Spis treści

METODY DUŻEGO ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO SPD ..................................................................................... 2
PRZECISKANIE PRZEZ KANAŁ KĄTOWY ECAP ........................................................................................................... 2
SKRĘCANIE POD WYSOKIM CIŚNIENIEM HPT .......................................................................................................... 2
METODA CYKLICZNEGO WYCISKANIA SKRĘCAJĄCEGO CWS ................................................................................. 3
CYKLICZNE WALCOWANIE MATERIAŁU WIELOWARSTWOWEGO ARB ................................................................. 3
CERAMIKA INŻYNIERSKA .............................................................................................................................................. 4
STOPY ALUMINIUM DO PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ.................................................................................................. 4

Umacnianie wydzieleniowe ........................................................................................................................................ 4

POWŁOKI CYNKOWE ...................................................................................................................................................... 5

Cynkowanie ogniowe: ................................................................................................................................................ 5
Powłoki galwaniczne .................................................................................................................................................. 5

STALE SPAWALNE MIKROSTOPOWE ........................................................................................................................... 6

METODY DUŻEGO ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO SPD

(ang. severe plastic deformation)

to grupa technik polegających na przekształcaniu struktury mikrometrycznej materiałów, w
strukturę ultradrobną UFG (wielkość ziaren 500-100 nm) i nanometryczną (wielkość ziaren <100
nm) poprzez reorganizację struktury dyslokacyjnej, wytwarzanej podczas odkształcenia
plastycznego. Po przekroczeniu odkształcenia krytycznego pasma ścinania, komórki i ścianki

dyslokacyjne ulegają przegrupowaniu. Dodatkowo zmniejszają się odległości między granicami
ziaren, a ich kąt dezorientacji powiększa się. Końcowym produktem jest nanokrystaliczna struktura
zawierająca ziarna z granicami szerokokątowymi. Dla każdego materiału występuje

charakterystyczna, minimalna wielkość ziarna możliwa do osiągnięcia poprzez rozdrobnienie
struktury metodami SPD. Wielkość jest zależna od skłonności materiału do anihiliacji defektów
generowanych podczas odkształcenia (głównie dyslokacji) oraz szybkości procesów zdrowienia i

rekrystalizacji.

PRZECISKANIE PRZEZ KANAŁ KĄTOWY ECAP

(ang. equal channel angular pressing) - technika

polegająca na wielokrotnym przeciskaniu materiału przez kanał kątowy o określonej geometrii
(dzięki temu próbka nie doznaje zmian kształtu w trakcie procesu). Element odkształca się w wyniku
wystapienia naprężeń ścinających w obszarze zagięcia kanału. Energia odkształcenia
zmagazynowana w materiale zależy od liczby przeciskań i krzywizny przecinających się kanałów.
Odkształcanie tą metodą może być przeprowadzane według czterech schematów odkształcania. W
pierwszym położenie próbki nie zmienia się podczas kolejnych cykli. W drugim próbkę po każdym
cyklu obraca się wokół jej osi o kąt 90°, a w trzecim o kąt 180°. Ostatnią zmianą położenia jest
obrót o 270°. Materiały odkształcane za pomocą metody ECAP charakteryzują się ultradrobną i
nanokrystaliczną strukturą (średnia wielkość ziaren 50-500 nm) oraz dużym udziałem granic ziaren
szerokokątowych. Głównymi materiałami obrabianymi ową metodą są tytan, żelazo, magnez, nikiel,
glin, miedź i stopy wymienionych metali.

Zalety ECAP-u:
- bardzo duże naprężenie uplastyczniające może być wywołane w materiale bez zmiany jego
kształtu,
- odkształcenie jest jednakowe i równomierne rozłożone w całym obrabianym materiale,
- materiał obrabiany nie uzyskuje porowatości wtórnej,
- wielkości obrabianych elementów są ograniczane tylko i wyłącznie przez geometrię matrycy i
wydajność prasy,
- naprężenia rozciągające pojawiają się na niewielkich obszarach materiału obrabianego.

