Wstęp

Przy kształtowaniu właściwości wielu materiałów wykorzystuje się przesycanie i starzenie. Grupą najpowszechniej stosowanych stopów poddawanych przesycaniu i starzeniu są stopy aluminium z miedzią (durale), oraz wiele stopów metali lekkich.

Przesycanie jest procesem, który powoduje powstanie nierównowagowej fazy roztworu stałego w materiale w miejsce dwóch faz równowagowych. Uzyskuje się to przez wygrzewanie materiału w temperaturze w której w stanie równowagowym występuje jedna faza (wygrzewanie rozpuszczające”. Następnie materiał szybko się schładza by uniemożliwić dyfuzję i „zmrozić” strukturę jednofazową. Zwykle realizuje sie to przez chłodzenie w wodzie lub oleju.
Oczywiście możliwe jest to tylko dla materiału o ściśle określonym składzie dla którego w temperaturze pokojowej materiał dwufazowy w temperaturze podwyższonej jest jednofazowy. Np. dla duraluminium taki obszar to stop o zwartości od 1.8% do 15% wagowych miedzi. Przykłady takich składów dla innych stopów zawiera wykres 1.

Starzenie jest procesem dyfuzyjnym napędzanym przez energię swobodną nierównowagowego stopu po przesycaniu. Podczas starzenia atomy dodatków stopowych dyfundują i koncentrują się w pewnych obszarach, gdzie tworzą fazę. Przez kształtowanie warunków procesu starzenia można wpływać na wielkość, kształt i koherentność wydzieleń.

Cel i metodyka badań

Celem doświadczeń jest ustalenie wpływu warunków w jakich starzono materiał na jego właściwości. Posłużą nam do tego wyniki prób twardości i rozciągania statycznego przeprowadzone dla próbek PA6 poddanych różnym obróbkom cieplnym.

Wyniki badań

Pierwsza seria badań zakładała wygrzewanie rozpuszczające próbek PA6 przez 30 minut. Następnie próbki schłodzono w różnych warunkach i dwie z próbek chłodzonych w wodzie poddano starzeniu w temperaturze 180°C. Wyniki pomiaru twardości zawiera tabela 1.

Lp.	Stan próbki	Twardość			Twardość średnia	Twardość średnia [HV]
		1	2	3
1	wyjściowy	74 HRB	75 HRB	75 HRB	75 HRB	140
2	chłodzona w powietrzu	19 HRC	21 HRC	20 HRC	20 HRC	240
3	chłodzona w wodzie	100 HRB	101 HRB	103 HRB	101 HRB	255
4	starzona 15 min.	21 HRC	23 HRC	24 HRC	23 HRC	255
5	starzona 30 min.	51 HRC	53 HRC	50 HRC	51 HRC	530

Tabela 1. Twardość próbek

Druga seria badań polegała na analizie wykresów statycznego rozciągania próbek. Wyznaczyliśmy z nich umowną granicę sprężystości R_0,2, wytrzymałość na rozciąganie R_m, wydłużenie równomierne A_r i wydłużenie pięciokrotne A₅. Wyniki pomiarów zawiera tabela 2.

Otrzymane dane można także opracować w postaci wykresów.

Lp.	Parametry starzenia	R0,2 [MPa]	Rm [MPa]	A5 [%]	Ar [%]
1	Przesycona, nie starzona	71,6	190	27,3	27,3
2	100°C/15 min.	137,6	238	26,5	21
3	100°C/30 min.	139,3	250	25	10
4	100°C/60 min.	137,3	246,7	23,5	19,5
5	100°C/90 min.	125,3	232,7	27,9	23,5
6	100°C/120 min.	127,3	234,8	32	26,2
7	100°C/8 h	129	235	29	22
8	100°C/12 h	129,3	236,7	27,5	21,3
9	180°C/15 min	130	245	25,2	21,3
10	180°C/30 min.	145	260	27,8	20,2
11	180°C/60 min.	155,8	261	25,9	20,4
12	180°C/90 min.	169,2	262,7	25,2	18,6
13	180°C/2 h	183	268	25	18
14	180°C/4 h	211	253	13	6,8
15	180°C/6 h	199	247	11,5	6,5

Tabela 2. Współczynniki wytrzymałościowe próbek w zależności od parametrów starzenia