 0,3 0,121 0,187 0,224 0,325 Porowato Θ Rys. 8. rednie wartoci udarnoci (KC) oraz umownej granicy plastycznoci (A 5 ) w zalenoci od porowatoci spieku PNC-60 bez obróbki plastycznej i cieplnej (dane z tab. 6, 7). 32

33 Wyniki bada właciwoci mechanicznych spieków odkształconych plastycznie podano w tab (podano równie odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε). Tabela 8. Wytrzymało na rozciganie, umowna granica plastycznoci oraz wzgldne wydłuenie procentowe spieków odkształconych plastycznie na zimno. Oznaczenie A0 Temp. obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa Wytrzymało na rozciganie Umowna granica plastycznoci Wzgldne wydłuenie procentowe t [ o C] Θ 1, Θ 1 R m [MPa] R p0,2 [MPa] A 5 [%] Bez obróbki cieplnej 0,174 ± 0,011 0,127 ± 0, ± ± 9 0,8 ± 0,1 A ,163 0,129 ± 0,009 ± 0, ± ± 9 6,4 ± 1,0 A ,174 0,126 ± 0,009 ± 0, ± ± 4 6,3 ± 0,1 A ,169 0,125 ± 0,014 ± 0, ± ± 3 6,1 ± 1,1 A ,166 0,097 ± 0,006 ± 0, ± ± 10 9,8 ± 0,9 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,23 0,25 Udarno oraz twardo Brinella spieków odkształconych plastycznie na zimno. Tabela 9. Oznaczenie Temperatura obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa t [ o C] Θ 1, Θ 1 Udarno Twardo KC [J/cm 2 ] HB 2,5/306/15 A0 Bez obróbki cieplnej 0,176 ± 0,001 0,127 ± 0,002 4,5 ± 0,4 115,0 ± 6,5 A ,178 ± 0,014 0,125 ± 0,003 25,6 ± 0,1 85,5 ± 2,5 A ,175 ± 0,012 0,126 ± 0,002 24,1 ± 5,5 85,5 ± 1,5 A ,171 ± 0,019 0,126 ± 0,001 25,1 ± 3,5 88 ± 2 A ,165 ± 0,021 0,097 ± 0,003 53,3 ± 2,5 109 ± 6 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,23 0,25 33

34 Tabela 10. Wytrzymało na rozciganie, umowna granica plastycznoci oraz wzgldne wydłuenie procentowe spieków odkształconych plastycznie na zimno Oznaczenie Temp. obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa Wytrzymało na rozciganie Umowna granica plastycznoci Wzgldne wydłuenie procentowe t [ o C] Θ 1, Θ 1 R m [MPa] R p0,2 [MPa] A 5 [%] B0 Bez obróbki cieplnej B1 650 B2 750 B3 850 B ,308 ± 0,022 0,308 ± 0,025 0,305 ± 0,017 0,303 ± 0,011 0,306 ± 0,002 0,118 ± 0,009 0,116 ± 0,009 0,117 ± 0,001 0,116 ± 0,003 0,093 ± 0,006 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,42 0, ± ± 14 0,2 ± 0,1 376 ± ± 8 3,7 ± 0,7 389 ± ± 13 8,8 ± 0,8 397 ± ± 7 8,3 ± 1,3 453 ± ± 11 10,6 ± 1,4 Oznaczenie Udarno oraz twardo Brinella spieków odkształconych plastycznie na zimno. Temperatura obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa Udarno Twardo Tabela 11. t [ o C] Θ 1, Θ 1 KC [J/cm 2 ] HB 2,5/306/15 B0 Bez obróbki cieplnej 0,314 ± 0,008 0,115 ± 0,002 4,6 ± 1,8 123 ± 10 B ,311 ± 0,012 0,123 ± 0,005 9,8 ± 0,9 91,0 ± 0,5 B ,302 ± 0,019 0,118 ± 0,006 30,1 ± 5,3 86,5 ± 2,5 B ,303 ± 0,005 0,116 ± 0,002 24,5 ± 6,5 85,5 ± 2,5 B ,302 ± 0,026 0,090 ± 0,004 47,6 ± 4,6 110 ± 2 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,42 0,45 34

35 Tabela 12. Wytrzymało na rozciganie, umowna granica plastycznoci oraz wzgldne wydłuenie procentowe spieków odkształconych plastycznie na zimno Oznaczenie Temp. obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa Wytrzymało na rozciganie Umowna granica plastycznoci Wzgldne wydłuenie procentowe t [ o C] Θ 1, Θ 1 R m [MPa] R p0,2 [MPa] A 5 [%] C0 Bez obróbki cieplnej 0,492 ± 0,016 0, ± ± C1 650 C2 750 C3 850 C ,497 ± 0,014 0,490 ± 0,004 0,499 ± 0,001 0,497 ± 0,013 0,111 ± 0, ± ± 31 3,0 0, ± ± 1 5,9 ± 0,2 0, ± ± 10 7,2 ± 3,5 0,092 ± 0, ± ± 51 11,7 ± 0,7 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,76 0,78 Udarno oraz twardo Brinella spieków odkształconych plastycznie na zimno. Tabela 13. Oznaczenie C0 Temperatura obróbki cieplnej Parametr wzmocnienia osnowy Porowato kocowa t [ o C] Θ 1, Θ 1 Bez obróbki cieplnej Udarno KC [J/cm 2 ] Twardo HB 2,5/306/15 0,492 ± 0,009 0,112 ± 0,004 2,0 ± 1,2 111,5 ± 20,5 C ,497 ± 0,011 0,111 ± 0,003 16,1 ± 4,3 78 ± 10 C ,493 ± 0,017 0,111 ± 0,002 21,3 ± 0,7 72 ± 11,5 C ,492 ± 0,012 0,110 ± 0,002 30,1 ± 4,5 79,5 ± 15 C ,490 ± 0,024 0,090 ± 0,012 53,3 ± 1,5 110 ± 7 Odkształcenie logarytmiczne wstpniaków ε = 0,76 0,78 Zaprezentowane w tabelach od 6 do 13 wyniki poszczególnych właciwoci mechanicznych badanych spieków przed i po kształtowaniu plastycznym przedstawiono w postaci punktów na przestrzennch wykresach w układzie współrzdnych W = f(θ, ) i zamieszczono w Dodatku A na rys. D-11 D-15. Niebieskie linie na tych wykresach łcz porowatoci pocztkowe i kocowe po odkształceniu plastycznym na zimno. Wyniki przedstawione punktami na cianie zerowego odkształcenia wykresów przestrzennych (rys. D-11 D-15, Dodatek A), pozwoliły wyznaczy klasyczne zalenoci W = f(θ), pokazane dalej na rys. 9 do