Wady:
- matryca ze względu na ogromne naprężenia w narożu kanałów musi być często wymieniana,
- metoda może być wykorzystana tylko do rozdrobnienia struktury materiałów wykazujących dobrą
odkształcalność na zimno (głównie metali, niektórych faz międzymetalicznych),
- nie jest możliwe osiągnięcie minimalnych średnic ziaren dla materiałów obrabianych.

SKRĘCANIE POD WYSOKIM CIŚNIENIEM HPT

(ang. high pressure torsion) - technika

polegająca na jednoczesnym skręcaniu i ściskaniu materiału pod wysokim ciśnieniem. Element
odkształca się przez ścinanie w warunkach ciśnienia quasihydrostatycznego. Najważniejszymi
parametrami metody jest ilość skręceń oraz wartość ciśnienia wywieranego na dysk. W centralnej
części dysk nie odkształca się. Odkształcenie pojawia się i zwiększa się liniowo wraz ze wzrostem
odległości od środka. Grubość dysku pod wpływem odkształcenia i ciśnienia zmniejsza się. Materiały
odkształcane za pomocą metody HPT charakteryzują się nanokrystaliczną strukturą (najsilniejsze
rozdrobnienie wśród technik SPD). Przemysłowo technika stosowana jest głównie do odkształcania
glinu i jego stopów.

Zalety:
- metoda dobrze poznana i przewidywalna,
- podczas procesu występuje tylko czyste naprężenie ścinające,
- możliwe jest odkształcenie materiałów kruchych i bardzo wytrzymałych,
- istnieje wiele niezależny parametrów, które można zmieniać,
- możliwe jest odkształcanie w podwyższonej temperaturze,
- możliwe jest uzyskanie minimalnych średnic ziaren dla wiekszości materiałów.

Wady:
- produktem końcowym jest obiekt o niewielkich rozmiarach,
- wymagane jest zachowanie dokładnej tolerancji wymiarowej kowadeł; każda nierówność
powoduje, że dysk nie będzie odkształcał się poprawnie (np. materiał dysku wypłynie do porów i
nierówności),
- rozdrobnienie struktury nie jest jednorodne w całej objętości materiału.

METODA CYKLICZNEGO WYCISKANIA SKRĘCAJĄCEGO CWS

Polega na łączeniu procesów wyciskania i spęczania w jednym cyklu odkształcenia. Próbka
umieszczona jest w specjalnie ukształtowanej matrycy składającej się z dwóch komór przedzielonych
"zwężką" , czyli pierścieniem o mniejszej średnicy przekroju. Odkształcenie następuje przez cykliczne

przeciskanie przez zwężenie górnej części komory matrycy do dolnej części przez stempel górny.
Stempel ściska próbkę, zapewniając zachowanie jej kształtu i wymiarów. Metoda ta umożliwia
uzyskanie dowolnie dużych odkształceń w próbkach o małej objętości z zachowaniem pierwotnych

kształtów. Odkształcenie zachodzi w obecności wszechstronnych naprężeń ściskających, dzięki
czemu zachowana jest pełna ciągliwość materiału.

CYKLICZNE WALCOWANIE MATERIAŁU WIELOWARSTWOWEGO ARB

(ang. accumulative

roll bonding) - technika polegająca na wielokrotnym walcowaniu blach. W procesie blacha jest
przecinana, a jej powierzchnie odtłuszczane i czyszczone. Materiał jest następnie składany i
poddawany ponownemu walcowaniu. Nadanie dużego odkształcenia doprowadza do zespolenia
blach oraz rozdrobnienia struktury. Podstawowymi parametrami procesu są temperatura, prędkość
obrotowa i geometria walców, wielkość wsadu. Między składane blachy można wprowadzać inny
materiał (np. cząstki metaliczne). Materiały odkształcane za pomocą metody ARB charakteryzują się
ultradrobną i nanokrystaliczną strukturą (średnia wielkość ziaren 50-500 nm). Obecnie nadal jest to
metoda jedynie wykorzystywana eksperymentalnie. Najczęściej przerabia się nią glin i jego stopy.

