Scheurvorming in matrijzen

[Brecht Willems]

Beste allen,
 
voor mijn thesis ga ik de scheurvorming onderzoeken van matrijzen voor de glasvormindustrie. Ik doe specifiek onderzoek op matrijzen voor Jägermeister flessen. 
 
Een matrijs heeft volgende samenstelling:
64,5% Cu
15,8% Ni
9,8% Al
8,5% Zn
1% Si
0,4% overige (Pb, Cr, Mn en Fe)
 
De microstructuur, de samenstelling van de fasen en de voortplanting van de scheur in de matrijs vinden jullie in de bijlage.
 
Verder weet ik dat de beta-fase (zwarte fase met witte streepjes) een hardheid heeft van 288 HV0,2 en bros is terwijl de alfa-fase (witte fase met zwarte puntjes) slechts een hardheid heeft van 144 HV0,2.
 
Men kan zien op de foto's dat de scheur verloopt langs de korrelgrenzen. Mijn vraag aan jullie is; waarom? 
Ik heb een paar redeneringen maar weet niet dat deze zinvol zijn.
 
1)
Ik heb gemeten dat het percentage Pb (lood) aan de korrelgrenzen 0,16% terwijl in het midden van de fasen lood slechts een percentage heeft van 0,06% . Verder weet ik dat de matrijzen aan een temperatuur van 450 °C onderhevig is terwijl lood een smelttemperatuur heeft van 330°C. Hierdoor zal het lood vloeibaar worden. Door het vloeibaar worden vormt dit de zwakste schakel in materiaal en zorgt dit voor de scheurvorming.
 
2)
Uit de samenstelling-analyse van de fasen (zie bijlage) kunnen we concluderen dat de beta-fase (zwarte fase) rijk is aan Ni, Al en Si. Ik geloof dat er Ni2Si-verbindingen ontstaan. In de literatuur wordt deze verbinding beschreven als een harde en brosse verbinding die men moet vermijden. Het hoge Al percentage verwijst (volgens mij) naar een gamma2 fase (zie koper-aluminium toestanddiagram) die in de literatuur eveneens wordt beschreven als een harde en brosse verbinding die men moet vermijden. 
 
Wat zijn jullie gedachten hierover? Of zijn er andere mogelijkheden?
 
Alvast bedankt
 
 
 
 

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

Dit onderwerp past beter in constructie- en sterkteleer  en is daarom daarheen verplaatst

[boertje125]

Laten we even voorop stellen dat ik geen verstand heb van metaal legeringen.
maar als ik zo naar de foto kijk is het meer een mengsel dan een homogeen geheel geworden
 
Ik schat zo in dat de aanhechting tussen de korrels en het materiaal er omheen de kritische factor is.
aangezien de korrels niet lijken te breken maar losscheuren
 
(het materiaal scheurt ongeveer zoals beton van lage sterkteklasse)

[Brecht Willems]

Laten we even voorop stellen dat ik geen verstand heb van metaal legeringen.
maar als ik zo naar de foto kijk is het meer een mengsel dan een homogeen geheel geworden
 
Ik schat zo in dat de aanhechting tussen de korrels en het materiaal er omheen de kritische factor is.
aangezien de korrels niet lijken te breken maar losscheuren
 
(het materiaal scheurt ongeveer zoals beton van lage sterkteklasse)

Alvast bedankt voor je reactie. 
 
Ik ben met hierboven volledig met je eens. Mijn promotor had daarom de volgende vraag gesteld: "Hoe lossen we dit probleem op?"  Op deze vraag kan ik maar geen antwoord op vinden. 
 
Mijn eerste gedachte was om het materiaal homogeen te maken zodanig er enkel alfa-fase (witte fase met zwarte puntjes) zou aanwezig zijn. Hierdoor zou het materiaal te zacht worden. Wanneer er een glas zou geblazen worden zet de caviteit van de matrijs mee uit. Vervolgens krijgt men glazen flessen die vervormt zijn en niet binnen de tolerantie valt.
 
Maar zou het mogelijk zijn de aanhechting tussen de fasen te versterken (Hoe wordt dit gedaan in beton)?
 
Als men de randen zou bekijken van de beta- en alfa- fase valt het op dat die gebieden tot stand komen door een perictectische reactie. Maar ik vind in de literatuur dat nadelige gevolgen zou kunnen hebben voor de aanhechting.

[boertje125]

In beton wordt de sterkte verbeterd door het skelet dat bestaat uit zand en grindkorrels in verschillende maten zo op elkaar af te stemmen dat er zo weinig mogelijk ruimte overblijft tussen de afzonderlijke korrels.
Bij beton wordt de aanhechting niet verbeterd.
Het is meer het vergroten van het hechting oppervlakte en het afdwingen van een grilliger scheurpatroon door de vele kleinere korrels
 
De vergelijking gaat natuurlijk ook niet helemaal op.
hoewel ook de treksterkte van hoogwaardig beton beter is wordt de trek opgenomen door wapeningsstaal en is de verbetering hoofdzakelijk de druksterkte van het materiaal.