36 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie:Θ 1 = 0,095 0,098. Rys. 9. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wytrzymało na rozciganie odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,151 0,183) na tle wykresu zalenoci R m (Θ) opisanej równaniem: R m =725,8 (1-Θ) 4,52 [MPa]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,111 0,125. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,098. Rys. 10. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wytrzymało na rozciganie odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,291 0,322) na tle wykresu zalenoci R m (Θ) opisanej równaniem: R m =725,8 (1-Θ) 4,52 [MPa]. 36

37 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,096. Rys. 11. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wytrzymało na rozciganie odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,484 0,505) na tle wykresu zalenoci R m (Θ) opisanej równaniem: R m =725,8 (1-Θ) 4,52 [MPa]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,095 0,098. Rys. 12. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na umown granic plastycznoci odkształconego na zimno spieku PNC-60( = 0,151 0,183) na tle wykresu zalenoci R p (Θ) opisanej równaniem: R p0,2 =473,5 (1-Θ) 3,68 [MPa]. 37

38 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,111 0,125. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,098. Rys. 13. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na umown granic plastycznoci odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,291 0,0,322) na tle wykresu zalenoci R p (Θ) opisanej równaniem: R p0,2 =473,5 (1-Θ) 3,68 [MPa]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,096. Rys. 14. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na umown granic plastycznoci odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,484 0,505) na tle wykresu zalenoci R p (Θ) opisanej równaniem: R p0,2 =473,5 (1-Θ) 3,68 [MPa]. 38

39 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,095 0,098. Rys. 15. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na udarno KC odkształconego na zimno spieku PNC- 60 ( = 0,151 0,183) na tle wykresu zalenoci KC(Θ) opisanej równaniem: KC=53,4 (1-Θ) 5,49 [J/cm 2 ]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,111 0,125. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,098. Rys. 16. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na udarno KC odkształconego na zimno spieku PNC- 60 ( = 0,291 0,0,322) na tle wykresu zalenoci KC(Θ) opisanej równaniem: KC=53,4 (1-Θ) 5,49 [J/cm 2 ]. 39

40 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,082 0,096. Rys. 17. Wpływ wyarzania oraz dwukrotnego spiekania na udarno KC odkształconego na zimno spieku PNC- 60 ( = 0,484 0,505) na tle wykresu zalenoci KC(Θ) opisanej równaniem: KC=53,4 (1-Θ) 5,49 [J/cm 2 ]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,095 0,098. Rys. 18. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na twardo Brinella odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,151 0,183) na tle wykresu zalenoci HB(Θ) opisanej równaniem: HB=152,6 (1-Θ) 3,04. 40

41 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,111 0,125 Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,098. Rys. 19. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na twardo Brinella odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,291 0,0,322) na tle wykresu zalenoci HB(Θ) opisanej równaniem: HB=152,6 (1-Θ) 3,04. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie:. Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,082 0,096. Rys. 20. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na twardo Brinella odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,484 0,505) na tle wykresu zalenoci HB(Θ) opisanej równaniem: HB=152,6 (1-Θ) 3,04. 41

42 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,095 0,098. Rys. 21. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wzgldne wydłuenie procentowe odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,151 0,183) na tle wykresu zalenoci A 5 (Θ) opisanej równaniem: A 5 =20,0 (1-Θ) 7,70 [%]. Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,111 0,125. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,098. Rys. 22. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wzgldne wydłuenie procentowe odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,291 0,0,322) na tle wykresu zalenoci A 5 (Θ) opisanej równaniem: A 5 =20,0 (1-Θ) 7,70 [%]. 42

43 Temperatura wyarzania t [ o C] - bez OP i OC -OP bez OC Wyarzanie: Θ 1 = 0,123 0,132. Spiekanie: Θ 1 = 0,090 0,096. Rys. 23. Wpływ wyarzania oraz ponownego spiekania na wzgldne wydłuenie procentowe odkształconego na zimno spieku PNC-60 ( = 0,484 0,505) na tle wykresu zalenoci A 5 (Θ) opisanej równaniem: A 5 =20,0 (1-Θ) 7,70 [%]. Na wykresach z rys. 9 23, na tle zalenoci W = f(θ) umieszczone zostały punkty pokazujce wpływ odkształcenia plastycznego na zimno oraz obróbki cieplnej przez wyarzanie lub ponowne spiekanie odkształconych spieków na poszczególne właciwoci. Efekt wyarzania odkształconych plastycznie na zimno spieków obrazuj rys Czerwone przerywane linie naniesione na tych wykresach przedstawiaj warto danej właciwoci dla spieku o tej samej porowatoci, lecz osignitej na drodze jednokrotnego spiekania zielonej wypraski, czyli dla próbek K0. Pozwala to okreli łczny wpływ obróbki plastycznej o rónym stopniu zastosowanego odkształcenia oraz zrónicowanej temperatury wyarzania lub ponownego spiekania na właciwoci badanego spieku. Jak ju wczeniej wspomniano, ponowne spiekanie wpływa na obnienie porowatoci. Na rys. 24 przedstawiono wykres pokazujcy wpływ obróbki plastycznej oraz połczony wpływ kształtowania na zimno z nastpujc po nim obróbki cieplnej na granic wytrzymałoci na rozciganie. 43

