Δομή και ιδιότητες κράματος ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu)

Abstract

Zinc alloys are among the most used metallic materials in various Applications such as technology, manufacturing, car manufacturing and in the last decades inrobotics. In terms of mechanical properties with relatively improved mechanical bending strength after heat treatment. However, the imperative nowadays for metallic materials of high demands led to the development of various zinc alloys.This PhD thesis aims to study the structure and properties of zinc alloy(Zn-10Al-1.5Cu).Zinc alloys with similar percentage alloy additions have multiple technological applications. The addition of copper in aluminum zinc alloy(Zamak) improved the mechanical properties, especially its durability.Specifically, in the above alloy was initially controlt he structure and morphology of the cast alloy.Then studied microhardness, resistance in various corrosive environments, resistance to oxidation at different temperatures, wear resistant behavior under dry conditions and, finally, The flexural strength (bending behaviour)after heat treatmentThe zinc alloy(Zn-10Al-1.5Cu)was found to consist of (a) aluminum-zinc solid solution, (b) zinc aluminum solid solution oran in soluble aluminum and(c) the intermetalliccompoundCuZn4.As regards the strength of the alloy to corrosion found in larger solution temperatures and higher concentrations of solution erosion increases. The corrosion mechanism was found to be strong corrosion acicularand the phenomenon of intergranular corrosion.The oxidation behavior of zinc alloy(Zn-10Al-1.5Cu)was studied at different temperature gradient at different times. It was observed that the oxidation rate increases according to the increase of temperature and time.The wear behavior of zinc alloy(Zn-10Al-1.5Cu)was found to be affected by the increase in the applied load. In particular the alloy was found to be similar coefficient of friction(m) of the pair of zinc alloy material(Zn-10Al-1.5Cu) –martensitic stainless steel.Finally, the effect of heat treatments on the bending strength. It was observed that there is variation in the behavior of the alloy in accordance with the heat treatment. In some cases the phenomenon of overaging for a given time and temperature existed under the examined conditions.

Ο ψευδάργυρος και τα κράματά του είναι από τα πλέον χρησιμοποιούμενα μεταλλικά υλικά σε ποικίλες εφαρμογές όπως σε τεχνολογικές, κατασκευαστικές , σε αυτοκινητοβιομηχανικές αλλά και τα τελευταία χρόνια σε ρομποτικές. Από πλευράς μηχανικών ιδιοτήτων παρουσιάζουν σχετικά βελτιωμένη μηχανική αντοχή σε κάμψη μετά από θερμική κατεργασία.Ωστόσο, η επιτακτική ανάγκη στην σημερινή εποχή για μεταλλικά υλικά υψηλών απαιτήσεων οδήγησε στην ανάπτυξη διαφόρων κραμάτων ψευδαργύρου.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αποσκοπεί στην μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων του κράματος ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu). Τα κράματα ψευδαργύρου με παρόμοιες ποσοστιαίες κραματικές προσθήκες έχουν πολλαπλές τεχνολογικές εφαρμογές. Η προσθήκη χαλκού στα κράματα ψευδαργύρου αλουμινίνου (Zamak) βελτίωσε της μηχανικές του ιδιότητες και κυρίως την αντοχή του. Συγκεκριμένα, στο παραπάνω κράμα έγινε αρχικά έλεγχος της δομής και της μορφολογίας του χυτευμένου κράματος. Κατόπιν μελετήθηκε η μικροσκληρότητα, η αντοχή σε διάφορα διαβρωτικά περιβάλλοντα, η αντοχή σε οξείδωση σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η αντιτριβική συμπεριφορά υπό ξηρές συνθήκες και τέλος η αντοχή σε κάμψη μετά από θερμικές κατεργασίες Το κράμα ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu) βρέθηκε να αποτελείται από (α) στερεό διάλυμα αλουμινίου-ψευδάργυρου, (β) στερεό διάλυμα ψευδαργύρου- αλουμινίου ή αδιάλυτο αλουμίνιο και (γ) την ενδομεταλλική ένωση CuZn4.Όσον αφορά την αντοχή του κράματος στη διάβρωση βρέθηκε ότι σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες διαλύματος καθώς και μεγαλύτερες συγκεντρώσεις διαλύματος η διάβρωση αυξάνεται. Ο μηχανισμός διάβρωσης βρέθηκε να είναι έντονη βελονοειδής διάβρωση καθώς και το φαινόμενο της περικρυσταλλικής διάβρωσης.Η οξειδωτική συμπεριφορά του κράματος ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu) μελετήθηκε σε διάφορες θερμοκρασιακές διαβαθμίσεις και σε διαφορετικούς χρόνους. Παρατηρήθηκε ότι ο ρυθμός οξείδωσης αυξάνεται σύμφωνα με την αύξηση της θερμοκρασίας και του χρόνου. Η τριβολογική δε συμπεριφορά του κράματος ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu) βρέθηκε να επηρεάζεται από την αύξηση του επιβαλλόμενου φορτίου. Ειδικότερα στο κράμα βρέθηκε να είναι παρεμφερής ο συντελεστής τριβής (μ)του ζεύγους των υλικών κράματος ψευδαργύρου (Zn-10Al-1.5Cu)- ανοξείδωτος μαρτενσιτικός χάλυβας. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση των θερμικών κατεργασιών στην αντοχή της κάμψης. Παρατηρήθηκε ότι υπάρχει διαφοροποίηση στην συμπεριφορά του κράματος σύμφωνα με την θερμική κατεργασία. Σε κάποιες περιπτώσεις παρατηρείται το φαινόμενο της υπερσκλήρωσης για δεδομένο χρόνο και θερμοκρασία.