Závěrečná zpráva grantu 184/1999/B-FYZ/MFF

Název projektu:Zpevnění a odpevnění vybraných hořčíkových slitin a kompozitů
Hlavní řešitel:Prof.RNDr. Zuzanka Trojanová, DrSc.
Spoluřešitelé: Prof.RNDr. Pavel Lukáč, DrSc., Dr.h.c.; RNDr. Miloš Janeček, CSc.; Doc.RNDr. František Chmelík, CSc.; Dr. Zdeněk Drozd, Dr.; RNDr. Kristián Máthis
Období řešení:1999-2001
Celková dotace:170 tis. Kč

Souhrn výsledků

Zpevnění a odpevnění v hořčíkových slitinách a kompozitech.
Bylo studováno deformační chování komerčních hořčíkových slitin AZ91, AS21, AE42, QE22 a dále slitin řady AM (AM20, AM50 a AM60) v širokém intervalu teplot od pokojové teploty do 573 K za konstantní deformační rychlosti v tahu i tlaku. Tvar křivek napětí deformace je velmi citlivý na deformační teplotu a rychlost deformace. Deformační chování bylo modelováno rovnicemi, které byly konstruovány na základě představ o zpevnění a odpevnění. Jako hlavní hlavní zpevňující mechanismus byl nalezen rozvoj dislokační substruktury v precipitačně zpevněné slitině či matrici, hlavní odpevňovací mechanizmy byly nalezeny příčný skluz a šplhání šroubových dislokací. U slitin byla také studována mikrostruktura a její vývoj při expozici vyšších teplot. U slitin AZ91 a QE22 byla studována tato mikrostruktura po tepelném zpracování T6. Teplotní zpracování má podstatný vliv na mikrostrukturu a deformační charakteristiky těchto slitin.
Byly studovány mechanické vlastnosti kompozitů na bázi hořčíkové slitiny AZ91, QE22, zpevněné 20 obj% safilových vláken. Zpevňující vlákna měla planárně náhodné uspořádání. Byly použity vzorky, které měly rovinu vláken rovnoběžnou s osou namáhání a vzorky, které měly rovinu vláken kolmou na osu namáhání. Zpevňující účinek vláken byl v případě kolmé orientace podstatně menší. Tento výsledek ukazuje na to, že nejvýznamnějším mechanizmem zpevnění v tomto materiálu je přenos napětí na vlákna. Studium deformovaných vzorků ukázalo i velký podíl deformace dvojčatěním. Dále byly studovány hybridní kompozity na bazi QE22, zpevněné safilovými vlákny a částicemi SiC. I v tomto případě měla orientace roviny vláken významný vliv na deforamční chování hybridu. Studium mechanických vlastností kompozitů ZC63 a AS41zpevněných 10% částic SiC prokázalo malý účinek vláken pro zpevnění.
Slitiny Mg4Li-xAl, Mg8Li-xAl a Mg12Li-xAl (x = 0, 3, 5) zpevněné 10 obj% safilových vláken byly deformovány v tlaku při teplotách od pokojové teploty do 300°C. Byly studovány deformační charakteristiky. Dosažená deformační napětí jsou vyšší než u nezpevněných slitin, avšak rychle klesají s rostoucí teplotou. Byl spočten podíl jednotlivých příspěvků k celkovému zpevnění kompozitů. Ukázalo se, že nejvýznamnějšími jsou příspěvky pocházející od zvýšené hustoty dislokací v kompozitu v a přenosu napětí na vlákna. Nové dislokace akomoddují vnitřní termální napětí.  Relativně vysoká tažnost pravděpodobně je výsledkem snadnější činnosti nebazálního skluzu v důsledku přidání Li.
Deformační zkoušky byly provedeny také na polykrystalech mikrokrystalického hořčíku a hořčíku, zpevněného nanočásticemi Al2O3. Strmá teplotní závislost napětí na mezi kluzu ukazuje přítomnost tepelně aktivovaných dějů při plastické deformaci mikrokrystalického Mg a kompozitu s nanočásticemi a jejich klastry na hranicích zrn. Naše analýza se zaměřila na nebazální skluzové systémy, jejichž činnost je nutná k tvarovému přizpůsobování jednotlivých zrn v polykrystalu. Hlavním tepelně aktivovaným dějem je pravděpodobně překonávání bazálních dislokací, které jsou v nebazických skluzových systémech dislokacemi lesa.
Dynamická rekrystalizace byla pozorována ve slitinách AZ91a kompozitech s bazí AZ91 A QE22.  Experimentální výsledky jasně prokázaly významný vliv teploty deformace na deformační chování slitin a kompozitů, které souvisí se změnami v mikrostruktuře, způsobené změnou teploty. Z pozorování mikrostruktury světelným a řádkovacím mikroskopem a z rozboru deformačních křivek je možné soudit , že k deformačnímu zpevnění přispívají dislokace lesa a precipitáty. Dynamické zotavení a dynamická rekrystalizace jsou ovlivněny příčným skluzem a anihilací dislokací.
Byly studovány napěťové relaxace slitiny AZ91po teplotním zpracování T6 s cílem analyzovat procesy deformačního stárnutí. Byly identifikovány děje, které jsou charakteristické pro deformační stárnutí: lokální maximum v teplotní závislosti napětí na mezi kluzu, lokální maximum v teplotní závislosti parametru napěťové citlivosti a vzrůstem napětí po napěťové relaxaci. Naše analýza ukázala, pozorované anomalie jsou způsobené změnou koncentrace příměsových atomů na dislokacích s deformační rychlostí a teplotou.