44 Wytrzymało na rozciganie materiału poddanego obróbce plastycznej na zimno przy odkształceniu zastpczym osnowy spieku : 0,15 0,18 i 0,29 0,32 (próbki A0 i B0) ronie i jest wysza ni dla spieku o tej samej porowatoci, ale uzyskanej na drodze prasowania i jednokrotnego spiekania (próbki K0). Spieki, dla których = 0,48 0,51 (próbki C0) posiadaj wytrzymało nisz od spieków, które nie były odkształcane. Odkształcenie zastpcze 0,15-0,18 0,29-0,32 0,48-0,51 Wytrzymało na rozciganie R m [MPa] Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania t [ 0 C] Rys. 24. Wytrzymało na rozciganie spieku PNC-60. Porowato Θ 1 = 0,11 0,13 (dla τ = 1120 [ o C]: Θ 1 = 0,082 0,098). Wyarzanie odkształconych spieków powoduje obnienie wytrzymałoci, która dla kadej temperatury, prócz temperatury odpowiadajcej ponownemu spiekaniu (próbki A4, B4, C4), ma warto nisz od spieków nieodkształcanych K0. Spieki dwukrotnie spiekane osigaj wytrzymało o zblionej wartoci, zawsze wyszej od próbek K0, przy czym nie zauwaono tutaj istotnego wpływu wielkoci zastosowanego odkształcenia. Spiekane wstpniaki poddane najwikszemu odkształceniu niezalenie od temperatury wyarzania maj nisz wytrzymało od pozostałych materiałów. 44

45 Rys. 25 prezentuje połczony wpływ kształtowania na zimno i obróbki cieplnej na umown granic plastycznoci. Odkształcenie na zimno kadego rodzaju spieków powoduje wzrost umownej granicy plastycznoci, która jest wysza ni dla spieków K0. Najwyszy wzrost zanotowano dla spieków B0, a najmniejszy, podobnie jak to miało miejsce w przypadku granicy wytrzymałoci na rozciganie, dla materiału C0. Odkształcenie zastpcze Umowna granica plastycznoci R p0,2 [MPa] ,15-0,18 0,29-0,32 0,48-0,51 Bez obróbki - cieplnej Temperatura wyarzania t [ 0 C] 289 Rys. 25. Umowna granica plastycznoci spieku PNC-60. Porowato Θ 1 = 0,11 0,13 (dla t = 1120 [ o C]: Θ 1 = 0,82 0,098). Wyarzanie spieku A0 wykazuje pewn charakterystyczn prawidłowo. Wysokie wartoci granicy wytrzymałoci na rozciganie oraz umownej granicy plastycznoci osignite w wyniku wzmocnienia odkształceniowego i zmniejszenia porowatoci podczas kształtowania plastycznego na zimno, ulegaj wyranemu obnieniu podczas wyarzania w temperaturze 650 [ o C]. Podnoszenie temperatury wyarzania przynosi niewielki, ale cigły i stopniowy wzrost granicy plastycznoci, który zachodzi a do temperatury ponownego spiekania, przy czym zabieg spiekania wpływa dodatkowo na obnienie porowatoci. Podobn cech wykazuje obróbka cieplna materiału B0, przy czym granica wytrzymałoci wykazuje identyczn tendencj wzrostu od temperatury 650 [ o C], natomiast umowna granica plastycznoci najnisz warto osiga w temperaturze 750 [ o C] i ronie dopiero po podniesieniu temperatury do 850 [ o C] oraz 1120 [ o C]. 45

46 60 Odkształcenie zastpcze 0,15-0,18 0,29-0,32 0,48-0,51 50 Udarno KC [J/cm 2 ] , Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania t [ 0 C] Rys. 26. Udarno spieku PNC-60. Porowato Θ 1 = 0,11 0,13 (dla t = 1120 [ o C]: Θ 1 = 0,82 0,098). Diagram na rys. 26 prezentuje połczony wpływ obróbki plastycznej i obróbki cieplnej na udarno badanych spieków. Po obróbce plastycznej na zimno jest ona bardzo niska, najnisza dla próbek C0, o najwikszym stopniu odkształcenia. Po obróbce cieplnej wyniki udarnoci próbek typu A i C wykazuj wzrost, przy czym próbki A1 osigaj warto przewyszajc udarno próbek nieodkształconych (K0) i mimo zwikszania temperatury wyarzania (próbki A2 i A3) utrzymuje si ona na zblionym poziomie. Inaczej wpływa obróbka cieplna na próbki C, których udarno zwiksza si stopniowo wraz ze wzrostem temperatury wyarzania osigajc warto przewyszajc udarno próbek K0 dopiero w temperaturze 850 [ o C] próbki C3. Wpływ zwikszania temperatury wyarzania na spieki B jest odmienny. Warto wysz od udarnoci próbek nie poddawanych obróbce plastycznej i cieplnej osigaj spieki w temperaturze 750 [ o C] próbki B2, natomiast w temperaturze 850 [ o C] zanotowano obnienie udarnoci, która jednak w dalszym cigu jest wysza ni dla spieków K0. Niezalenie od stopnia odkształcenia udarno spieków po ponownym spiekaniu (próbki A4, B4 i C4), jest prawie dwukrotnie wysza ni dla spieków nieodkształconych K0, przy czym spieki te maj nisz porowato. Podobnie do udarnoci przedstawiaj si wyniki bada wzgldnego wydłuenia procentowego materiałów spiekanych poddanych obróbce plastycznej i obróbce cieplnej zaprezentowane na diagramie z rys

47 14 Odkształcenie zastpcze 0,15-0,18 0,29-0,32 0,48-0,51 12 Wydłuenie A 5 [%] Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania t [ 0 C] Rys. 27. Wzgldne wydłuenia procentowe spieku PNC-60. Porowato Θ 1 = 0,11 0,13 (dla t = 1120 [ o C]: Θ 1 = 0,82 0,098). Twardo HB 2,5/306/15. Odkształcenie zastpcze 0,15-0,18 0,29-0,32 0,48-0, Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania t [ 0 C] Rys. 28. Twardo Brinella spieku PNC-60. Porowato Θ 1 = 0,11 0,13 (dla t = 1120 [ o C]: Θ 1 = 0,82 0,098). 47