Zalety:
- jedyna metoda z rodziny SPD pozwalająca na ciągłą produkcję materiałów o dużej objętości,
- między składane blachy można wprowadzać inne materiały, w różnych kształtach (np.
drobnodyspersyjne cząstki),
- charakteryzuje się dużo większym stopniem przerobu, niż klasyczne przeróbki walcownicze,
- wsad może być wstępnie podgrzany,
- może być łatwo zaadaptowana do już istniejących walcowni.

Wady:
- dla dużych wartości odkształcenia i wysokiej temperaturze produkt końcowy charakteryzuje się
słabymi własnościami wytrzymałościowymi,
- często pojawiają się pęknięcia na krawędziach materiału,
- dla niektórych materiałów zmniejszenie grubości blach nie jest jednorodne

CERAMIKA INŻYNIERSKA

Ceramika inżynierska (specjalna) — materiały wytworzone w wyniku spiekania w wysokiej
temperaturze (~1500÷2100°C) z bardzo czystych, syntetycznych, drobnoziarnistych proszków
(wielkość ziaren poniżej 1μm), bez udziału fazy szklistej, z takich związków jak: tlenki, węgliki,
azotki, borki, fosforki i złożone związki na ich osnowie.
W zalenożci od typu związku ceramikę inynierską dzieli się na: tlenkową, azotkową, wglikową,
borkową.

STOPY ALUMINIUM DO PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle do ok. 5% pierwiastków stopowych, najczęściej Cu,
Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Niektóre z tych stopów są stosowane w stanie
zgniecionym lub po wyżarzaniu rekrystalizującym, a część jest poddawana obróbce cieplnej

polegającej na utwardzaniu wydzieleniowym (rys. 7.3). Odkształceniu plastycznemu, przy
zachowaniu specjalnych warunków, można także poddawać stopy aluminium o stężeniu dodatków
stopowych większym niż 5%.

Sposób oznaczania stopów aluminium do obróbki plastycznej jest podobny do stosowanego dla
czystego metalu, z tym że po znaku EN AW-Al podaje się symbole głównego i innych dodatków
stopowych, a po symbolach – liczby oznaczające średnie nominalne stężenie głównego i

drugorzędnego składnika, np. EN AW-Al- Cu5,5MgMn. Odmiany stopu są oznaczane dodatkową
literą na końcu, np. EN AW-AlMg0,7Si(A). Po oznaczeniu stopu można podać skrócony symbol stanu
obróbki plastycznej lub cieplnej (według PN-EN 515:1996).

Umacnianie wydzieleniowe

Polega na utwardzeniu stopu dyspersyjnymi cząstkami fazy wydzielonej z przesyconego z roztworu
stałego. Jest to proces obróbki cieplnej składający się z dwóch operacji – przesycania i starzenia.

Podstawowym warunkiem procesu jest wykazanie przez stop zmniejszającej się wraz z obniżeniem
temperatury rozpuszczalności składnika stopowego w osnowie.

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury wyższej o ok. 30÷50°C od granicznej
rozpuszczalności w celu rozpuszczenia wydzielanego składnika w roztworze stałym, wygrzaniu w tej
temperaturze i następnie szybkim chłodzeniu. W wyniku przesycania stop uzyskuje strukturę
jednofazową. Szybkość oziębiania powinna być większa od krytycznej szybkości rozpadu roztworu
stałego.

Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury niższej od granicznej
rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. W czasie starzenia następuje
wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze, w postaci
faz o wysokiej dyspersji. Starzenie powoduje umocnienie, przejawiające się zwiększeniem własności
wytrzymałościowych i zmniejszeniem własności plastycznych. Przebieg starzenia – jako procesu
dyfuzyjnego – zależy od czasu i temperatury. Podział:

a) samorzutne (tylko w niektórych stopach; temperatura pokojowa - 20-100°C);
b) przyspieszone (temperatura powyżej 100°C i poniżej T granicznej rozpuszczalności)

POWŁOKI CYNKOWE

Powłoki o charakterze protektorowym (anodowe) – zapewniają ochronę katodową metalu podłoża.
Powłoki anodowe mają niższy potencjał elektrochemiczny niż podłoże. W przypadku uszkodzenia
powłoki niszczeniu ulegnie powłoka a nie materiał podłoża.

