Túltelített szilárd oldatok szobah ő mérsékleti bomlásának a hatása a mélységérzékeny benyomódás során fellép ő plasztikus instabilitásra

a) b)

III.34. ábra: Különböző hevertetési idő után kapott erő-mélység (F-h) görbék a) az Al-Zn-Mg és b) Al-Zn-Mg-Cu ötvözet esetében

A III.34. ábra mutatja az edzést követően, szobahőmérsékleten hevertetett ötvözeteken, a hevertetés korai szakaszában kapott F-h benyomódási görbéket. A hevertetés elején – az első 15-20 percben – plasztikus instabilitásra jellemző lépcsők jelennek meg mindkét ötvözetben.

További hevertetés során azonban a lépcsők fokozatosan eltűnnek, és simává válnak a benyomódási görbék.

Az ötvözetekben fellépő plasztikus instabilitásra jellemző, az előző pontban bevezetett

∆F mennyiség mélységfüggése is jól mutatja a hevertetés hatását. A III.35. ábrán, példaként, feltüntettem a különböző t ideig hevertetett Al-Zn-Mg-Cu mintára jellemző _h ∆F−h görbéket. A hevertetés kezdeti szakaszában tapasztalható ∆F oszcillációk – a stabil szilárd oldat Al-3 wt%Mg ötvözet esetéhez hasonlóan – szabályosan fejlődnek (lásd a III.35.a ábrán). A hosszabb hevertetés hatására azonban, amellett, hogy megnő a h kritikus mélység, szabálytalanabbá _c

válnak a ∆F instabilitási oszcillációk, illetve szakaszosan eltűnnek és újra előjönnek a benyomódás során (a III.35b és c ábrákon). Végül, egy bizonyos t hevertetési idő után teljesen _i eltűnnek az instabilitási lépcsők (a III.35d ábrán), és a ∆F már gyakorlatilag zérus az egész benyomódás során.

III.35. ábra: A szobahőmérsékleten való hevertetés hatása az instabilitási lépcsők keletkezésére és a F∆ erőkülönbség fejlődésére

az Al-5.7Zn.1.9Mg-0.35Cu ötvözet esetében

Mivel az instabilitási lépcsők jelenlétében a nyomófej a mintába való haladása nem folytonosan, hanem szaggatottan - lassú és gyors szakaszok váltakoztatásával – történik, valamint a GP-zónák képződésével már nem szabályosan jelennek meg, a lépcsők fejlődésének statisztikai jellemzésére a nyomófej V relatív sebességét is elemeztük. A relatív sebesség a sima, monoton _rel változástól eltérő viselkedést fejezi ki, és a következő alakban adható meg:

( )

oszcillációk sebességét írja le, és értéke tartósan zérus, ha plasztikus instabilitás nem lép fel - h∆ tartósan nulla körüli érték – az egész benyomódás során.

III.36. ábra: A V_rel sebesség-ingadozások amplitúdójának gyakoriság-eloszlása az Al-5.7Zn-1.9Mg-0.35Cu ötvözeten különböző hevertetési idők után

A III.36. ábrán a különböző t ideig szobahőmérsékleten hevertetett Al-Zn-Mg-Cu mintán _h kapott V_rel sebességek eloszlásai vannak feltüntetve. Jól látható, hogy rövid idejű - th ≈11min. - hevertetés után észlelhető V_rel leggyakoribb értéke ~45.6nm /s, viszonylag messze van a nulla

értéktől, ami erős plasztikus instabilitásra utal a hevertetés korai szakaszában. Növelve a hevertetés idejét, azonban, a leggyakoribb V érték nullához tart, jelezve az instabilitási _rel folyamat fokozatos eltűnését. Körülbelül 130-140 perces hevertetés után már szinte nulla a leggyakoribb V_rel érték. A III.37. ábra mutatja a két vizsgált ötvözetre vonatkozó V_{rel_gyak} leggyakoribb relatív sebesség értékét a t_h hevertetési idő függvényében. A kapott V_rel__gyak −t_h függvények tendenciájából leolvasható t_i érték (a plasztikus instabilitás élettartamát kifejező hevertetési idő) a Cu-t tartalmazó ötvözetben kb. 135 min., ami legalább háromszor nagyobb, mint a Cu nélküli ötvözetre jellemző (~40min.) érték.