48 Na rys. 28 przedstawiono wyniki pomiarów twardoci Brinella. Stwierdzono wzrost twardoci Brinella po odkształceniu na zimno do wartoci przewyszajcej twardo spieków K0, przy czym wzrost ten jest najmniejszy dla spieków poddanych najwikszemu odkształceniu (C0). Obróbka cieplna w temperaturze 650, 750 i 850 [ o C] powoduje obnienie twardoci, do poziomu niszego ni dla spieków K0. Dopiero ponowne spiekanie w 1120[ o C] podwysza twardo, lecz spiek ten ma nisz porowato od spieków wyarzanych w niszej temperaturze. Badania metalograficzne - analiza mikrostruktury. Mikrostruktury spieków przeznaczonych do obróbki plastycznej (K1, K2, K3), o porowatoci odpowiednio: 0,198, 0,224 i 0,315 charakteryzuj si zrónicowanym kształtem i wielkoci porów (rys. 29a, 30a i 31a). Spiekane wstpniaki poddane obróbce plastycznej na zimno wykazuj charakterystyczn dla procesu kształtowania na zimno zmian kształtu zarówno porów jak i czstek proszku. Zachodzce zmiany s tym wiksze, im wysza jest warto zastosowanego odkształcenia. Pustki s zamykane a ich kształt jest wyranie wydłuony w kierunku najwikszego odkształcenia. Podobnie, ziarna osnowy spieku maj kształt wydłuony, a due wartoci odkształcenia powoduj, e cz z nich ulega rozdrobnieniu. Najbardziej widoczne jest to na strukturze spieku odkształconego do = 0,486, co odpowiada wartoci odkształcenia rzeczywistego ε = 0,756 (rys. 29b, 30b i 31b). Wyarzanie kształtowanych na zimno spieków w temperaturze 650 [ o C] (spieki A1, B1, C1) doprowadziło do charakterystycznej dla procesu rekrystalizacji przebudowy mikrostruktury. W osnowie wyarzonego spieku nie s ju widoczne ziarna o kształcie wydłuonym, pojawiły si natomiast ziarna o mniejszych rozmiarach i kształcie zblionym do regularnego (rys. 29c, 30c i 31c). Potwierdziła to równie przeprowadzona analiza ilociowa mikrostruktury przedstawiona w dalszej czci pracy. W obszarach materiału, które pozbawione s pustek ziarna maj wikszy rozmiar, natomiast w okolicy wystpowania porów ziarna s małe, co wiadczy o hamujcym wpływie obecnoci porów na normalny wzrost ziaren. Cz pustek zachowała jeszcze form wydłuon, co wskazuje na to, e ta temperatura wyarzania była zbyt niska do tego, by zaszły zjawiska charakterystyczne dla procesów spiekania i zgrzania zamknitych podczas odkształcenia plastycznego porów. Podniesienie temperatury wyarzania do 750 [ o C] spowodowało naturalny wzrost wielkoci ziaren osnowy spieku (materiał A2, B2, i C2). Zdjcia mikrostruktur spieków A2 i B2 o odkształceniu ε = 0,233 i ε = 0,416 wykazuj w osnowie obecno ziaren o podobnej wielkoci i równomiernym kształcie bez ladów odkształcenia (rys. 29d, 30d i 31d). Spiek o najwikszym odkształceniu, C2 (ε = 0,782, rys. 31d) charakteryzuje si obecnoci zarówno ziaren o mniejszej wielkoci jak te ziaren o duych rozmiarach 48

49 wskazujcych na zachodzce w tej temperaturze zjawisko selektywnego wzrostu ziaren, charakterystyczne dla rekrystalizacji wtórnej. Przyczyn zachodzenia w materiałach litych rekrystalizacji wtórnej moe by czciowe lub całkowite zahamowanie wzrostu ziarn podczas rekrystalizacji pierwotnej spowodowane midzy innymi obecnoci faz na granicach [3, 14]. W osnowie spieku tak oczywist przeszkod, stojc na drodze naturalnego wzrostu ziarn, stanowi pory. Podwyszenie temperatury wyarzania do 850 [ o C] przyniosło dalszy naturalny wzrost wymiarów ziaren osnowy spieku próbki A3, B3, C3. W osnowie spieków zauwaalne s due ziarna o wklsłych granicach, które pochłaniaj mniejsze ju zrekrystalizowane ziarna (rys. 29e, 30e i 31e). Na fotografii mikrostruktury spieku C3, odkształconego do wartoci = 0,505 (ε = 0,782), widoczne s charakterystyczne obszary z duymi ziarnami otoczonymi czstkami o mniejszym rozmiarze, których rozrost został zahamowany przez wystpujce na granicach pory (rys. 31e). O ile niewielka ilo porów widocznych na mikrofotografiach spieków wyarzanych w temperaturze 750 [ o C] ma kształt wydłuony, szczególnie w przypadku spieków C2, w mniejszym stopniu spieku B2, to jednak na tej podstawie nie mona wnioskowa o kierunku najwikszego odkształcenia. Ponowne spiekanie odkształconych plastycznie kształtek w temperaturze 1120[ o C] spowodowało przebudow mikrostruktury charakterystyczn dla procesów spiekania wysokotemperaturowego (próbki A4, B4, C4). Pory w dwukrotnie spiekanym materiale, niezalenie od wielkoci zastosowanego odkształcenia, maj kształt zbliony do sferoidalnego. Cz porów o mniejszym wymiarze uległa zanikowi a pozostałe podległy procesowi koalescencji, w wyniku którego małe pustki ulegaj zespoleniu a powstaj pory o rozmiarze wikszym, przewyszajcym czsto rozmiar najwikszych porów przed spiekaniem. Ziarna, widoczne na fotografiach mikrostruktury materiału dwukrotnie spiekanego, maj wiksze wymiary w porównaniu z materiałem, który został poddany wyarzaniu w niszych temperaturach (rys. 29f, 30f, 31f). 49

50 a) Próbka K1 b) Próbk A0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,198 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,127, = 0,177, ε = 0,243 c) Próbka A1 d) Próbka A2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Materiał po odkształceniu i wy arzaniu o Θ1 = 0,127, = 0,179, ε = 0,246; τ = 650 [ C] Θ1 = 0,127, = 0,170, ε = 0,233; τ = 750 [oc] e) Próbka A3 f) Próbka A4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,127, = 0,175, ε = 0,241; τ = 850 [oc] Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,095, = 0,170, ε = 0,228; τ = 1120 [oc] Rys. 29.Fotografie mikrostruktur spieków przed i po odkształceniu ( = 0,170 0,179) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej. 50