[king nero]

Kun je je gezipt materiaal ook in een zip-file uploaden? of gezien de geringe grootte, als gewone bestanden?

[Brecht Willems]

In de bijlage zijn er microstructuren weergegeven van het materiaal dat snel en traag is afgekoeld. Wanneer het materiaal snel werd afgekoeld kan ik besluiten dat de beta-fasen fijner (kleiner) waren. Terwijl bij trage afkoeling de beta-fasen de kans krijgen om te groeien waardoor ze groter zijn. 

[Brecht Willems]

In de bijlage zijn er microstructuren weergegeven van het materiaal dat snel en traag is afgekoeld. Wanneer het materiaal snel werd afgekoeld kan ik besluiten dat de beta-fasen fijner (kleiner) waren. Terwijl bij trage afkoeling de beta-fasen de kans krijgen om te groeien waardoor ze groter zijn. 

Om de mechanische eigenschappen te bepalen van het materiaal dacht ik een trekproef uit te voeren. Maar dit was (volgens mij) niet relevant omdat het materiaal op een totaal andere manier begon te scheuren. Zoals men op de afbeelding hieronder te zien is scheur het materiaal door de beta-fasen evenwijdig met loodrecht op de trekrichting. 
 
Ik heb geen idee hoe ik dit materiaal zou kunnen verbeteren

[Brecht Willems]

In beton wordt de sterkte verbeterd door het skelet dat bestaat uit zand en grindkorrels in verschillende maten zo op elkaar af te stemmen dat er zo weinig mogelijk ruimte overblijft tussen de afzonderlijke korrels.
Bij beton wordt de aanhechting niet verbeterd.
Het is meer het vergroten van het hechting oppervlakte en het afdwingen van een grilliger scheurpatroon door de vele kleinere korrels
 
De vergelijking gaat natuurlijk ook niet helemaal op.
hoewel ook de treksterkte van hoogwaardig beton beter is wordt de trek opgenomen door wapeningsstaal en is de verbetering hoofdzakelijk de druksterkte van het materiaal.

(Ik heb hieronder nog enkele microstructuren geüpload van het materiaal dat snel en traag is afgekoeld)
 
Dus als ik het goed begrijp denk je dat wanneer de beta-fasen groter zijn, het vergroten van het hechtingsoppervlakte, het materiaal gunstigere eigenschappen heeft.
 
Weet je misschien hoe ik dit kan testen? Gebeurd dit misschien met een buigproef?

[Michel Uphoff]

Mijn materialenkennis dateert van 45 jaar terug, en is nimmer bijgehouden. Maar toch mijn paar centen:
 
Als de breuken eerst in de beta fasen optreden, zoals in jouw afbeelding te zien is, dan zou ik denken dat hoe kleiner die fasen zijn, hoe minder snel het materiaal bezwijkt. Dat zou dus betekenen: Snel afkoelen om die structuren weinig tijd te geven om te groeien en een zo homogeen mogelijke samenstelling te verkrijgen. Het materiaal is dan wellicht te bros, en dan helpt vervolgens ontlaten mogelijk. Of dat ook voor deze specifieke legering opgaat weet ik niet.

[Back2Basics]

... de volgende vraag gesteld: "Hoe lossen we dit probleem op?"  Op deze vraag kan ik maar geen antwoord op vinden. 
 

 
Wellicht helpt het wanneer je eerst je probleem, of liever: je probleemsituatie, messcherp definieert. Dan weet je ook vrijwel meteen je doelsituatie, en kun je daarna op zoek gaan naar de veroorzaker van je probleemsituatie.
Vervolgens ga je kijken welke vervelende eigenschap die veroorzaker heeft.
Daar ga je iets aan doen, namelijk die vervelende eigenschap oplossen. 
Voor het oplossen gebruik je dan een methode of een voorwerp.
 
Maar begin eerst eens te stellen wat je probleem precies is, in zo weinig mogelijk woorden. Dan word je in ieder geval niet afgeleid door ballastwoorden.

[boertje125]

(Ik heb hieronder nog enkele microstructuren geüpload van het materiaal dat snel en traag is afgekoeld)
 
Dus als ik het goed begrijp denk je dat wanneer de beta-fasen groter zijn, het vergroten van het hechtingsoppervlakte, het materiaal gunstigere eigenschappen heeft.
 
Weet je misschien hoe ik dit kan testen? Gebeurd dit misschien met een buigproef?
 
 
Ik ga er even vanuit dat de beta-fase de donkere delen zijn.
Als de beta- fasen groter zijn heb je juist minder hechtingsoppervlak in zijn totaal.
Maar op jouw foto lijken er buiten groter ook meer kleinere en middelgrote gevormd te zijn zodat er totaal meer beta-fase zijn.
dat lijkt mij gunstig aangezien die sterker zijn. (de scheuren gaan er omheen).
ik zet mijn geld op de traag gekoelde met betrekking tot de sterkte.
 
Als je een proef wilt doen moet je proberen het beoogde gebruik zo goed mogelijk te benaderen.
dit kan een buig,druk of trekproef zijn.
 
 
mij lijkt de trager gekoelde een betere structuur te hebben.
 
 
 
 
.