Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The effect of high-pressure plastic forming on the structure and strength of AA5083 and AA5754 alloys intended for fasteners

Kulczyk M., Skiba J., Pachla W., Smalc-Koziorowska J., Przybysz S., Przybysz M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 4

903--911

EN

The presented results describe the effect of severe plastic deformation on the structure and mechanical properties of AA5083 and AA5754 alloys. Both materials were subjected to single hydrostatic extrusion (HE) and cumulative hydrostatic extrusion in the case of AA5083 and a combination of plastic deformation by equal-channel angular pressing (ECAP) with the next HE for AA5754. After the deformation, both alloys featured a homogeneous and finely divided microstructure with average grain size deq = 140 nm and 125 nm for AA5083 and AA5754, respectively. The selection of plastic forming parameters enabled a significant increase in the UTS tensile strength and YS yield stress in both alloys – UTS = 510 MPa and YS = 500 MPa for alloy AA5083 after cumulative HE, and 450 MPa and 440 MPa for alloy AA5754 after the combination of ECAP and HE, respectively. It has been shown on the example of AA5083 alloy that after the deformation the threads of the fasteners made of this material are more accurate and workable at lower cutting speeds, which saves the cutting tools. The resultant properties of AA5083 and AA5754 alloys match the minimum requirements for the strongest Al-Zn alloys of the 7xxx series, which, however, due to the considerably lower corrosion resistance, can be replaced in many responsible structures by the AA5xxx series Al-Mg alloys presented in this paper.

2

Anisotropy of mechanical and structural properties in AA 6060 aluminum alloy following hydrostatic extrusion process

Przybysz S., Kulczyk M., Pachla W., Skiba J., Wróblewska M., Mizera J., Moszczyńska D.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2019

|

Vol. 67, nr 4

709--717

EN

The study attempts to investigate the influence of severe plastic deformation (SPD in the hydrostatic extrusion (HE) process on the anisotropy of the structure and mechanical properties of the AA 6060 alloy. Material in isotropic condition was subjected to a single round of hydrostatic extrusion with three different degrees of deformation (ε= 1.23, 1.57, 2.28). They allowed the grain size to be fragmented to the nanocrystalline level. Mechanical properties of the AA 6060 alloy, examined on mini-samples, showed an increase in ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS) as compared to the initial material. Significant strengthening of the material results from high grain refinement in transverse section, from »220 μm in the initial material to »300 nm following the HE process. The material was characterized by the occurrence of structure anisotropy, which may determine the potential use of the material. Static tensile tests of mini-samples showed »10% anisotropy of properties between longitudinal and transverse cross-sections. In the AA6060 alloy, impact anisotropy was found depending on the direction of its testing. Higher impact toughness was observed in the cross-section parallel to the HE direction. The results obtained allow to analyze the characteristic structure created during the HE process and result in more efficient use of the AA 6060 alloy in applications.

3

Friction Weldability of UFG 316L Stainless Steel

Skowrońska B., Chmielewski T., Pachla W., Kulczyk M., Skiba J., Presz W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 3

1051--1058

EN

The broad range applications of Ultra-Fine Grained metals is substantially limited by the lack of a welding method that allows them to be joined without losing the strong refinement of structure. From this point of view, the solid state welding processes are privileged. Friction welding tests were carried out on UFG 316L stainless steel. A joining process at high temperature activates the recrystallization, therefore the friction welding parameters were selected according to the criterion of the lowest degree of weakness due to recrystallization in the heat affected zone. In order to characterize the structure of basic material and selected areas of the obtained joint, were performed SEM, TEM and metallographic examinations in terms of hardness and range of softening of the material and tensile test. Despite the short time and relatively low welding temperature, results of the test by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy confirmed the loss of the primary ultrafine structure in the Heat Affected Zone of welded joint.

4

Zastosowanie ultrawytrzymałych materiałów po procesie wyciskania hydrostatycznego w nowoczesnych rozwiązaniach przemysłowych

Kulczyk M.

Napędy i Sterowanie

|

2018

|

R. 20, nr 2

58--63

PL

W pracy przedstawiono ogólną charakterystykę wysokociśnieniowej przeróbki plastycznej metali i stopów metali metodą wyciskania hydrostatycznego. Opisano zalety procesu ze szczególnym uwzględnieniem możliwości rozdrabniania struktury metali i stopów metali do poziomu nanometrycznego lub ultradrobnoziarnistego, skutkującego znacznym podniesieniem ich właściwości mechanicznych. Pokazano przykłady praktycznego zastosowania przerabianych plastycznie metali, tj.: stali austenitycznej 316L na elementy złączne, miedzi stopowej CuCrZr na elektrody do procesu zgrzewania punktowego oraz tytanu do zastosowania na implanty medyczne.

