Vliv velikosti deformace na tloušťku a charakter povlaku žárového zinku

Pro experimentální práce byly použity vzorky za tepla válcovaného pásu tloušťky 2 mm. Jednalo se o pás čtyř různých jakostí, které se významně lišily obsahem křemíku (viz. tabulka 1). Z uvedeného pásu byly připraveny vzorky s rozměry 300 x 30 mm, které byly za běžných provozních podmínek žárově zinkovány. Žárově zinkované vzorky se válcovaly za studena na laboratorní stolici Q110 [4] v Ústavu modelování a řízení tvářecích procesů na VŠB-TU v Ostravě. Konečná tloušťka laboratorně válcovaných vzorků činila 1,8; 1,6; 1,4, resp. 1,0 mm, což představuje velikost celkové poměrné deformace ε = 10, 20, 30, resp. 50 %. U takto získaných vzorků byla na 20ti místech měřena magnetickou metodou tloušťka vrstvy povlaku zinku a získané údaje byly statisticky hodnoceny. Dále byly provedeny metalografické analýzy charakteru povlaku.

EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ
Laboratorní stolice Q110 typu kvarto, která je bezstojanová a předepjatá prostřednictvím čtyř hydraulických matic, byla projektována speciálně pro konkrétní experimentální účely ústavu jako je např.:

• válcování za studena ocelových polotovarů, získaných předchozí simulací plynulého lití tenkých bram a jejich přímého válcování v podobě tzv. teplého pásu,
• výroba tenkých pásů z nových typů neželezných slitin a intermetalických sloučenin, vyznačujících se nízkou tvařitelností a mimořádně vysokými deformačními odpory (zhruba až 2 500 MPa).

Počítačový program, vyvinutý pod grafickým prostředím LabVIEW, registruje a průběžně zobrazuje především celkovou válcovací sílu (max. 160 kN – měřeno smykovými snímači). Dalšími registrovanými veličinami je aktuální výška válcovací mezery, případně i krouticí momenty a další parametry, spojené s předepjetím stolice.

VÝSLEDKY
Z měření tloušťky povlaku zinku magnetickou metodou vyplynulo, že u všech skupin vzorků dochází s růstem deformace ke snižování tloušťky povlaku. Průběh křivky „tloušťka povlaku – celková poměrná deformace“ má však v závislosti na obsahu Si poměrně rozdílný charakter.

• u vzorků s obsahem Si 0,027 % byl zjištěn pokles průměrné tloušťky povlaku z hodnoty 75,8 µm u vzorku 1–0 (celková poměrná deformace ε = 0 %) na 47,6 µm u vzorku 1–50 (ε = 50 %). Poměrně zajímavý je náhlý pokles tloušťky povlaku při deformaci ε = 10 %. Ze všech sledovaných skupin vzorků vykazuje tloušťka povlaku největší rozptyl naměřených hodnot (viz. obr. 1),
• u druhé skupiny vzorků (Si = 0,202 %) byly zjištěny vyšší hodnoty průměrné tloušťky povlaku než u předchozí skupiny. Tloušťka povlaku u vzorku 2–0 byla 89,3 µm, u vzorku 2–50 dosáhla hodnoty 55,2 µm. Za zmínku stojí velmi úzký rozptyl naměřených hodnot,
• měření tloušťky povlaku zinku u třetí (Si = 0,922 %) i čtvrté (Si = 1,050 %) skupiny vzorků přinesly téměř shodné výsledky. Průměrná tloušťka zinkového povlaku se snížila po deformaci ε = 50 % z původních 158,2 (u vzorku 3–0), resp. 154,2 µm na 84,0 (u vzorku 3–50), resp. 79,9 µm (viz. obr. 2). U vzorků s vyšším obsahem Si byl zaznamenán větší rozptyl naměřených hodnot.

Měření tloušťky povlaku pomocí metalografické analýzy přineslo obdobné výsledky jako uvedená magnetická metoda. Nejtenší vrstvy s největším rozptylem naměřených hodnot byly zjištěny u vzorků s obsahem Si 0,027 %, zhruba o 10 až 20 µm silnější vrstvy byly naměřeny u vzorků s obsahem Si 0,202 % a nejsilnější vrstvy byly zjištěny u vzorků s obsahem Si 0,922, resp. 1,050 %.
Povlak zinku u vzorků s obsahem Si 0,027 % je tvořen nerovnoměrně vyloučenými fázemi γ a δ. Krystaly fáze ξ jsou jemné a krátké, místně vytvářejí vějířovité útvary, nad nimiž je nerovnoměrně silná vrstva η fáze (viz. obr. 3). Tato nerovnoměrnost je poměrně výrazná, vyvolává i nerovnoměrnost povrchu vzorku po zinkování a válcováním za studena se tento reliéf potlačí. Z tohoto zjištění vyplývá, že výrazný rozptyl tloušťky povlaku u vzorků s uvedeným obsahem Si je dán nerovností povrchu pásu a vlastní nerov-ností povrchu vrstvy. Deformace za studena se projevuje především na uspořádání ξ fáze.
U vzorků s obsahem Si 0,202 % byla na rozhraní ocel – zinková vrstva zjištěna jemná vrstva, obsahující fáze γ a δ. Dále následovala silná vrstva fáze ξ, která byla tvořena výraznými kolumnárními krystaly. Podíl η fáze je nízký, vyplňuje pouze nerovnosti ve vrstvě krystalů fáze ξ. Povrch vrstvy je rovný, bez ohledu na nerovnosti zinkovaného materiálu. Rozptyl tloušťky je výrazně nižší než u vzorků s nejnižším obsahem Si. V průběhu deformace za studena dochází k drcení krystalů fáze ξ.
Charakter zinkové vrstvy i její změny v průběhu deformace za studena jsou u obou skupin vzorků s velmi vysokým obsahem křemíku shodné. Dominantní složkou je fáze ξ, která tvoří kolumnární krystaly. Podíl ostatních fází je velmi nízký, netvoří souvislé vrstvy. Vzhledem k reaktivitě daného typu oceli jsou vrstvy zinku výrazně silnější než u vzorků s nižšími obsahy Si. Povrch povlaku je rovný, rozptyl tloušťky vrstvy je dán zejména nerovností povrchu pásu. Deformací za studena dochází k drcení kolumnárních krystalů fáze ξ a k zeslabení vrstev.

Nezkrácený článek si můžete přečíst v prosincovém čísle 6/2003.

Autor

• Černý Libor