Ανάπτυξη και τεχνολογικές ιδιότητες περιβαλλοντικά φιλικών ορειχάλκων (ecobrass)

Ζορμαλιά, Σύλβια

dc.contributor.author	Ζορμαλιά, Σύλβια	el
dc.date.accessioned	2021-05-14T10:17:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53421
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21119
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πυριτιούχοι Ορείχαλκοι	el
dc.subject	Μικροδομή	el
dc.subject	Θερμικές Κατεργασίες	el
dc.subject	Κατακρήμνιση	el
dc.subject	Microstructure	en
dc.subject	Heat Treatment	en
dc.subject	Precipitation	en
dc.subject	Eco Friendly Brasses	en
dc.title	Ανάπτυξη και τεχνολογικές ιδιότητες περιβαλλοντικά φιλικών ορειχάλκων (ecobrass)	el
dc.contributor.department	ΤΟΜΕΑΣ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Φυσική Μεταλλουργία	el
heal.dateAvailable	2022-05-13T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-06
heal.abstract	Το παρόν θέμα της διδακτορικής διατριβής ασχολείται με τις τεχνολογικές ιδιότητες περιβαλλοντικά φιλικών ορειχάλκων (eco-brass), οι οποίοι θα αντικαταστήσουν τον μέχρι σήμερα ευρέως χρησιμοποιούμενο «κοινό μολυβδούχο ορείχαλκο ελεύθερης κατεργασιμότητας». Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη των μετασχηματισμών φάσεων και ο συσχετισμός του βαθμού πλαστικής παραμόρφωσης με την επίδραση των κραματικών προσθηκών και των θερμικών κατεργασιών σε κράμα ορείχαλκου ελεύθερης κατεργασιμότητας με κύρια προσθήκη το πυρίτιο, το οποίο δρα ως στοιχείο αντικατάστασης του μολύβδου, (lead free-free machining brass ‘ECO-Brass’). Τα δοκίμια υπέστησαν ψυχρή μονο-αξονική παραμόρφωση μέσω εφελκυσμού (2.5%, 7%, 14%, 17%, 21% και 27%) και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε θερμικές κατεργασίες σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες, στους 500οC, 540οC, 600οC, για κάθε βαθμό παραμόρφωσης και για σταθερό χρονικό διάστημα 30min. Επιπλέον, έγινε συγκριτική μελέτη δυο μη μολυβδούχων ορειχάλκων με 3%κ.β. και 3.25%κ.β. Si, σε σχέση με κοινό μολυβδούχο ορείχαλκο αναφορικά με την επίδραση των θερμικών κατεργασιών (στους 500οC, 540οC, 600οC και 640οC για χρονικό διάστημα παραμονής 30min και 3h). Τα πειραματικά αποτελέσματα αφορούν τον πλήρη χαρακτηρισμό του μελετώμενου κράματος από άποψη μικροδομής (μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης SEM σε συνδυασμό με μικροανάλυση ακτίνων – Χ (EDS)), δομικού χαρακτηρισμού (μέσω περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), τεχνικής EBSD και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας ΤΕΜ), μηχανικών ιδιοτήτων (μέσω σκληρομετρήσεων Vickers), ικανότητας αντίστασης στη διάβρωση και της ενδεικτικής συμπεριφοράς κατεργασιμότητας μέσω πειραμάτων προσομοίωσης κατεργασιμότητας με τόρνο. Μέσω της παρούσας μελέτης αναδείχθηκε η σημασία της κατακρήμνισης των φάσεων κ και γ στο μη μολυβδούχο ορείχαλκο με προσθήκες Si, διότι διαπιστώθηκε ότι η αύξηση των τιμών σκληρότητας οφείλεται στον σχηματισμό τους, και την συνακόλουθη συνεισφορά τους με μηχανισμούς σκλήρωσης με κατακρήμνιση. Η κινητική της αντίδρασης μετασχηματισμού ii α + γ → κ επιταχύνεται με την αύξηση της πλαστικής παραμόρφωσης. Για σταθερό ποσοστό πλαστικής παραμόρφωσης, η αντίδραση κατακρήμνισης της γ φάσης παρατηρείται να είναι εν εξελίξει στους 500οC και στους 640οC έχει ολοκληρωθεί η αντίδραση από α+γ σε κ, όπου παρατηρήθηκε το μικρότερο κλάσμα όγκου της γ φάσης με ανομοιόμορφη διασπορά σε συνδυασμό με μεγαλύτερο κλάσμα όγκου κ φάσης. O μετασχηματισμός φαίνεται ότι λαμβάνει χώρα περίπου στους 540οC και η ανακρυστάλλωση σε θερμοκρασία ανώτερη των 600οC. Η αύξηση της θερμοκρασίας καθώς και η παραμονή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση της σκληρότητας για κάθε ποσοστό πλαστικής παραμόρφωσης δεδομένης της ελάττωσης της πυκνότητας των διαταραχών και της πάχυνσης των α και γ φάσεων παρόλο που αυξάνει το κλάσμα όγκου της σκληρής κ φάσης το οποίο όμως όπως φαίνεται δεν δρα καταλυτικά στην αύξηση της σκληρότητας του υλικού. Η αντίσταση στη διάβρωση του πυριτιούχου ορείχαλκου ελαττώνεται σε όξινα περιβάλλοντα, σε αυξανόμενες θερμοκρασίες και υπό την επίδραση