PL211187B1

PL211187B1 - Sposób sporządzania próbek przeznaczonych do badań mechanicznych monokwazikryształów techniką jednoosiowego rozciągania

Info

Publication number: PL211187B1
Application number: PL384333A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Bogdanowicz
Original assignee: Univ Śląski W Katowicach
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2012-04-30
Also published as: PL384333A1

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211187 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 384333 ^{(51) Int.Cl.}

C22C 21/12 (2006.01) C30B 11/00 (2006.01) C23C 4/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 28.01.2008

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

(54)	Sposób sporządzania próbek przeznaczonych do badań mechanicznych monokwazikryształów techniką jednoosiowego rozciągania
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.08.2009 BUP 16/09	(73) Uprawniony z patentu: UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KATOWICACH, Katowice, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku:
	30.04.2012 WUP 04/12	WŁODZIMIERZ BOGDANOWICZ, Bytom, PL

PL 211 187 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu sporządzania próbek stopu aluminiowo-miedziano-kobaltowego Al-Cu-Co, z przeznaczeniem do badań mechanicznych monokwazikryształów techniką jednoosiowego rozciągania.

Kwazikrysztaly, jako materiały konstrukcyjne wyróżniają się szeregiem bardzo użytecznych właściwości. Ich dynamiczny współczynnik tarcia jest bardzo niski, porównywalny ze współczynnikiem teflonu. Natomiast stabilność temperaturowa struktury jest znacznie wyższa.

Kwazikryształy są stabilne nawet w temperaturze 800 -900°C i dodatkowo są odporne na ścieranie i korozję. Dlatego mogą być wykorzystywane, jako wysokotemperaturowe materiały frykcyjne, mogące znaleźć zastosowanie w elementach silników spalinowych.

Podstawową trudnością zastosowania materiałów kwazikrystalicznych jest ich kruchość, utrudniająca kształtowanie z nich wyrobów i ich eksploatację. Aby rozwiązać ten problem niezbędne jest poznanie mechanizmu i systemów poślizgu plastycznego odkształcenia tych materiałów. Badania takie muszą być prowadzone na monokwazikryształach. Dotychczas wykonywano jedynie badania ich systemów poślizgu w próbie ściskania [K. Edagawa, S. Ohta, S. Takeuchi, E. Kabutoya, J. Q. Guo, A. P. Tai, Mater. Sci. Eng. 294-296 (2000) 748].

Próby rozciągania wiążą się z dużymi trudnościami mocowania w urządzeniach do rozciągania, gdyż monokwazikryształy są bardzo kruche.

Z polskiego zgł oszenia patentowego P-382618 „Sposób otrzymywania dwu-blokowych monokwazikryształów o wysokiej stabilności i doskonałości strukturalnej” znany jest sposób uzyskania płytkowych monokwazikryształów. Próbki do rozciągania przygotowane z nich, będące w całości monokwazikrysztaliczne, nie można jednak poddawać badaniom właściwości mechanicznych przy jednoosiowym rozciąganiu, ponieważ ulegają one pękaniu w obszarach mocowania do urządzenia rozciągającego.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest stworzenie sposobu kształtowania płytkowych próbek, których budowa mikrostrukturalna eliminuje ich pękanie w obszarach mocowania w urządzeniu rozciągającym, umożliwiając przy tym przeprowadzanie badań właściwości mechanicznych monokwazikryształów poprzez próbę jednoosiowego ich rozciągania.

Sposób sporządzania ze stopów Al-Cu-Co próbek przeznaczonych do badań mechanicznych monokwazikryształów techniką jednoosiowego rozciągania, zgodnie z niniejszym wynalazkiem polega w swej istocie na tym, ż e ze stopu aluminio-miedziano-kobaltowego w postaci pł ytki o skoś nym zakończeniu wykonuje się w pierwszej fazie metodą nachylonego frontu krystalizacji płytkę kształtującą próbkę, składającą się z czterech części, z początkowej części o skośnym zakończeniu, ze środkowej górnej monokwazikrystalicznej części, ze środkowej dolnej kompozytowej części oraz z końcowej kompozytowej części, w drugiej fazie odcina się metodą elektroiskrową część o skośnym zakończeniu i wykonuje się stopienie części próbki o długości h i grubości d w temperaturze od 1300°C do 1500°C, korzystnie 1400°C i poddaje się ją kierunkowej krystalizacji aż z tej części powstanie kompozyt, w trzeciej fazie usuwa się metodą elektroiskrową całą dolną warstwę kompozytową i z pozostałej warstwy wykonuje się próbkę do jednoosiowego rozciągania z przewężeniem i z obustronnymi kompozytowymi uchwytami oraz z otworami do zakładania sworzni urządzenia rozciągającego.

W pierwszej fazie procesu wykorzystuje się stop, którego temperatura topienia jest o 5 do 15°C, korzystnie o 10°C niższa od temperatury perytektycznej.

W fazie drugiej procesu krystalizację stopionej części próbki prowadzi się z prędkością nie większą niż 1 mm/h, korzystnie 0,3 mm/h.