51 a) Próbka K2 b) Próbka B0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,224 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,114, = 0,317, ε = 0,446 c) Próbka B1 d) Próbka B2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,125, = 0,307, ε = 0,445; τ = 650 [oc] Θ1 = 0,123, = 0,291, ε = 0,416; τ = 750 [oc] e) Próbka B3 f) Próbka B4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,127, = 0,305, ε = 0,432; τ = 850 [oc] Θ1 = 0,092, = 0,295, ε = 0,423; τ = 1120 [oc] Rys. 30.Fotografie mikrostruktur spieków przed i po odkształceniu ( = 0,291 0,317) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej. 51

52 a) Próbka K3 b) Próbka C0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,315 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,115, = 0,486, ε = 0,756 c) Próbka C1 d) Próbka C2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,111, = 0,494, ε = 0,758, τ = 650[oC] Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,111, = 0,505, ε = 0,782; τ = 750[oC] e) Próbka C3 f) Próbka C4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,113, = 0,495, ε = 0,769; τ = 850 [oc] Θ1 = 0,092, = 0,506, ε = 0,783; τ = 1120 [oc] Rys. 31.Fotografie mikrostruktur spieków przed i po odkształceniu ( = 0,486 0,506) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej. 52

53 Badania fraktograficzne. Badania fraktograficzne przeprowadzone zostały na przełomach uzyskanych w próbach udarno ci na próbkach bez karbów. Wybrane fotografie powierzchni przełomów przedstawiono na rys a) Próbka K1 b) Próbka A0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,198 c) Próbka A1 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,127, = 0,177, ε = 0,243 d) Próbka A2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,127, = 0,179, ε = 0,246; t = 650 [oc] e) Próbka A3 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,127, = 0,170, εn = 0,233; t = 750 [oc] f) Próbka A4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,127, = 0,175, ε = 0,241; t = 850 [oc] Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,095, = 0,170, ε = 0,228; t = 1120 [oc] Rys. 32. Fotografie powierzchni przełomów spieków przed i po odkształceniu ( = 0,170 0,179) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej 53

54 a) Próbka K2 b) Próbka B0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,234 c) Próbka B1 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,114, = 0,317, ε = 0,446 d) Próbka B2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,125, = 0,307, ε = 0,445; t = 650 [oc] e) Próbka B3 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,123, = 0,291, ε = 0,416; t = 750 [oc] f) Próbka B4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,113, = 0,305, ε = 0,432; t = 850 [oc] Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,092, = 0,295, ε = 0,423; t = 1120 [oc] Rys. 33. Fotografie powierzchni przełomów przed i po odkształceniu ( = 0,291 0,317) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej. 54

55 a) Próbka K3 b) Próbka C0 Materiał przed odkształceniem Θ0 = 0,315 c) Próbka C1 Materiał po odkształceniu Θ1 = 0,115, = 0,486, ε = 0,756 d) Próbka C2 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,111, = 0,494, ε = 0,758; t = 650 [oc] e) Próbka C3 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,111, = 0,505, ε = 0,782; t = 750 [oc] f) Próbka C4 Materiał po odkształceniu i wy arzaniu Θ1 = 0,113, = 0,495, ε = 0,769; t = 850 [oc] Materiał po odkształceniu i ponownym spiekaniu Θ1 = 0,092, = 0,506, ε = 0,783; t = 1120 [oc] Rys. 34. Fotografie powierzchni przełomów spieków przed i po odkształceniu ( = 0,486 0,506) poddanych lub nie dalszej obróbce cieplnej. 55

56 Zmiany zachodz ce w strukturze materiału wskutek odkształcenia plastycznego oraz nast puj cej po nim obróbki cieplnej omówione zostały na przykładach, w których te zmiany s najbardziej charakterystyczne i widoczne ( ε = 0,76 0,78; = 0,49 0,51 próbki C). Na rys. 35 przedstawiono fotografi powierzchni przełomu spieku o porowato ci Θ0 = 0,315. Zdj cie powierzchni przełomu ujawnia p kni cia mi dzy widocznymi cz stkami proszku oraz w poł czeniach mi dzy nimi. Ten sposób p kania jest charakterystyczny dla spieków o du ej porowato ci, a trwało poł cze mi dzy cz stkami proszku w przewa aj cym stopniu wpływa na ich wytrzymało i plastyczno. Dla spieków o niskiej porowato ci charakter p kania si zmienia i rozdział przechodzi najcz ciej poprzez cz stki osnowy. Na zdj ciu zaznaczono dwa charakterystyczne obszary; obszar A to przełom odpowiadaj cy nielicznie wyst puj cemu przełomowi transkrystalicznemu, obszar B p kni cie po granicach cz stek proszku. Rys. 35. Fotografia powierzchni przełomu spieku przeznaczonego do obróbki plastycznej K3, Θ0 = 0,315. Na rysunku 36 zamieszczono fotografi powierzchni przełomu próbki wykonanej z materiału po odkształceniu plastycznym na zimno C0. Cz stki proszku maj wyra nie wydłu ony kształt w kierunku najwi kszego odkształcenia. Pory s ci ni te i maja równie kształt wydłu ony. Potwierdza to zdj cie struktury tego materiału (rys. 31b). Pomimo ci ni cia porów nie doszło do ich trwałego zespolenia i materiał wykazuje mał spójno. Poniewa przy wysokiej porowato ci pocz tkowej powstałe podczas spiekania wypraski poł czenia mi dzy cz stkami w materiale miały mał powierzchni, wi c wi kszo z nich została cz ciowo lub całkowicie zniszczona podczas odkształcenia. St d na obserwowanym 56