EN

The general characteristic of the metals and alloys plastic deformation under high pressure by hydrostatic extrusion processing is presented. The advantages of the process, with special focus on the structural grain refinement to the ultrafine and nanocrystalline grain size levels resulting in significant increase of the material strength are described. Examples of the commercial application of working materials, as the 316L austenitic stainless steel for fixing elements, the CuCrZr copper alloy for spot welding electrodes and commercial purity titanium for medical implants are demonstrated.

5

The effect of microstructure anisotropy on low temperature fracture of ultrafine-grained iron

Romelczyk-Baishya B., Łęczycki K., Płocińska M., Kulczyk M., Molak R., Pakieła Z.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1166--1182

EN

This papers deals with the character on low (−180 °C) temperature fracture of iron. Microcrystalline and ultrafine-grained (UFG) iron rods were investigated. To obtain UFG material 20 mm in diameter iron rod was hydrostatically extruded (HE) in two steps: from 20 to 12 mm and from 12 to 8 mm. Because of microstructure anisotropy caused by HE mini-disc and mini-beam samples were cut off from perpendicular and longitudinal cross-section of the rods. Microcrystalline rod fractured in brittle manner at low temperature for both cross-sections, but in UFG iron fracture character depended on grain's shape. For samples were crack propagates parallel to the grain's elongation axis intercrystalline fracture occurred. For mini-beams were crack propagates crosswise to the grain elongation axis transcrystalline fracture occurred and force deflection curve was similar to those obtained for room temperature.

6

Zastosowanie skorup jaj kurzych jako naturalnego adsorbenta jonów metali z roztworów wodnych

Rudnik E., Kulczyk M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2017

|

R. 62, nr 9

16--21

PL

Przedstawiono wyniki adsorpcji wybranych jonów metali nieżelaznych na sproszkowanych skorupach jaj kurzych. Skuteczność działania sorbenta jest wyższa w roztworach chlorkowych niż w roztworach siarczanowych. Stwierdzono, że istnieje możliwość usunięcia ponad 70% jonów Fe(ll) i Fe(lll) z roztworu chlorkowego i ok. 55% jonów Fe(ll) i 63% jonów Cu(ll) z roztworu siarczanowego. W przypadku pozostałych jonów (Cd(ll), Co(ll), Mn(ll), Ni(ll), Zn(ll)) efektywność działania sorbenta w badanych warunkach wyniosła poniżej 50%. Niezależnie od rodzaju soli, kinetyka procesu podlega opisowi reakcji pseudo-drugiego rzędu. Sorpcja zachodzi w wyniku wymiany jonowej, a adsorbent charakteryzuje się ujemnym ładunkiem powierzchniowym.

EN

Results of adsorption ofselected non-ferrous metalś ions on powdered chickenś egg shells were presented. Effectiveness of the sorbent was hi-gher in chloride than in sulfate solutions. It was found that more than 70% Fe(ll) and Fe(lll) ions from the chloride solution and about 55% Fe(ll) and 63% Cu(ll) ions from the sulfate solution can be removed. For remaining ions (Cd(ll), Co(ll), Mn(ll), Ni(ll), Zn(ll)l adsorption efficiency was below 50%. Regardless of the salt type, kinetics of the process is described by pseudo-second order reaction eąuation. Sorption occurs by ion exchange and the adsorbent is characterized by a negatiwe surface charge.

7

The effect of deformation degree on the microstructure of the 6060 aluminium alloy

Koralnik M., Adamczyk-Cieślak B., Kulczyk M., Mizera J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 85, nr 2

80--85

EN

Purpose: All results obtained in the present study allowed to analyse the changes in the microstructure and texture of the commercial 6060 aluminium alloy, after deformation process by severe plastic deformation. There were compare two deformation degree samples received by cumulative hydrostatic extrusion. Design/methodology/approach: The samples of the 6060 alloy were subjected to a onepass and three-passes extrusion process and next the age hardening. The microstructure changes were investigated by using transmission and scanning electron microscopy. To study the texture evolution the X-ray diffraction were made. Findings: The microscopic observations results presented the refinement of microstructure as a result of deformation process. The evolution of fibrous character of texture was observed. There were noted the disappearance of fibrous component <100> during subsequent deformation processes and generation the fibrous component <111> after high deformation degree. In addition, for each state, the presence of cubic texture component was recorded. Research limitations/implications: For the future research are planned to analyse changes in mechanical properties after hydrostatic extrusion combinate with age hardening of investigated materials. Originality/value: The paper focuses on the investigation of microstructure and texture evolution after modern method of plastic deformation.