Takim sposobem można otrzymać płytkowe próbki stopów Al-Cu-Co, dla których w wyniku dużej wytrzymałości kompozytowych uchwytów eliminuje się ich pękanie, tak że staje się możliwe wykonanie próby jednoosiowego rozciągania monokwazikrystalicznego materiału znajdującego się w przewężeniu próbki. Pozwala to na jednoznaczne określenie mechanizmu i systemów poślizgu plastycznego odkształcenia kwazikryształów, niezbędne do projektowania procesów kształtowania wyrobów z nich.

Sposób stanowiący przedmiot niniejszego wynalazku jest przykładowo szczegółowiej opisany niżej na podstawie rysunku, którego fig. 1 przedstawia wyjściowy kształt płytki wsadowej o skośnym zakończeniu, która jest poddawana topieniu i następnej krystalizacji metodą nachylonego frontu krystalizacji, fig. 2 - płytkę kształtującą próbkę z wyznaczeniem obszarów rozwarstwienia powstałych po zakończeniu procesów przebiegających w pierwszej fazie, fig. 3 - próbkę częściowo ukształtowaną w drugiej fazie procesu, a fig. 4 - przedstawia ostateczny kształt próbki nadany w trzeciej fazie procesu.

PL 211 187 B1

W pierwszej fazie procesu wykonuje się metodą nachylonego frontu krystalizacji płytkę kształtującą próbkę. W metodzie tej stop Al-Cu-Co w postaci płytki wsadowej PO o skośnym zakończeniu P jej początkowej części (fig. 1) jest stapiany w temperaturze 1400°C, a następnie poddawany kierunkowej krystalizacji z prędkością 0,6 mm/h. Podczas krystalizacji jej front krystalizacji przemieszcza się wzdłuż osi próbki w kierunku strzałki X. Skład chemiczny stopu, z którego wykonuje się płytkę wsadową powinien być zbliżony do składu perytektycznego, na przykład: Al - 67% at., Cu -17,5% at.. Co - 15,5% at.

Próbka poddana krystalizacji tą metodą składa się z czterech części: początkowej monokwazikrystalicznej o skośnym zakończeniu P, długości P i grubości d (fig.2), środkowej części monokwazikrystalicznej SQ o długości S i grubości a, środkowej kompozytowej części SK o długości S i grubości b oraz końcowej kompozytowej części KK o długości K i grubości d. Części kompozytowe składają się z kompozytu słupkowego o osnowie metalicznej, o istotnie większej granicy plastyczności niż kwazikrystaliczne jej zbrojenie. Zbrojenie w tych częściach stanowią słupki kruchej i bardzo twardej fazy kwazikrystalicznej. Słupki te są ułożone w kierunku krystalizacji.

W drugiej fazie odcina się metodą elektroiskrową skośne zakończenie P (fig. 2), a następnie wykonuje się stopienie części próbki o długości h (fig. 2, fig. 3) i kolejne jej kierunkowe krzepnięcie. W wyniku tego w części próbki H powstaje kompozyt o osnowie krystalicznej, zbrojony słupkowymi wydzieleniami fazy kwazikrystalicznej. Obszar monokwazikrystaliczny SQ1 ma po zakończeniu drugiej fazy długość P_w i grubość a (fig. 3).

W trzeciej fazie usuwa się metodą elektroiskrową całą dolną warstwę kompozytową o grubości b (fig. 3), a następnie wykonuje się przewężenie PW (fig. 4) o długości P_w, ścieniając część SQ1 próbki do grubości c i szerokości e oraz wykonuje się otwory H3 na sworznie urządzenia rozciągającego. W ten sposób w przewężeniu próbki pozostaje monokwazikryształ (fig. 4) o wyznaczonej długości P_w, grubości c i szerokości e, połączony z kompozytowymi uchwytami H1 i H2, odpornymi na pękanie.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sporządzania próbek przeznaczonych do badań mechanicznych monokwazikryształów techniką jednoosiowego rozciągania, znamienny tym, że ze stopu aluminio-miedziano-kobaltowego w postaci płytki (PO) o skośnym zakończeniu (P) wykonuje się w pierwszej fazie metodą nachylonego frontu krystalizacji płytkę kształtującą próbkę, składającą się z czterech części, z początkowej części o skośnym zakończeniu (P), ze środkowej górnej monokwazikrystalicznej części (SQ), ze środkowej dolnej kompozytowej części (SK) oraz z końcowej kompozytowej części (KK), w drugiej fazie odcina się metodą elektroiskrową część o skośnym zakończeniu (P) i wykonuje się stopienie części próbki o długości (h) i grubości (d) w temperaturze od 1300°C do 1500°C, korzystnie 1400°C, i poddaje się ją kierunkowej krystalizacji aż z tej części powstanie kompozyt, w trzeciej fazie usuwa się metodą elektroiskrową całą dolną warstwę kompozytową o grubości (b) i z pozostałej warstwy o grubości (a) wykonuje się próbkę z przewężeniem (PW) i z obustronnymi kompozytowymi uchwytami (Hi) i (H?) oraz z otworami (H3).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszej fazie wykorzystuje się stop, którego temperatura topienia jest o 5 do 15°C, korzystnie o 10°C niższa od temperatury perytektycznej.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w drugiej fazie procesu krystalizację stopionej części próbki o długości (h) i grubości (d) prowadzi się z prędkością nie większą niż 1 mm/h, korzystnie 0,3 mm/h.