57 przełomie dominuj ce jest kruche p kanie mi dzy powierzchniami poszczególnych cz stek proszku, z nielicznymi tylko strefami p kania przechodz cymi przez pojedyncze cz stki. Znalazło to potwierdzenie w wynikach wła ciwo ci mechanicznych (tabela 12 i 13): niskiej warto ci udarno ci (KC = 2 [J/cm2]) i braku wydłu enia w statycznej próbie rozci gania. Na przedstawionym zdj ciu wyró niono dwa obszary. Na powi kszonym obszarze A wyra nie wida charakterystyczny kształt cz stek proszku po odkształceniu plastycznym na zimno oraz naruszon spójno mi dzy cz stkami. Obszar B to rzadko wyst puj ca w tym materiale, łupliwa powierzchnia zniszczenia przechodz ca przez cz stk proszku. Rys. 36. Fotografia powierzchni przełomu spieku po obróbce plastycznej. Próbka C0: Θ1 = 0,115, = 0,486, ε = 0,756. Rysunek 37 prezentuje zdj cie powierzchni przełomu spieku C1, poddanego odkształceniu ( = 0,494, ε = 0,758), a nast pnie wy arzonego w temperaturze 650 [oc]. W dalszym ci gu przewa aj ce jest p kanie po powierzchniach cz stek proszku Wyra nym efektem rekrystalizacji jest pojawienie si obszarów o plastycznym charakterze p kania. W niektórych miejscach przełomu zaobserwowa mo na ci gliwe odkształcenie nowo powstałych poł cze mi dzy cz stkami proszku niewidocznych na przełomie niewy arzonego materiału po obróbce plastycznej. Zmieniła si morfologia pustek. Cz mniejszych porów uległa zespoleniu, natomiast te o wi kszych wymiarach zachowały charakterystyczny, wydłu ony kształt. Na fotografii powierzchni przełomu zaznaczono i pokazano w powi kszeniu obszar A, w którym nast piło ci gliwe, plastyczne rozdzielenie poł czenia mi dzy cz stkami proszku. 57

58 Rys. 37. Fotografia powierzchni przełomu spieku po obróbce plastycznej i wy arzaniu w temp. 650 [oc]. Próbka C1: Θ1 = 0,111, = 0,494, ε = 0,758. Rys. 38. Fotografia powierzchni przełomu spieku po obróbce plastycznej i wy arzaniu w temp. 750 [oc]. Próbka C2: Θ1 = 0,111, = 0,505, ε = 0,

59 Fotografi powierzchni przełomu spieku C2 po odkształceniu ( = 0,505, ε=0,782) i wy arzonego w temperaturze 750 [oc] pokazano na rys. 38. Fotografia ujawnia pojawiaj ce si kolejne, nowe poł czenia mi dzy cz stkami osnowy spieku (wyró niony na fotografii obszar A). Przewa aj dwa mechanizmy p kania: kruche p kanie po powierzchniach cz stek oraz maj ce najcz ciej charakter ci gliwy rozdzielenie materiału w miejscach poł cze cz stek. Widoczne s równie obszary p kania łupliwego transkrystalicznego. Zauwa alne, wraz ze zwi kszaniem temperatury wy arzania, zmiany zachodz ce w mikrostrukturze oraz charakterze przełomu spieków uzasadniaj wzrost wła ciwo ci plastycznych badanego materiału. Wpływ tych zmian na wytrzymało jest zło ony. Spadek wytrzymało ci zwi zany jest z procesami zachodz cymi podczas rekrystalizacji osnowy spieku, natomiast powstawanie nowych poł cze mi dzy cz stkami i zwi kszanie si ich powierzchni czynnej wpływa na podniesienie wła ciwo ci wytrzymało ciowych. Na rys. 39 umieszczono fotografi przełomu spieku po odkształceniu ( = 0,495, ε=0,769) poddanego nast pnie wy arzaniu w 850 [oc] próbka C3. Rys. 39. Fotografia powierzchni przełomu spieku po obróbce plastycznej i wy arzaniu w temp. 850 [oc]. Próbka C3. Θ1 = 0,113, = 0,495, ε = 0,769. Wy arzanie w 850 [oc] spowodowało zwi kszenie si ilo ci nowych poł cze mi dzy cz stkami proszku i wyst puj cych tam lokalnych obszarów ci gliwego p kania.. Materiał wykazuje wi ksz spójno, co znajduje potwierdzenie w wy szych wynikach zarówno wła ciwo ci wytrzymało ciowych jak plastycznych. Zdj cie przełomu udarno ciowego (próbka C4) po powtórnym spiekaniu w temperaturze 1120 [oc], poprzedzonym odkształceniem plastycznym ( = 0,506, ε=0,783) zaprezentowano na rys. 40. Zauwa alne jest zwi kszenie udziału stref o kruchym charakterze 59

60 pkania, zarówno po granicach czstek (obszary A) jak i transkrystalicznego w obszarze czstek (np. obszar B). Widoczne s równie liczne strefy cigliwego rozdziału w szyjkach łczcych ssiednie czstki proszku. Prócz małych sferoidalnych porów zauwaalne s równie due pory o nieregularnym kształcie. Rys. 40. Fotografia powierzchni przełomu spieku po obróbce plastycznej i powtórnym spiekaniu w temp [ o C]. Próbka C4: Θ 1 = 0,092, = 0,506, ε = 0,783. Analiza ilociowa mikrostruktury. W tabeli 14 zestawiono rednie wartoci powierzchni ziarna, rednie rednice czstek oraz wartoci współczynników wydłuenia oraz pofałdowania okrelone dla spieków poddanych kształtowaniu plastycznemu oraz poddanemu lub nie obróbce przez wyarzanie. Wyniki nie obejmuj spieków dwukrotnie spiekanych, których porowato po drugim spiekaniu jest nisza od porowatoci spieków wyarzanych w niszej temperaturze. W dalszej czci zamieszczono wykresy obrazujce wpływ temperatury wyarzania na kształt i wielko czstek wczeniej odkształconego spieku. 60