8

Microstructure Evolution and Texture Development in a Cu-8.5%AT. AL Material Subjected to Hydrostatic Extrusion

Jakubowska D., Zdunek J., Kulczyk M., Mizera J., Kurzydłowski K. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

933--936

EN

The aim of the present paper was to investigate microstructure and texture evolution of two single crystals and polycrystal of Cu-8.5%at.Al material. All of mentioned samples were deformed by HE to achieve true strain ε = 1.17. For microstructure analyzes observations by transmission electron microscope (STEM) were done. Crystalline size for samples after SPD were determine using XRD method. The global texture measurements were done using Bruker D8 Discover diffractometer equipped in Cr radiation. Microstructure investigations revealed nanocrystalline structure in single crystals with initial orientations <110> and <100> and polycrystalline Cu-8.5%at.Al material after SPD. The global texture measurements have shown the stability of initial orientation of <100> Cu-8.5%at.Al single crystal after HE, whereas the same SPD process strongly brakes up the orientation <110> Cu-8.5%at. Al single crystal.

9

Aparatura wysokociśnieniowa do przeróbki plastycznej materiałów z dużymi odkształceniami na zimno

Pachla W., Skiba J., Kulczyk M., Przybysz M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 4

283--306

PL

Obróbka plastyczna z dużymi odkształceniami powoduje rozdrobnienie mikrostruktury materiałów co skutkuje wzrostem własności mechanicznych. Aby powstrzymać utratę spójności materiału podczas odkształcania należy zachować duże naprężenia ściskające w strefie odkształcenia. W pracy przedstawiono korzystny wpływ wysokiego ciśnienia na wzrost plastyczności i powstrzymanie pękania poprzez zastosowanie metody przeciskania przez równoosiowy kanał kątowy ECAP i wyciskania hydrostatycznego HE. Opisano konstrukcje pras, ich podstawowe osiągi i parametry procesów. Scharakteryzowano prasę do HE o średnicy 22mm do 2 GPa i stanowisko do procesu ECAP o przekroju 30mm i nacisku do 2.3 GPa, uwzględniając optymalizowanie konstrukcji z wykorzystaniem metod analitycznych opartych o teorię sprężystości i plastyczności Lame’a, oraz metodą elementów skończonych MES. Analizie poddano materiały komór roboczych i podstawowe parametry procesu. Zredukowane naprężenia węzłowe komory ECAP ze stali S600 i komory HE ze stali 45HNMFA wykazały, że wytrzymałości dla maksymalnych obciążeń nie są przekroczone. Dla stopu aluminium 6060 optymalny kąt naroża kwadratowego kanału ECAP wynosi 16º. Przedstawiono, określone metodą MES, niejednorodność odkształcenia plastycznego przy wyciskaniu hydrostatycznym kwadratowego profilu miedzi oraz obszary lokalizacji umocnienia podczas wyciskania złożonego profilu z tytanu. Opisano łatwość łączenia ze sobą obu technik SPD i jego wykorzystania w celu wzmacniania efektu rozdrabniania ziaren do rozmiarów nanometrycznych. Wykazano, ze rozdrabnianie mikrostruktury metodami deformacji pod wysokim ciśnieniem prowadzi do wzrostu wytrzymałości o ponad 70% (miedź i stop tytanu Ti grade 5) oraz granicy plastyczności powyżej 100% (stop niklu C65500 i aluminium 5483). Przedstawiono obszary możliwych zastosowań przetworzonych materiałów jak instrumentarium i implanty medyczne, elementy złączne, oprzyrządowanie spawalnicze czy rury i profile złożone.

EN

Severe plastic deformation working results in refinement of the microstructure of materials, improving their mechanical properties. To prevent loss of the material's cohesion during deformation, high compressive stresses must be maintained in the deformation zone. This article presents the beneficial use of high pressure to increase plasticity and prevent cracking, by applying the equal channel angular pressing(ECAP) and hydrostatic extrusion (HE) methods. Basic press designs, performances, and process parameters are described. The HE press, with a diameter of 22mm, up to 2 GPa and an ECAP station with a cross-section of 30mm and pressing force up to 2.3 GPa are characterized, with design optimization by means of analytical methods based on Lame's theory of elasticity and plasticity and the finite-element method (FEM). The materials of working chambers and basic process parameters are analyzed. Reduced node stresses of the ECAP chamber, made of S600 steel, and the HE chamber, made of 45HNMFA steel, show that the materials' strength is not overcome at their respective maximum loads. For the 6000 aluminum alloy, the optimal angle of the square corner of the ECAP channel is 16º. Non-uniformity of plastic deformation during hydrostatic extrusion of a square copper section and hardening areas during extrusion of titanium sections determined using FEM are presented. The ease of combining both of these SPD techniques and using them to amplify the grain refinement effect to nanometric dimensions are described. It is shown that refinement of the microstructure by highpressure deformation leads to improvement of strength by over 70% (copper and grade 5 Ti alloy) and yield point above 100% (C65500 nickel and 5483 aluminum alloys). Possible areas of application for worked materials are presented, such as surgical instruments and medical implants, fixing elements, welding tools, pipes and complex sections.