III.37. ábra: A V_{rel_gyak} leggyakoribb relatív sebesség értéke

a t hevertetési id_h ő függvényében

Figyelembe véve azt, hogy a plasztikus instabilitást a mozgó diszlokációk és a feléjük diffundáló ötvöző atomok kölcsönhatása okozza [72,99], a szóban forgó ötvözetekben fellépő instabilitási lépcsők, vagy a megfelelő keménység-ingadozások feltehetően az ötvözetek szilárd oldat fázisához kapcsolódnak. A plasztikus instabilitások eltűnése azonban több tényezőtől is függhet, például: i) a szilárd oldat mátrixban levő ötvözőkoncentráció csökkenésétől és/vagy ii) a túltelített szilárd oldat bomlásával kialakuló kiválásos mikroszerkezettől. A stabil szilárd oldat Al-Mg ötvözetek esetében láttuk, hogy az instabilitási lépcsők és a F∆ erő-ingadozások kisebbé válnak, ha csökken az ötvözőkoncentráció, de – a C₀ kritikus koncentráció fölött – a változások mindig szabályosak és folyamatosak maradnak a benyomódás során (lásd a III.30 és III.31. ábrát).

Ez a kísérleti tény arra enged következtetni, hogy inkább a változó mikroszerkezet – a GP-zónák képződése, és nyilván a diszlokációkkal való kölcsönhatásuk - okozza a plasztikus instabilitás eltűnését a vizsgált túltelített ötvözetekben. Az ilyen anyagok mikroszerkezetével kapcsolatban egyrészt a GP-zónák gyors képződése (ami miatt gyorsan nő az anyag keménysége) azt eredményezi, hogy a vizsgált ötvözet állapota többé már nem egyfázisú szilárd oldat. Másrészt, az instabilitási lépcsők megjelenése arra is utal, hogy a GP-zónák hatása még nem olyan jelentős, hogy elnyomja a dinamikus alakítási öregedés (DSA) hatását. Amikor a GP-zónáknak a diszlokációk mozgását akadályozó hatása már jelentős a szilárd oldatban levő ötvöző atomok hatásához képest, az instabilitási lépcsők többé már nem tudnak megjelenni a benyomódási görbén. Ezért a plasztikus instabilitás élettartamát kifejező t hevertetési idő jellemez egy _i meghatározott állapotot a zónaképződés folyamatában, azaz egy jellegzetes átmeneti állapotot az egyfázisú túltelített szilárd oldatból a szilárd oldatból és GP-zónákból álló heterogén rendszerbe, ahol a GP-zónáknak a mozgó diszlokációkra gyakorolt hatása dominánssá válik az oldott atomok hatásához képest.

Mivel a GP-zónák mérete és eloszlása nagymértékben befolyásolhatja a túltelített ötvözetekben történő további kiválási folyamatokat [70,71,73,74], illetve az ötvözetek mechanikai tulajdonságait, a t élettartam fontos paraméter lehet az anyag-kutatók számára. _i Megjegyzem, hogy a t meghatározása – egy mintán történő több mérés elvégzésével - _i kifejezetten a korszerű, dinamikus keménységmérés módszerének az előnyét hangsúlyozza a többi hagyományos (egytengelyű összenyomás, vagy nyújtás) technikákkal szemben. Az a kísérleti tény, hogy a Cu-t is tartalmazó – így nagyobb ötvözőkoncentrációjú – Al-5.7Zn-1.9Mg ötvözetre jellemző t élettartam legalább 3-szor nagyobb a Cu nélküli Al-5.7Zn-1.9Mg ötvözetre _i jellemző értéknél, valamint az, hogy a Cu-t is tartalmazó ötvözetben kisebb a hevertetés korai szakaszában képződő GP-zónák hatására tapasztalható keményedés sebessége (lásd a III.33.

ábrán) egyértelműen azt mutatja, hogy a Cu adalék késlelteti a GP-zónák képződését az edzést követő bomlási folyamat korai szakaszában. Ennek a lehetséges magyarázatai, illetve a Cu-ötvöző további hatásai egy korábbi dolgozatunkban [S16] megtalálhatók.

III.3.3.2. Plasztikus instabilitás jelentősége a nemesíthető ötvözetek szemcsefinomításában

In document Lapcentrált köbös fémek és ötvözetek képlékeny alakváltozási folyamatainak leírása és elemzése (Pldal 83-88)