Cynkowanie ogniowe:

1. Obróbka strumieniowo-ścierna - mechaniczne usunięcie niejednorodności przylegających do

powierzchni cynkowanego przedmiotu.

2. Odtłuszczanie
3. Trawienie - Pozwala ono na skuteczne usunięcie substancji niemetalicznych (tj.: rdza,

zgorzelina i inne produkty korozji) powstałych podczas walcowania i wyżarzania elementów
konstrukcyjnych. Najbardziej popularnym sposobem trawienia jest kąpiel w kwasie solnym.

4. Topnikowanie - polega na zanurzeniu elementów stalowych w roztworze wodnym chlorku

cynku i chlorku amonu, celem zapewnienia prawidłowego przebiegu reakcji chemicznych
zachodzących podczas cynkowania. Zadaniem topników jest oczyszczenie powierzchni
stalowych ze śladowych ilości tlenków, co skutecznie minimalizuje ryzyko utlenienia stali
przed jej wprowadzeniem do płynnej kąpieli cynkowej

5. Suszenie w temperaturze 120°C-150°C.

6.

Cynkowanie - zanurzenie uprzednio przygotowanej stali w kąpieli stopionego cynku o
temperaturze 445°C-455°C. Na drodze dyfuzji powstaje powierzchniowy stop żelazo-cynk
zawierający różny stosunek obydwu składników. Ogniowa powłoka cynkowa po ostudzeniu
w wodzie

cechuje się wysoką odpornością mechaniczną i estetycznym wyglądem.

Powłoki galwaniczne
Technologia nakładania powłok galwanicznych obejmuje:
- przygotowanie powierzchni podłoża;
- elektrolityczne nakładanie powłoki;
- obróbkę wykańczającą;
Powłoki galwaniczne wymagają bardzo starannego przygotowania powierzchni metalu podłoża do
elektrolizy, tj. oczyszczenia mechanicznego, odtłuszczenia, trawienia oraz dotrawiania,
przeprowadzonego bezpośrednio przed nałożeniem powłoki w celu usunięcia warstwy tlenków.

Pomiędzy kolejnymi operacjami przygotowania przedmiotu należy stosować płukanie, aby uniknąć
przenoszenia składników poszczególnych kąpieli. Przedmioty do pokrywania galwanicznego powinny
być całkowicie wykończone pod względem obróbki mechanicznej posiadać odpowiednie wymiary i
wymagany stopień gładkości powierzchni i krawędzi. Odpowiednio oczyszczone, odtłuszczone i
pozbawione warstwy tlenków wyroby metalowe przeznaczone do nakładania powłok zanurzane są
w roztworze elektrolitu zawierającego jony metalu powłokowego. W czasie przepływu prądu stałego
przez elektrolit jony metalu przemieszczają się w kierunku pokrywanego podłoża (katody) i
wydzielają na nim tworząc powłokę.

STALE SPAWALNE MIKROSTOPOWE

Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości NSPW zawierają 0,02–0,2% C, zwiększoną
zawartość manganu do 2,0% oraz do 0,15% jednego lub kilku z następujących pierwiastków
(mikrododatków): Nb, V, Ti i Al. Stale te zazwyczaj mają niski poziom zanieczyszczeń, a niska
zawartość węgla zapewnia dobrą spawalność. Pierwiastki mikrostopowe wpływaj ą na wielkość
ziarna austenitu stali nagrzanej do walcowania, na przebieg rekrystalizacji podczas walcowania,
przebieg przemiany γ → α, oraz powoduj ą umocnienie wydzieleniowe.