61 Temperatura obróbki cieplnej t [ o C] Bez obróbki cieplnej Parametry struktury spieku po odkształceniu plastycznym i wyarzaniu Wyznaczony parametr Tabela 14. Rzeczywista warto plastycznego odkształcenia na zimno spiekanego wstpniaka, ε = ln h h 1 0,23 0,25 0,42 0,46 0,76 0,78 2 Powierzchnia ziarna a [ µ m ] rednica ziarna d [ µ m] 11,5 11,2 7,3 Współczynnik wydłuenia f (*) 1 1,58 1,71 1,76 (**) Współczynnik kolistoci f 2 0,56 0,49 0,49 2 Powierzchnia ziarna a [ µ m ] rednica ziarna d [ µ m] 7,1 4,8 6,6 Współczynnik wydłuenia f (*) 1 1,39 1,30 1,52 (**) Współczynnik kolistoci f 2 0,64 0,62 0,60 2 Powierzchnia ziarna a [ µ m ] rednica ziarna d [ µ m] 8,6 9,7 10,1 Współczynnik wydłuenia f (*) 1 1,39 1,30 1,52 (**) Współczynnik kolistoci f 2 0,60 0,66 0,58 2 Powierzchnia ziarna a [ µ m ] rednica ziarna d [ µ m] 17,1 11,9 12,8 850 Współczynnik wydłuenia f (*) 1 1,32 1,33 1,42 (**) Współczynnik kolistoci f 2 0,57 0,53 0,59 (*) a parametr f 1 = ; (**) 4 π F parametr f 2 = 2 b L 0 Przeprowadzone obserwacje i analiza stereologiczna materiału badawczego wykazała wyrany wpływ temperatury wyarzania odkształconych wczeniej spiekanych wstpniaków na wielko ziaren osnowy spieku. Wskutek odkształcenia plastycznego ziarna zostaj rozdrobnione, przy czym najmniejsz redni wielko ziarna zanotowano dla materiału po najwikszym stopniu przerobu (odkształcenie rzeczywiste ε = 0,76 0,78, co odpowiada wartoci parametru wzmocnienia = 0,49 0,51). Zastosowanie wyarzania w temperaturze 650 [ o C] spowodowało odbudow struktury i rozdrobnienie ziarna osnowy spieku. Jak pokazuje to wykres na rys. 41 dalsze podnoszenie temperatury wyarzania wpływa na stopniowe zwikszanie ziaren osnowy spieku. 61

62 350 Powierzchnia ziarna [µm 2 ] ε = ln h h 1 0 0,23 0,24 0,42 0,46 0,76 0,78 0 Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania [ 0 C] Rys. 41. Wpływ temperatury wyarzania na redni wielko ziaren osnowy spieku poddanego wczeniejszemu odkształceniu na zimno. 1,0 0,9 Współczynnik pofałdowania f1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,56 0,49 0,49 0,66 0,62 0,60 0,64 0,66 0,58 0,57 0,59 0,53 ε = ln h h 1 0 0,23 0,24 0,42 0,46 0,76 0,78 0,1 0,0 Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania [ 0 C] Rys. 42. Wpływ temperatury wyarzania na redni warto współczynnika pofałdowania ziaren osnowy spieku poddanego wczeniejszemu odkształceniu na zimno. 62

63 1,8 1,7 1,71 1,76 Współczynnik wydłuenia f2 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,58 1,39 1,39 1,52 1,52 1,3 1,3 1,32 1,33 1,42 ε = ln h h 1 0 0,23 0,24 0,42 0,46 0,76 0,78 1,1 1,0 Bez obróbki cieplnej Temperatura wyarzania [ 0 C] Rys. 43. Wpływ temperatury wyarzania na redni warto współczynnika wydłuenia ziaren osnowy spieku poddanego wczeniejszemu odkształceniu na zimno. Wyznaczony współczynnik wydłuenia ziarn osnowy spieku wykazuje korelacj z wielkoci odkształcenia, przy czym najwiksz warto parametr ten przyjmuje dla najwyszej wartoci odkształcenia plastycznego (rys. 43). Po wyarzeniu w temperaturze 650 [ o C] współczynnik wydłuenia f 1 przyjmuje wartoci odpowiadajce kształtowi czstek zblionemu do regularnego. Współczynnik kolistoci f 2 (lub pofałdowania 1 f 2 ) nie wykazuje współzalenoci z wielkoci odkształcenia i temperatur nastpujcego po nim wyarzania (rys. 42). W Dodatku A zamieszczono graficzn interpretacj rozkładu wielkoci ziarna w osnowie spieku po rónym stopniu odkształcenia w zalenoci od temperatury wyarzania. Na rys.d-17 zamieszczono histogramy dla odkształcenia zastpczego = 0,15 0,18, na rys. D-18 dla = 0,29 0,32, a na rys. D-19 dla = 0,48 0,51. 63

64 5 Analiza wyników bada Wpływ odkształcenia plastycznego na zimno na właciwoci mechaniczne Wytrzymało na rozciganie R m materiału poddanego obróbce plastycznej na zimno przy odkształceniu zastpczym osnowy spieku 0,17 i 0,30 jest wysza ni dla spieków o tej samej porowatoci, ale uzyskanej na drodze prasowania i jednokrotnego spiekania, przy czym wzrostowi odkształcenia towarzyszy jednoczesny nieznaczny spadek wartoci R m. Spieki poddane najwyszemu z załoonego planu bada odkształceniu na zimno w stopniu, który odpowiada odkształceniu zastpczemu osnowy 0,49 posiadaj wytrzymało na rozciganie nisz od spieków, które nie były odkształcane. Tłumacz to przedstawione obserwacje mikrostruktury i powierzchni przełomów tych spieków. Odkształcanie na zimno wstpniaków o wysokiej porowatoci (Θ 0 powyej 0,3) powodowało naruszenie spójnoci czci połcze midzy czstkami spieku. Obecno duej iloci porów wpłynła na zmniejszenie pola powierzchni przekroju poddanego napreniom podczas kształtowania, a to z kolei przyspieszyło inicjacj i propagacj pkni w materiale. Dodatkowo na obnienie zdolnoci do przenoszenia wysokich obcie wpłynł nieregularny kształt pustek, bdc naturalnym koncentratorem napre w odkształcanym materiale. Te wszystkie uwarunkowania strukturalne materiału przed i po kształtowaniu zdecydowały, e mimo wzmocnienia odkształceniowego zachodzcego w osnowie spieku przy duym stopniu odkształcenia (ε = 0,76 0,78), powodujcego zwikszenie właciwoci wytrzymałociowych, spieki te posiadaj w efekcie nisk wytrzymało mechaniczn przy napreniach rozcigajcych. Porównanie wyników bada wykazało, e w przypadku zastosowania najwyszego stopnia odkształcenia granica wytrzymałoci na rozciganie jest nisza ni dla spieków nieodkształconych. Umowna granica plastycznoci R p0,2 oraz twardo HB, inaczej ni wytrzymało na rozciganie, wraz ze wzrostem odkształcenia z 0,17 do 0,30 równie rosn, by przy odkształceniu o 0,50 spa do wartoci najniszej, podobnie jak w przypadku wytrzymałoci. Właciwoci plastyczne (wzgldne wydłuenie procentowe A 5 oraz udarno KC), po odkształceniu plastycznym na zimno znaczco spadaj, osigajc przy tym bardzo niskie wartoci. Graficzna prezentacja wpływu wielkoci odkształcenia na poszczególne właciwoci mechaniczne zaprezentowana jest na wykresach na rys

