Univerzitet u Novom Sadu
Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“
Zrenjanin
Inženjerski materijali
-Seminarski rad-
SUPERPLASTIČNE LEGURE
Mentor:
Student:
Prof. dr.Slobodan Stojadinović
Tatjana Prokopenko
Industrijsko Inženjerstvo
8/09-03
u Zrenjaninu 2012.
1
SADRŽAJ:
UVOD
......................................................................................................................................3 str.
1.TEORIJSKI DEO
................................................................................................................4str.
2.GRAFIČKI DEO
.................................................................................................................6str.
3.ANALITIČKI DEO
............................................................................................................13str.
4.ZAKLJUČAK
.....................................................................................................................15str.
5.LITERATURA
....................................................................................................................16str.
2
1. TEORIJSKI DEO
Dvadesetih i tridesetih godina prošlog veka u Engleskoj započinje istraživanje superplastičnosti kada je primećena
neuobičajena duktilnost eutektičke legure Zn-Al-Cu te isto takovo ponašanje eutektičkih legura Pb-Zn i Bi-Zn. Nakon
II.svedskog rata započeto je istraživanje ovog fenomena na legurama Al-Zn, a početkom 70-ih u celom se svetu počinje
istraživati superplastičnost u tehnološkoj primeni. Cilj ovih istraživanja je ustanovljavanje proizvodnih uslova pod kojima
se može oblikovati materijal u Superplastično stanju.
U nauci o materijalima superplastičnost podrazumeva stanje u
kojem se čvrsti kristalini materijal može deformisati više od njegove uobičajene tačke loma, obično više od 200% (i do
1000%). Takvo stanje obično se postiže na visokoj temperaturi kod eutektičkih ili eutektoidnih legura, obično na polovini
temperature topljenja. Sprečavanje stvaranja izrazite kontrakcije kod povećanih izduženja pripisuje se jakoj zavisnosti
naprezanja plastičnog tečenja i brzine deformacije. Ova zavisnost utiče tako da kod porasta brzine deformacije stalno
raste očvršćavanja pa zbog toga nema daljnje kontrakcije. Pojava superplastičnosti karakteristična je za vrlo male brzine
deformacije.
Ako promene koje se javljaju pri plastičnoj deformaciji posmatramo u atomarnim dimenzijama, onda se mogu definisati
pet osnovnih mehanizama plastične deformacije:
1.klizanje
2.Dvojnikovanje
3.Uspinjanje-spuštanje dislokacija
4.Klizanje po granicama zrna
5.Difuziono plastično popuštanje[2]
Kada se analizira naprezanje u tački, deformacija se definiše kao promena relativnog položaja čestica tela.Deformacija
tela određuje se s obzirom na vrstu deformacije , i obično se obrađuje dvodimenzionalna deformacija.
Na slici 1 dolazi do kontrakcije ili skraćivanja dužine kao rezultat primene naprezanja vertikalnog na donju i gornju ravnu
ploču tela. Uobičajen naziv za ovu vrstu deformacije je normalna deformacija, jer nastaje kao posledica normalnog
naprezanja , a koriste se i nazivi 'prirodna deformacija '(eng. natural deformation) ili' produženje '(eng.elongation).
Superplastično ponašanje karakterizovano je eksponentom m koji je određen relacijom:
Neki materijali razvijeni za superplastično oblikovanje:
a) bizmut-kalaj (200% istezljivosti
b) cink-aluminijum
c) titan (Ti-6Al-N)
d) aluminijum (2004, 2419, 7475)
e) aluminijum-litijum (2090, 2091, 8090)
f) nerđajući čelik (2205 serije)
Superplastično oblikovanje je danas najčešće u svojoj primeni kao proces oblikovanja lima.Odvija se u skladu s teorijom
superplastičnosti, što znači da istezljivost korištenog materijala (metala) iznosi više od 100%.Kako bi se omogućilo
superplastično oblikovanje, materijal mora imati vrlo malu veličinu kristalnog zrna (obično se radi o veličini zrna manjoj
od 20 μm). On se tada zagreva, titan na temperaturu oko 900 ° C, aluminijum na temperaturu između 450 ° C i 520 ° C.
Glavne prednosti superplastičnog oblikovanja je proces koji se odvija u jednoj fazi.
[2]
4
Njegove prednosti su:
a) Može se koristiti za oblikovanje kompleksnih komponenti na oblik koji je vrlo blizak konačnoj dimenziji.
b) Povećana istezljivosti materijala
c) Eliminacija suvišnih spojeva i zavara
d) Smanjenje naknadne potrebe za obradom
e) Minimizacija količine škarta.
Upotreba:
a) Proces se učestalo koristi u avioindustriji kao način proizvodnje vrlo kompleksnih geometrija
b) U automobilskoj industriji za delove karoserija
c) U oblikovanju polimernih materijala
d) Za oblikovanje složenih delova kao što su okviri prozora te sedišta. [2]
Nijedan material nije prodro tako brzo u grane industrije kao plastični material:od široke potrošnje za ličnu upotrebu do
najviših tehničkih dostignuća.Danas,oko 30 % proizvodnje polimera koristi se kao konstrukcioni maetrijal u mašinstvu i
hemijskoj industriji,oko 25 % u građevinarstvu,20 do 25 % za izradu ambalaže za pakovanje,a 20 do 25 % koristi se u
ostalim oblastima.
Primena polimernih materijala u mašinstvu omogućava dobra eksploataciona svojstva,neznatni šum pri radu,visoku
produktivnost rada pri izradi delova,malu masu i niske troškove pri radu. [1]
Polimerni materijali koriste se kao : toploizolacioni , elektroizolacioni , radiotehnički , frikcioni , antifrikcioni ,
konstrukcioni materijali za izradu delova , za izradu odgovarajućih delova u kosmičkoj tehnici , avioindustriji ,
automobilskoj industriji. [1]
Plastični (polimerni) materijali sastoje se od molekulskih lanaca (koji sadrže ugljenik) ili prostornih mreža.
Prostorna mreža je skup tačaka u prostoru od kojih svaka ima svoju identičnu okolinu.Imaju različitu čvrstoću i
plaastičnost.Neki su dobri izolatori.Plastični (polimerni) materijali imaju malu gustinu i relativno nisku temperaturu
razlaganja. [1]
Super plastičnost je svojstvo metalnih materijala da se može plastično deformisati do veoma velikih stepena deformacije
reda veličine 1000 % a da se ne razori , pri čemu treba da budu za taj materijal ispunjeni sledeći uslovi:
a) Da stvarno naprezanje (
)
pokazuje sposobnost od brzine deformacije (
)
što je definisano jednačinom
pri datom stepenu i temperaturi deformacije[1]
Gde je
m parametar , poznat kao osetljivost na brzinu deformacije
k je konstanta proporcionalnosti
Indeks m je mali , a sa porastom temperature povećava se i inad polovine apsolutne temperature topljenja metala i
iznosi 0,1 do 0,2.
Kada je m=1 onda je napon direktno proporcionalan brzini deformacije i materijal pokazuje viskozno
ponašanje.Ovakvi materijali se mogu deformisati do velikog stepena deformacije , pre nego što dođe do prekida.
Kod superplastićnih materijala , brzina deformacionog ojačavanja je mala. [1]
b) Da temperatura bude veća od 0.5 Tt (temperatura topljenja)
c) Da osetljivost na brzinu deformacije bude veća od 0.3 [1]
5
