RO ČN Í PŘ EH L EDY
Leonhard Heusler
va ovlivňuje maximální dosažitelnou pevnost, ale bez předběžného stárnutí začíná vzestup pevnosti výrazně dříve, maximální pevnost je nepatrně vyšší a efekt přestárnutí se zpozdí (obr. 2). Stárnutí hned po rychlém ochlazení je tím celkem výhodné. L. Ceschini aj. [13] předkládají obsáhlé srovnání chování slitin C355 (AC-AlSi5Cu1Mg) a AC-AlSi7Mg0,3 při stárnutí. Nejdříve se tepelnou analýzou zjistily pro slitinu C355 optimální parametry rozpouštěcího žíhání (2,5 h při 490 °C + 13 h při 520 °C) a potom se stanovily křivky stárnutí pro rozsah teplot od 170 do 210 °C. Křivky přestárnutí se snímaly při teplotách od 175 do 305 °C a vycházelo se přitom z maximální tvrdosti o 120 HB jednotkách. Tyto křivky se pak pro teplotu 175, resp. 205 °C srovnávaly s křivkami slitiny AC-AlSi7Mg0,3. Pokles pevnosti u slitiny C355 obsahující Cu byl přitom podle očekávání výrazně menší. Termomechanické vlastnosti hlav válců závisí při jízdě na velkém počtu parametrů. Tímto složitým proměnným procesem se podrobně zabývají B. Stauder aj. [14] ve studii o vlivu legování a tepelného zpracování na termomechaniku hlav válců. Tepelnému zpracování a optimalizaci mechanických vlastností slitiny AC-AlSi11Cu1,5Mg0,3 se věnují T. Lu aj. [15]. Nejdříve se na zkušebních tyčích pro zkoušky pevnosti v tahu vyrobených z této slitiny, která byla předtím vyčištěna, podrobena zjemnění zrna a zušlechtěna, stanovily optimální parametry rozpouštěcího žíhání. Pokud jde o rozpuštění legujících přísad a vytvarování eutektického křemíku, ukázala se jako nejlepší kombinace dvoustupňového zpracování (4 h při 490 °C následované 4 h při 505 °C). Už v tomto stavu se dosáhlo 346 MPa pevnosti v tahu a 10,2 % tažnosti při přetržení. Návazné více než 6h stárnutí za tepla při 170 °C pak vedlo k hodnotě téměř 400 MPa pevnosti v tahu při 5 % očekávatelné nižší tažnosti při přetržení. Ú n ava Protože většina konstrukčních součástí odlévaných ze slitin hliníku je často vystavována střídavému namáhání, stojí únavové vlastnosti opakovaně v centru pozornosti mnoha studií. K.-H. Lang [16] předkládá závěrečnou zprávu plánu AiF o poškození a životnosti litých slitin hliníku na výrobu mechanicky vysoce namáhaných součástí motoru za tepla. Cílem studie bylo získat lepší znalosti o veličinách ovlivňujících tento druh únavového namáhání a pokusit se navíc přenést již existující modely odhadu životnosti na slévárenské hliníkové slitiny. Po-
44
čet zatěžovacích cyklů do natržení tyče po tepelném zpracování T7 byl při zkoušce podle TMF vyšší než po zpracování T6. Kromě toho způsobilo prodloužení doby udržování v prvním cyklu TMF zkrácení životnosti. Byl přizpůsoben stávající model odhadu životnosti a rozšířen o model stárnutí, čímž se dosáhlo dobré shody mezi předpovězenou životností a životností stanovenou zkouškami. Změny únavových vlastností během rozpouštěcího žíhání slitiny AC-AlSi9Cu3 rozebírají L. Hurtalová, E. Tillová a M. Chalupová [17]. Při hodnocení únavových vlastností slévárenských hliníkových slitin se doposud v podstatě zjišťoval vztah mezi velikostí vad a únavou. M. Tiryakioglu [18] se naproti tomu zabývá vztahem mezi tažností při přetržení a únavovou životností u odlitků ze slitiny A206-T7.1 (podobná AC-AlCu4TiMg). X. B. Cao aj. [19] zjišťovali vliv vad odlitků na únavové vlastnosti slitiny A356 (AC-AlSi7Mg0,3). Zkoušely se vzorky z hlav válců při poměru napětí R = −1 a 10 000 cyklech tzv. metodou staircase, podle níž se následující vzorek namáhá více, nebo méně podle toho, jak vydrží či selže vzorek předchozí. S těmito parametry byla pro zkoušenou slitinu zjištěna mez únavy při kmitavém napětí 191 MPa. Ve srovnání s iniciátory trhlin, jako jsou vměstky, plynové póry nebo oxidické pleny, byly hlavní příčinou selhání vzorku staženiny při tuhnutí. Y.