10

Hydrostatic extrusion of Al coated titanium obtained by the magnetron technique

Pachla W., Kulczyk M., Skiba J., Przybysz S., Czyżniewski A., Betiuk M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 68, nr 1

25--31

EN

Purpose: The paper synthetically presents the ideas of hydrostatic extrusion of metals in order to obtain strong refinement of their structure. It seems that modification of extruded material and the surfaces of dies may be one of the methods for limiting these adverse phenomena. The paper describes the role of lubricating the Al layer during the titanium extrusion process. Design/methodology/approach: Studies concerning this technique are conducted at The Polish Academy of Sciences Institute of High Pressure Physics. Due to strong plastic deformations (SPD), the cumulative hydrostatic extrusion (HE) process must be used, i.e. the process of step-by-step extrusion with low deformation ratio for each step, the deformations created in each step accumulate and result in strong cumulative deformation. Findings: This is because the available working pressures of extrusion presses are limited, thus limiting the maximum deformation ratio available in a single extrusion pass. This limitation is additionally sharpened by higher strength of material deformed in cold state or at low temperatures. Research limitations/implications: Due to tribological conditions existing between the extruding tool (a die) and the flowing material, the die becomes worn quickly and the finishing quality (roughness) of the extruded material surface deteriorates. Practical implications: As a result, the extruding pressure increases which has a negative impact, the machine and tooling load becomes higher and the phenomenon of abrupt outflow of the material being extruded from the extruding tool occurs, causing poor tolerances of lateral dimensions of the product. Originality/value: The process of depositing Al coatings on cylindrical surfaces of titanium material being extruded using the PA PVD technique was presented in detail. Also, the paper describes examinations of Al coating properties and structure of Grade 3 titanium in subsequent steps of hydrostatic extrusion process.

11

Precipitation strengthening of ultrafine-grained Al-Mg-Si alloy processed by hydrostatic extrusion

Chrominski W., Kulczyk M., Lewandowska M., Kurzydlowski K. J.

Zeszyty Historyczne Politechniki Warszawskiej

|

2014

|

z. 16

77--84

EN

Precipitation strengthening of an ultrafine-grained Al-Mg-Si alloy has been studied using samples obtained by hydrostatic extrusion. It has been demonstrated that the microstructure after hydrostatic extrusion consists of two types of grains: (1) nano-sized free of dislocations and surrounded with high angle grain boundaries and (2) micron-sized with dislocation substructure. After ageing at 160C, small needle-like precipitates appear in grain interiors of both nano- and micron-sized grains, bringing about a significant strength improvement. However, the precipitates are smaller than those in their coarse grained counterparts. As a consequence, they constitute weaker barriers for dislocations and induce a lower strengthening effect. In addition, one may observe intensive precipitation at nano-grains boundaries, which further reduces the strengthening effect. It was also shown that peak ageing and overageing take place for much shorter time than in the case of coarse grained samples and are caused by the grain growth rather than a change in the precipitation state.

12

Severe Plastic Deformation Induced in Al, Al-Si, Ag and Cu by Hydrostatic Extrusion

Kulczyk M., Przybysz S., Skiba J, Pachla W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

59--64

EN

The study was concerned with the effect of severe deformation induced in one pass, by hydrostatic extrusion on the properties of fine aluminum, aluminum-silicon alloy, copper and silver wires. The influence of adiabatic heating which takes place during deformation on the mechanical properties and microstructure of the wires was examined. The quality of the surface of the wires was estimated. It has been demonstrated that fine aluminum and silver wires processed by hydrostatic extrusion have very good mechanical properties and a high-quality surface.