65 Rys. 44. Wytrzymało na rozciganie (R m ) spieku PNC-60 w funkcji odkształcenia zastpczego, (aproksymacja wielomianem 3 stopnia) Rys. 45. Umowna granica plastycznoci (R p0,2 ) PNC-60 w funkcji odkształcenia zastpczego, (aproksymacja wielomianem 3 stopnia). 65

66 c) Rys. 46. Udarno (KC) spieku PNC-60 w funkcji odkształcenia zastpczego, (aproksymacja wielomianem 3 stopnia). Rys. 47. Wzgldne wydłuenie procentowe (A 5 ) spieku PNC-60 w funkcji odkształcenia zastpczego, (aproksymacja wielomianem 3 stopnia). 66

67 b) Rys. 48. Twardo Brinella (HB2,5/306/15) spieku PNC-60 w funkcji odkształcenia zastpczego, (aproksymacja wielomianami 3 stopnia). Wykresy na rys wykazuj zdecydowany wpływ stopnia odkształcenia połczony z porowatoci pocztkow przeznaczonych do obróbki spiekanych wstpniaków na właciwoci mechaniczne spieku po kształtowaniu plastycznym na zimno. Obróbka plastyczna na zimno z duym stopniem odkształcenia spieków o wysokiej porowatoci powoduje, e podczas plastycznego płynicia dochodzi do zniszczenia wytworzonych podczas spiekania połcze midzy czstkami proszku, które maj decydujcy wpływ na właciwoci mechaniczne, a głównie na wytrzymało na obcienia udarowe i właciwoci plastyczne. Powysze uwagi potwierdza porównanie teoretycznych i osiganych, rzeczywistych wartoci umownej granicy plastycznoci dla zastosowanych w badaniach wielkoci odkształcenia zastpczego osnowy spieku. Prezentuje to wykres na rys Sposób obliczenia teoretycznych wartoci umownej granicy plastycznoci podano w Dodatku B (przykład 6) 67

68 Umowna granica plastycznoci - teoretyczna ( R 02 ) t p - rzeczywista ( R p02 ) Rys. 49. Teoretyczne i rzeczywiste wartoci umownej granicy plastycznoci dla spieku PNC-60 o porowatoci kocowej Θ 1 = 0,11 0,13. Wpływ obróbki cieplnej na właciwoci mechaniczne odkształconych spieków Właciwoci wytrzymałociowe, równie twardo, podczas wyarzania kształtowanych na zimno spieków spada, przy czym wytrzymało na rozciganie i twardo poniej wartoci odnoszcych si do spieków o podobnej porowatoci osiganej w procesie jednokrotnego prasowania i spiekania. Podnoszenie temperatury wyarzania w rónym stopniu wpływa na warto poszczególnych właciwoci wytrzymałociowych i dopiero ponowne spiekanie przynosi znaczcy ich wzrost, ale wicy si z jednoczesnym obnieniem porowatoci. Na właciwoci obrabianego cieplnie, odkształconego wstpnie porowatego spieku metalu maj połczony wpływ wszystkie zjawiska zwizane z temperatur wyarzania, a wic zjawiska: zdrowienia, rekrystalizacji i rozrostu ziaren osnowy spieku, powstawanie nowych połcze midzy czstkami oraz zmiana wielkoci i kształtu pustek. Otrzymane wyniki bada oraz obserwacje mikrostruktury wskazuj, e wpływ tych zjawisk jest zrónicowany i w zalenoci od stopnia zmian, jakie zaszły w osnowie spieku oraz w całej objtoci obrabianego materiału, a take od zastosowanej temperatury, moe wpływa zarówno na podwyszanie jak i obnianie właciwoci mechanicznych spieku. Funkcje obiektu bada Na podstawie uzyskanych wyników bada właciwoci mechanicznych wyznaczono funkcje obiektu bada typu {w w, w p } = f i (,t), w postaci wielomianowej. Odpowiednie funkcje, ich wykresy powierzchniowe i warstwicowe pokazano na rys

69 R m = t t t τ t t 2 [MPa] Rys. 50. Funkcja f i (,t) dla wytrzymałoci na rozciganie spieku PNC-60 oraz wykres warstwicowy powierzchni opisanej t funkcj. 69

70 R p0,2 = t t t t t t 2 [MPa] Rys. 51. Funkcja f i (,t) dla umownej granicy plastycznoci spieku PNC-60 oraz wykres warstwicowy powierzchni opisanej t funkcj. 70

71 KC = t t t t t t 2 [J/cm 2 ] Rys. 52. Funkcja f i (,t) dla udarnoci spieku PNC-60 oraz wykres warstwicowy powierzchni opisanej t funkcj.. 71

72 A 5 = t t t t t t 2 [%] Rys. 53. Funkcja f i (,t) dla wzgldnego wydłuenia procentowego spieku PNC-60 oraz wykres warstwicowy powierzchni opisanej t funkcj.. 72

73 HB = t t t t t t 2 Rys. 54. Funkcja f i (,t) dla twardoci Brinella spieku PNC-60 oraz wykres warstwicowy powierzchni opisanej t funkcj.. 73