αυξανόμενης πλαστικής παραμόρφωσης. Παρόλα αυτά, συγκριτικά με τον μολυβδούχο ορείχαλκο φαίνεται ότι υπερτερεί σε όλες τις συνθήκες περιβάλλοντος που μελετήθηκαν. Εν κατακλείδι, η μελέτη αυτή ανέδειξε την περιορισμένη δυνατότητα που παρέχουν οι προσθήκες Si σε ορείχαλκους με σκοπό την διατήρηση των χαρακτηριστικών κατεργασιμότητας των ευρέως χρησιμοποιούμενων κοινών τύπων μολυβδούχων ορειχάλκων, σε συνδυασμό με τους μελετηθέντες μετασχηματισμούς φάσεων, οι οποίοι κατέδειξαν την μεγάλη σταθερότητα των πυριτιούχων ορειχάλκων σε θερμικές και θερμομηχανικές κατεργασίες εντός του θερμοκρασιακού εύρους 500οC-650ο	el
heal.abstract	Eco-friendly brasses were investigated during this PhD thesis project as a possible replacement material for ‘common free-machining leaded brasses’. The aim of this study is to determine the effect of phase transformations and the plastic deformation with variable chemical composition and heat treatments for free machining Si bearing brass. Si would act as a replacement for Pb, in traditional lead free-free machining brass, designated as ‘ECO-Brass’. Samples were subjected to cold uniaxial tensile deformation (2.5%, 7%, 14%, 17%, 21% and 27%) and then undergone heat treatments at three different temperatures of 500 °C, 540 °C, or 600 °C, for each plastic deformation condition, and for a constant holding time of 30 minutes. In addition, a comparison study of two lead-free brasses with Si additions of 3%wt and 3.25%wt was also carried out. The obtained results were compared to common leaded brass, exposed at similar heat treatment conditions (i.e., 500οC, 540οC, 600οC or 640οC for holding time of 30mins and 3h). The experimental results obtained pertain to the complete microstructure characterization of the studied alloy employing SEM microscopy coupled with EDS X-ray microanalysis) phase characterization (employing XRD, EBSD and TEM electron microscopy), mechanical properties (via Vickers' hardness measurements), corrosion resistance and indicative machinability behavior with the use of lathe machinability simulation experiments. This study revealed the important role of the precipitation of κ and γ phases on Si bearing lead-free brasses, arising from the higher hardness measurements due to the precipitate phases’ forming and their associated effect to precipitation hardening. The α + γ → κ transformation is accelerated by increasing amounts of plastic deformation. For a given amount of plastic deformation, γ phase precipitation is observed to be incomplete at 500°C while at 640οC the transformation from α + γ to κ is nearing completion. This observation is supported by the very small volume fraction of γ phase with uneven distribution observed at 640oC, in addition to the higher volume fraction of κ phase. κ phase formation iv appears to initiate at approximately 540°C, while recrystallization phenomena at temperatures above 600°C. The corrosion resistance of silicon bearing brass is reduced in acidic environments, at increasing temperatures and under the influence of increasing plastic deformation. However, compared to leaded brass, it appears to be superior at the environmental conditions studied. In conclusion, this study highlighted the limited effect of Si additions in lead free brasses in maintaining the machinability characteristics of widely used common leaded brasses. Finally, the studied phase transformations during applied mechanical deformation and heat treatments demonstrated the high stability of silicon bearing brasses within the temperature range of 500°C-650°C.	en
heal.advisorName	Φούρλαρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδημητρίου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Χαλικιά, Ηλιάνα	el
heal.committeeMemberName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Σκολιανός, Στέφανος	el
heal.committeeMemberName	Μιχαηλίδης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Λεκάτου, Αγγελική	el
heal.committeeMemberName	Φούρλαρης, ΓΕΩΡΓΙΟΣ	el
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	187
heal.fullTextAvailability	true