PL

W pracy zbadano wpływ dużych odkształceń, uzyskanych w jednym procesie wyciskania hydrostatycznego na właściwości wytworzonych produktów w postaci cienkich drutów z aluminium, stopu aluminium-krzem, miedzi oraz srebra. Uwzględniono efekty grzania adiabatycznego w trakcie procesu odkształcenia i jego wpływ na własności mechaniczne oraz mikrostrukturę produktów. Ocenie została poddana także jakość powierzchni wytwarzanych drutów. Dla aluminium oraz srebra wykazano, że za pomocą procesu wyciskania hydrostatycznego można wytwarzać druty o wysokich własnościach mechanicznych oraz dobrej jakości powierzchni.

13

Microstructure and Mechanical Properties of AA5483 after Combination of ECAP and Hydrostatic Extrusion SPD Processes

Kulczyk M., Skiba J, Pachla W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

163--166

EN

Al-Mg alloys of the 5xxx series are strain hardenable and have moderately high strength, excellent corrosion resistance even in salt water, and very high toughness even at cryogenic temperatures to near absolute zero, which makes them attractive for a variety of applications, e.g. in systems exploited at temperatures as low as -270°C, and marine applications. The present study is concerned with the effect of a combination of 2 processes, which generate serve plastic deformation (SPD), equal channel angular pressing (ECAP) and hydrostatic extrusion (HE), on the microstructure and mechanical properties of an alloy that contain Al and Mg. The alloy was subjected to multi-pass ECAP followed by cumulative HE with a total true strain of 5.9. The microstructure of SPD samples was evaluated by transmission and scanning electron microscopy. The mechanical properties were determined by tensile tests and microhardness measurements. The combination of the two processes gave a uniform nanostructure with an average grain size of 70nm. The grain refinement taking place during the SPD processing resulted in the increase of the mechanical strength by 165% (YS) with respect to that of the material in the as- received state. The experiments have shown that the combination of HE and ECAP permits producing homogeneous nanocrystalline materials of large volumes.

PL

Stopy aluminium serii 5XXX (Al-Mg) umacniane odkształceńiowo charakteryzują się relatywnie wysoką wytrzymałością, bardzo dobrą odpornością korozyjną szczególnie w wodzie morskiej i bardzo wysoką odpornością udarnościową nawet w temperaturach kriogenicznych. Własności te sprawiają, że te stopy są atrakcyjne dla wielu zastosowań gdzie wymagana jest praca w niskich temperaturach, nawet do -270°C oraz praca w środowisku morskim. W przeprowadzonych badaniach określono wpływ kombinacji dwóch procesów generujących duże odkształcenia plastyczne, przeciskania przez kanał kątowy (ECAP) oraz wyciskania hydrostatycznego (HE), na mikrostrukturę i własności mechaniczne stopu 5483. Zastosowano kombinację procesu kumulacyjnego wyciskania hydrostatycznego poprzedzonego procesem ECAP z łącznym odkształceniem rzeczywistym 5.9. Badania mikrostrukturalne zostały przeprowadzone z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Własności mechaniczne określono w statycznej próbie rozciągania oraz pomiarach mikrotwardości. Kombinacja obu procesów pozwoliła uzyskać materiał o jednorodnej nanostrukturze o średniej wielkości ziarna 70nm. Rozdrobnienie struktury spowodowało wzrost własności mechanicznych (granicy plastyczności) o około 165% w porównaniu do materiału przed odkształceniem plastycznym. Przeprowadzone eksperymenty wykazały że kombinacja procesów HE oraz ECAP pozwala na wytwarzanie jednorodnych nanomateriałów w dużych objętościach.

14

Analiza efektu „stick-slip ” w procesie wyciskania hydrostatycznego przy zastosowaniu profilometrii

Przybysz S., Pachla W., Wieczorowski M., Kulczyk M., Skiba J., Przybysz M.

Mechanik

|

2013

|

R. 86, nr 7

563--566

PL

Badano stopy magnezu, aluminium i miedzi wyciskane hydrostatycznie z różnymi parametrami. Definiowano strefy z tarciem granicznym i strefy z tarciem płynnym (hydrodynamicznym). Określono Ra dla każdej ze stref, zobrazowane na mapach topografii. Dla tarcia granicznego chropowatość była największa dla stopu magnezu i najmniejsza dla stopu miedzi. Przerwanie bądź zmniejszenie grubości filmu smarnego skutkuje wzrostem średnicy i spadkiem Ra, natomiast jego wzrost – zmniejszeniem średnicy i wzrostem Ra. Różnica zależy od materiału i dochodzi do 50 μm. Niska jakość powierzchni wynika ze złych parametrów procesu wyciskania oraz nagrzewania adiabatycznego podczas deformacji.