-Q. Liu aj. [20] objasňují únavové vlastnosti slitiny A356-T6 (AC-AlSi7Mg0,3) zkouškou na únavu ohybem za rotace na vzorcích zhotovených metodou lisování ve vakuu (tzv. Vacuum-Pressurizing). Jedná se o odlévání do pískové formy, kdy se forma před odlitím odvzdušní (0,5 baru) a vystaví se v průběhu tuhnutí přetlaku 3 bary. Pórovitost redukovaná tímto způsobem vede k hodnotám únavové pevnosti 90 MPa při 107 cyklech. Největší vliv na vznik trhlin má velikost pórů v blízkosti povrchu. Na základě empirického zákona šíření trhliny bylo možné odvodit korelaci mezi výchozí délkou trhliny, životností a úrovní pnutí. St r u k t u ra V hliníku je železo známé jako téměř nerozpustný znečišťující prvek, který zpravidla vede ve struktuře k vytvoření destičkovitých intermetalických fází beta-Al5FeSi. Při vyšším obsahu Fe se tvoření těchto fází dá potlačit přísadami Mn, čímž se pak vytvoří více alfa fáze, která je díky svému tvaru nazývána „čínské písmo“ a která má na tažnost při přetržení méně škodlivé účinky než fáze beta. Na toto téma už sice existuje
S l é vá re ns t v í . L X V . l e d e n – ú n o r 2017 . 1–2
celá řada publikací, avšak Z. Zhang aj. [21] se jím přesto zabývali v systematické práci o vlivu poměru Mn/Fe a rychlosti chladnutí na modifikaci intermetalických fází obsahujících Fe ve slitině A356 (AC-AlSi7Mg0,3). Obsah 1,0; 2,0 a 2,5 % Fe se kombinoval vždy s obsahem Mn, který odpovídal poměru Mn/Fe 0; 0,35 a 0,5, resp. 0,65. S. Channappagoudar aj. [22] se zabývají vlivem kombinace zušlechtění a zjemnění zrna (modifikace) na strukturu, mechanické vlastnosti a opotřebitelnost nadeutektických slitin AC-AlSi15 a AC-AlSi15Cu4,5. Ke zpracování se použilo 10 kg/t AlTi3B1, 390 ppm P (jako AlP23) a 400 ppm Sr (jako AlSr10). Nejen zpracováním, ale i přísadou mědi bylo možné výrazně zvýšit mechanické vlastnosti a odolnost vůči opotřebení. Otázkou však je, do jaké míry zde mohla přispět velmi přehnaná přísada AlTi3B1, neboť zjemňovací prostředek TiB působí, jak je známo, jen na hliník alfa. Ten byl ve zkoumané nadeutektické slitině jen sotva přítomen. Je nesporné, že by se u slitin AlCu mělo kvůli jejich sklonu k tvoření trhlin pečlivě zjemňovat zrno. Nejpozději od publikací Sigwortha na počátku století je také známo, že se musí rozlišovat mezi rozpuštěným titanem a boridy titanu pocházejícími ze zjemňovacích prostředků a že pro zjemnění zrna slitin obsahujících Cu je výhodné, obsahují-li určité množství rozpuštěného titanu, ale že jinak hraje rozpuštěný titan při zjemnění zrna podružnou roli. H. Kamali, M. Emamy a A. Razaghian [23] o tom při svých zkouškách vlivu titanu na strukturu a mechanické vlastnosti slitiny AC-AlCu4,5-Mg0,3 očividně nevěděli nic, protože ve svých zkouškách nastavili obsah Ti od 0 do 0,5 % nad přísadu zjemňovacího prostředku AlTi5B1. Znamená to přidání až 100 kg (!) AlTi5B1 na tunu hliníku, a to muselo vést k obrovskému znečištění boridy. Z tohoto důvodu se zde výsledky popsané autory ani neuvádějí, ani nekomentují. O. Köser aj. [24] představují nový prostředek ke zjemňování zrna pro zlepšení mechanických vlastností hliníkových součástí motorů odlévaných do pískové formy. Jedná se přitom o předslitinu NbB, která v závislosti na rychlosti chladnutí vykazuje výrazné zjemňovací účinky (obr. 3). S. Kohla aj. [25] předkládají velmi zajímavou práci o vlivu obměn tlaku na množství pórovitosti při postupu CPC (Counter Pressure Casting – odlévání s protitlakem). Při zkouškách se odlévaly součásti podvozku s různým obsahem plynů a protitlakem s návaznou trojrozměrnou dokumentací pórovitosti počítačovou tomografií.
