Vývoj nových technologií pro semi solid state

Abstract

Pomocí inovativních technologických postupů lze získávat i u konvenčních a léta používaných materiálů atypické struktury se specifickými mechanickými a fyzikálními vlastnosti. Různé technologie tváření v semi-solid stavu představují právě takový dynamicky se rozvíjející obor. Přesto, kvůli technologické náročnosti celého procesu, zůstává zpracování ve fázi vývoje. Mezi jednu z inovativních metod v oblasti semi-solid zpracování patří technologie mini-thixoformingu. Protože je zaměřena na produkty velmi malých rozměrů, lze při ní, oproti klasickým postupům tixoformingu dosahovat vedle mimořádně strmých gradientů ohřevu i extrémně vysoké rychlosti solidifikace a chlazení. Tyto podmínky pak zásadně ovlivňují vývoj vznikajících struktur a materiálových vlastností. Navíc lze stejně jako u konvenčního tixoformingu dosáhnout tvarově komplikovaných součástí s vysokou přesností, a to pouze v jediném tvářecím kroku. Hlavním cílem této práce ve zmíněné oblasti bylo nalezení souvislosti mezi mikrostrukturou výchozího polotovaru a mikrostrukturou po zpracování vzorku nad křivkou solidu zvolené oceli. Vzhledem k vysoké rychlosti procesu mini-thixoformingu byla v průběhu zpracování zachována historie vstupní struktury, která se dále promítla do výsledné struktury materiálu a byl pozorován a zdokumentován její vliv na vlastní proces tváření. Aby bylo možné zjistit vliv vstupní struktury na výsledný stav po semi-solid zpracování, byla provedena příprava různých vstupních mikrostruktur z oceli X210Cr12. Jednalo se o vysokoteplotní žíhání na zhrubnutí zrna, vysokoteplotní cyklování a také procesy s intenzivní plastickou deformací (SPD) a to ECAP (equal channel angular pressing) a HPT (high pressure torsion). Vysokoteplotní žíhání pro zhrubnutí zrna bylo provedeno při teplotě 1150°C po dobu 24 a 48 hodin s volným chlazením v peci. Pro rozpuštění primárních karbidů chromu M23C7 byla teplota ohřevu ještě zvýšena na 1200°C s výdrží 1 hodinu a následným volným chlazením v peci, nebo do oleje. Naopak ke zjemnění zrna bylo využito metody cyclic heating treatment (CHT), kdy rychlými přechody mezi křivkami AC3 a Ms bylo docíleno vyššího počtu krystalizačních zárodků, a tím i většího počtu zrn ve stejném objemu materiálu. Další modifikace struktury byla provedena tvářením za tepla při teplotě 900°C. Zjemnění zrna pomocí intenzivní deformace metodou ECAP bylo provedeno na speciálním lisu. Válcová ocelová tyč byla vložena s minimální vůlí a zapouzdřena do pouzdra o rozměrech průřezu kanálu pro ECAP. Bylo využito dvou nástrojů pro ECAP. ECAP s rozměry kanálu 50x50 mm s úhlem kanálu 90°. Druhý nástroj pro ECAP měl rozměry kanálu 10x10 mm s úhlem vnitřního kanálu 120°C. V obou případech byl průchod kanálem byl proveden jak za pokojové teploty, tak po ohřevu vzorku na 350°C. Jako další tvářecí metoda pro zjemnění zrna byla použita metoda high pressure torsion. U metody HPT je zjemnění zrna dosaženo kombinací tlaku a současného intenzivního torzního přetvoření. HPT probíhalo na vzorku o průměru 35 mm při teplotě 650°C. Z připravených materiálů byly vyrobeny vzorky vhodné k zpracování mini-thixoformingem. Vzorky získané zpracováním v semi-solid stavu byly podrobeny řadě analýz a hlavní pozornost byla věnována vlivu procesu na atributy struktury a velikosti zrna.