EN

The magnesium, aluminium and copper alloys after hydrostatic extrusion with different parameters have been investigated. Characteristic zones with boundary and hydrodynamic friction were evaluated. The Ra roughness for each zone was measured and visualized at scanning maps. The boundary frictions leads to highest roughness for magnesium alloy and the lowest for copper alloy. Breakage or thinning of the lubricating film causes increase of the product diameter and decrease of Ra, while its thickening lowers the product diameter and increase Ra. Difference in diameters can reach 50 μ m. Low surface quality arises from not optimal process parameters and the adiabatic heating during deformation.

15

Combination of equal channel angular pressing and hydrostatic extrusion as a method for effective grain refinement of Cu and a Cu-alloy

Kulczyk M., Bazarnik P., Pachla W., Skiba J., Lewandowska M., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

314--316

EN

In this work pure copper and copper alloy CuCrZr were processed by severe plastic defonnation (SPD) using the combination of equal channel angular pressing (ECAP) and hydrostatic extrusion (HE). Transmission electron microscopy revealed ultra-ﬁne grained (UFG) microstructure in both materials. It has been also proved that small addition of Cr and Zr signiﬁcantly increased grain reﬁnement level of ECAP + HE processed CuCrZr alloy. Microstructure changes resulted in a great increase in mechanical strength comparing with coarse grained materials. In the case of CuCrZr alloy, the yield strength (YS) increased by 1350%, whereas ultimate tensile strength (UTS) by 300%. The UFG samples possess reduced ductility compared to coarse grained ones, however the absolute values of their elongation are relatively high (over 10%).

PL

W pracy czysta miedź i stop miedzi CuCrZr były poddane dużemu odkształceniu plastycznemu przez połączenie metod przeciskania przez kanał kątowy (ECAP) i wyciskania hydrostatycznego (HE). Transmisyjna mikroskopia elektronowa ujawniła, że w obu materiałach otrzymano ultra drobnoziarnistą (UFG) strukturę. Ponadto pokazano, że niewielki dodatek Cr i Zr znacząco zwiększa stopień rozdrobnienia w próbce poddanej procesowi ECAP + HE. Porównując właściwości mechaniczne obrobio- nych materiałów z tymi dla materiałów wyjściowych, można powiedzieć, że rozdrobnienie struktury spowodowało znaczący wzrost właściwości mechanicznych badanych próbek. W przypadku stopu CuCrZr odnotowano 1350% wzrost wytrzymałości i 300% wzrost granicy plastyczności. Poprawa właściwości wytrzymałościowych odbyła się kosztem plastyczności, ale i tak wydłużenie do zerwania w obu materiałach przekracza 10%.

16

Modyfikacja powierzchni matryc do hydrostatycznego wyciskania tytanu

Pachla W., Kulczyk M., Skiba J., Przybysz S., Betiuk M., Michalski J., Wach P.

Inżynieria Powierzchni

|

2012

|

nr 3

26-32

PL

W artykule przedstawiono wybrane problemy związane z eksploatacją matrycy do wyciskania hydrostatycznego tytanu. Materiałem matrycy była stal narzędziowa SW7M ulepszana cieplnie. Powierzchnia matrycy modyfikowana była w procesie azotowania gazowego i technologią Duplex (hybrydową rozłączną) azotowanie + PVD (powłoka TiAlN-WC/C).

EN

Some problems related to the operation of the die for titanium, hydrostatic extrusion are presented. Tempered SW7M tool steel has been used as matric material. Sensor surface was modified in the process of gas nitriding and. Duplex technology (hybrid disjoint) nitriding + PVD (coating TiAlN-WC/C).

17

Deformation behavior of 2017 nanostructured aluminium alloy

Wiśniewska-Weinert H., Leshchynsky V., Borowski J., Lewandowska M., Kulczyk M., Pachla W.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

530--534

EN

The paper contains the results of investigation of nanocrystalline aluminium alloy 2017. The possibility of forming those materials obtained by the method of hydrostatic extrusion, depending on the temperature and deforming velocity has been determined. Hydrostatic extrusion process with cumulative true strain 3.79 applied to 2017 aluminum alloy leads to significant grains size refinement to the nanometric scale. The 2017 aluminium alloy with nanometric structure can be successfully formed 200°C and above. The results obtained indicate that deformation at those parameters does not cause discontinuities. Plastic forming above 200°C causes noticeable grain growth and the determined average grain diameters are in the submicron range, even for compression temperature of 300°C.

PL

Praca zawiera wyniki badań nanokrystalicznego stopu aluminium 2017. Określono możliwość kształtowania tych materiałów otrzymanych metodą wyciskania hydrostatycznego w zależności od temperatury i prędkości odkształcenia. Hydrostatyczne wyciskanie stopu aluminium 2017 z kumulacją umocnienia 3,79 prowadzi do znaczącego rozdrobnienia ziaren do skali nanometrycznej. Stop aluminium 2017 o strukturze nanometrycznej można z powodzeniem kształtować w temperaturze 200°C i wyższej. Otrzymane wyniki wskazują, że odkształcanie przy tych parametrach nie powoduje powstania nieciągłości. Kształtowanie plastyczne w temperaturze wyższej niż 200°C powoduje zauważalny rozrost ziarna, a wyznaczone średnie średnice ziarna są w zakresie submikronowym nawet dla temperatury ściskania 300°C.

18

Wrought magnesium alloys ZM21, ZW3 and WE43 processed by hydrostatic extrusion with back pressure

Pachla W., Mazur A., Skiba J., Kulczyk M., Przybysz S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 2

485-492

EN

Cold hydrostatic extrusion with and without back pressure of commercial ZM21, ZW3 and WE43 magnesium alloys has been performed at originally designed hydrostatic extrusion press operating up to 2000 MPa with back pressure up to 700 MPa. Alloys were cold extruded in one pass into rods between 5 and 9 mm in the outer diameter with product velocities between 1 and 10 m/min and extrusion ratios above 2. Application of back pressure extended formability of all magnesium alloys. It was due to hydrostatic pressure superimposed on the extruded product what inhibits the cracks generation and propagation. Cold deformation restrained the grain growth and softening processes while severe deformation in one pass increased grain refinement and density of internal defects. Ultimate tensile strength ranging from 370 MPa (ZM21) through 400 MPa (ZW3) up to 410 MPa (WE43), with respective yield stresses from 270 MPa through 300 MPa up to 350 MPa and the respective elongation from 13% through 12% to 7% were obtained in extruded rods, which are the best reported data in literature up to this day. Wrought magnesium alloys after hydrostatic extrusion can serve as semi-products for structures that call for high strength, for example as biodegradable implants or fastening components in form of bolts, rivets, nuts, pins, joints, etc.

PL

Przeprowadzono wyciskanie hydrostatyczne na zimno z przeciwciśnieniem handlowych stopów magnezu ZM21, ZW3 i WE43. Eksperymenty prowadzono na oryginalnej, własnej konstrukcji prasie do wyciskania hydrostatycznego pracującej do 2000 MPa z przeciwciśnieniem do 700 MPa. Stopy odkształcano na zimno w jednej operacji wytwarzając pręty o średnicach pomiędzy 5 mm a 9 mm z liniową szybkością wyciskania pomiędzy 1 m/min i 10 m/min i stopniami redukcji powyżej 2. Zastosowanie przeciwciśnienia zwiększyło zdolność do odkształcenia plastycznego wszystkich badanych stopów magnezu. Stało się tak dzięki nałożeniu na wyciskany produkt ciśnienia hydrostatycznego co powstrzymuje generowanie i propagacje pęknięć. Odkształcanie na zimno powstrzymuje rozrost ziaren i procesy zmiękczania podczas gdy duże odkształcenie plastyczne w jednej operacji zwiększa rozdrobnienie ziaren oraz gęstość defektów mikrostruktury. Po wyciskaniu wytrzymałość na rozciąganie wynosiła od 370 MPa (dla ZM21) przez 400 MPa (ZW3) do 410 MPa (WE43) z granicą plastyczności, odpowiednio 270 MPa, 300 MPa i 350 MPa i wydłużeniem, odpowiednio 13%, 12% i 7%. Są to najwyższe własności podawane w literaturze światowej na dzień dzisiejszy. Stopy magnezu przerobione plastycznie metodą wyciskania hydrostatycznego mogą służyć jako półprodukty do wykonania elementów konstrukcyjnych wymagających wysokich wytrzymałości, jak np. biodegradowalne implanty kostne czy elementy złączne w postaci śrub, nitów, nakrętek, szpilek, łączników, itp.

19

Microstructure and mechanical properties of fine-grained iron processed by hydroextrusion

Romelczyk B., Kulczyk M., Pakieła Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

883-887

EN

The aim of this study was to characterize the microstructure and properties of fine-grained iron. The samples were prepared by sintering at 1000degree Celsjus ±5degree Celsjus for 30 minutes, followed by Severe Plastic Deformation via Hydrostatic Extrusion (HE). After the sintering the rod samples were capsulated to prevent damage during extrusion. HE has been applied as a final consolidation process of iron powders. The HE process was carried out on two extrusion passes. The rods of 8 mm in diameter were obtained as a final product after hydroextrusion. The total cumulative strain was 2.3. Materials in three states were investigated: sintered, sintered and deformed by one hydrostatic extrusion pass, and two hydrostatic extrusion passes. The results were compared with the results obtained for coarse-grained Armco iron. The measurements showed that the grain size was reduced from 3.5 ±m after sintering to 180±81 nm after the 2nd extrusion pass. The tensile strength and microhardeness increased with cumulative strain of the material. The impact test carried out at -196degree Celsjus showed transformation of the fracture mechanism from cleavage for coarse-grained structure to ductile for extruded material.

PL

W pracy scharakteryzowano mikrostrukturę i mechaniczne właściwości ultradrobnoziarnistego spieku żelaza. Próbki przygotowano w dwóch etapach - wypraski spieczono w temperaturze 1000 stopni Celsjusza ±5 stopni Celsjusza w czasie 30 minut, a nastepnie spieki odkształcono metodą wyciskania hydrostatycznego [HE]. W celu uniknięcia pękania spieków proces wyciskania przeprowadzono na próbkach uprzednio zakapsułkowanych. Proces HE przebiegał w dwóch etapach a skumulowane odkształcenie wyniosło 2.3. średnica końcowego produktu wyniosła 8 mm. W pracy przedstawiono wyniki badan zarówno spieku, jak i materiału po poszczególnych wyciskaniach hydrostatycznych. Wyniki badań ujawniły redukcje rozmiaru ziaren żelaza z 3.5 ±m po spiekaniu do 180 nm po drugim wyciskaniu HE. Zarówno wytrzymałość jak i mikrotwardość wzrosły ze stopniem skumulowanego odkształcenia próbek. Wyniki badan udarnościowych porównano z wynikami otrzymanymi dla gruboziarnistego żelaza Armco. Badania udarności metoda Charpiego przeprowadzono na próbkach uprzednio chłodzonych w ciekłym azocie. Obserwacje mikroskopowe przełomów próbek po udarności wykazały zmianę charakteru pękania żelaza z łupliwego dla materiału gruboziarnistego na ciągliwy dla materiału ultradrobnoziarnistego.

20

High strength silicon bronze (C65500) obtained by hydrostatic extrusion

Kulczyk M., Skiba J., Przybysz S., Pachla W., Bazarnik P., Lewandowska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

859-861

EN

C65500 is a high strength engineering alloy that has excellent resistance to a wide range of corrosive environments. Combination of corrosion resistance, strength, and formability place it among the most widely used copper alloys. In the present study, a C65500 alloy was subjected to severe plastic deformation by hydrostatic extrusion at room temperature with goal to increase its strength by grain refinement without modification of the chemical composition. Cumulative hydrostatic extrusion was applied with a total true strain of 4.1. The microstructure of SPD samples was evaluated by transmission electron microscopy. The size of grains was quantitatively described. The resulting mechanical properties were determined in tensile tests and via microhardness measurements. The results show that the applied cumulative HE route, leads to a substantial grain size refinement accompanied by high increase in strength. In comparison to commercial alloy after conventional plastic treatment, ultimate tensile strength and yield strength were higher by 45% and 130% respectively.

PL

Stop C65500 jest wysoko wytrzymałym stopem inżynierskim charakteryzującym sie bardzo dobrą odpornością korozyjną w wielu agresywnych środowiskach. Połączenie odporności korozyjnej, wysokiej wytrzymałości i podatności do przeróbki plastycznej sprawia że jest powszechnie stosowanym stopem miedzi. W pracy stop C65500 został poddany dużym odkształceniom plastycznym metodą wyciskania hydrostatycznego na zimno. Celem przeprowadzonej obróbki było podniesienie wytrzymałości na drodze rozdrobnienia mikrostruktury, bez modyfikacji składu chemicznego stopu. Zastosowano kumulacyjny proces wyciskania hydrostatycznego z łącznym odkształceniem rzeczywistym 4.1. Mikrostrukturę odkształconych próbek obserwowano technika transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Określono ilościowo średnie wielkości ziaren. Własności mechaniczne były zmierzone w testach rozciągania oraz za pomocą pomiarów mikrotwardości. Uzyskane wyniki wskazują, że zastosowanie kumulacyjnego wyciskania hydrostatycznego prowadzi do wyraźnego rozdrobnienia wielkości ziarna czemu towarzyszy znaczny wzrost wytrzymałości. W porównaniu ze stopem komercyjnym przerabianym na zimno metodami konwencjonalnymi uzyskano wzrost wytrzymałości na zrywanie oraz granicy plastyczności odpowiednio 45% i 130%.