Název projektu
Zkoumání deformačních charakteristik kovových materiálů
Kód
SP2022/73
Řešitel
Období řešení projektu
01. 01. 2022 - 31. 12. 2022
Předmět výzkumu
Tento projekt bude věnován matematickým a fyzikálním simulacím tváření vybraných typů materiálů. Studenti v rámci sepisování svých diplomových a disertačních prací budou moci využívat laboratorní zařízení Katedry tváření materiálu a Regionálního materiálově technologického výzkumného centra (RMTVC). Jedná se o laboratorní tratě, počítačovou učebnu, plastometr HDS-20 a další vybavení pro tváření materiálů.
Výhodou laboratorních válcovacích tratí je možnost použití větších vzorků, z čehož vyplývají možnosti snadnějšího vyhodnocení nejen strukturních, ale i mechanických vlastností zkoumaného materiálu. Mezi stěžejní laboratorní tratě patří Polospojitá válcovací trať. Táto trať je určena k simulaci řízeného válcování i řízeného ochlazování kruhových tyčí a profilů. Trať umožňuje válcovat vratně na hladkých válcích, na kalibrovaných válcích s kalibrační řadou kosočtverec – čtverec nebo vratně či spojitě na válcích s kalibrací plochý ovál – kruh. Na polospojité trati dokážeme simulovat vybrané procesy válcování a její aplikační možnosti jsou: simulace vybraných procesů válcování na jemných profilových a drátových tratích s ovlivňováním vývoje struktury; optimalizace mechanických vlastností vývalků termomechanickým zpracováním a řízeným ochlazováním; dosažení definovaného stupně protváření při válcování za tepla větších vzorků v litém stavu; zhutňování kovových prášků intenzivní deformací během vysokorychlostního spojitého válcování; indukční zušlechťování. Dále je možné zkoumat problematikou přípravy vícevrstvé oceli pomoci válcování za tepla (různé možnosti a realizace přípravy vícevrstvého ocelových kompozitů z austenitických antikorozních a nástrojových ocelí).
Předností plastometrů je pak především jejich větší univerzálnost při volbě experimentálních podmínek. Simulátor deformací za tepla HDS-20 je v konfiguraci plastometr Gleeble 3800 a výměnný simulační modul Hydrawedge II. Mezi aplikace patří: simulace tepelného zpracování; studium deformačního chování zkouškami jednoosým tahem nebo tlakem (tvařitelnost, křivky deformace-napětí, mez kluzu za tepla); určování teploty nulové pevnosti materiálu; řízené tavení a tuhnutí vzorku a následnou deformací (simulace plynulého lití); SICO test tvařitelnosti materiálu za tepla; simulace víceúběrových tvářecích procesů tlakovou zkouškou s rovinnou deformací; simulace svařování obloukem či laserem (HAZ); dilatometrická studia (tvorba rozpadových ARA diagramů i s vlivem předchozí deformace, simulátor je vybaven bezkontaktním optickým dilatometrem, který umožňuje snadnější manipulaci a přesnější stanovení dilatometrických změn.); relaxační testy (studium postdynamických uzdravovacích procesů).
Postupně byl dovybaven dalším zařízením, především bezkontaktním dilatometrickým modulem a výměnnou jednotkou MAXStrain.
Výměnná jednotka MAXStrain byla vyvinuta jako nástroj pro vývoj materiálů s ultra-jemnozrnnou až nano-strukturou. Díky této jednotce je možno materiál zatěžovat velkými deformacemi se současným přesným řízením teploty, deformační rychlosti a velikosti deformace. Zkoušený hranolovitý vzorek je deformován dvěmi kovadly a mezi jednotlivými deformacemi je otáčen o 90° (podél jeho podélné osy), což umožňuje jeho cyklickou deformaci ve zbylých dvou směrech. Maximálně lze zkoušený vzorek deformovat tlakem v 80 úběrech. Kromě toho může být vzorek v průběhu deformace fixován po délce a tím pádem nedojde k jeho prodloužení. Velká kumulace deformace do středu vzorku vede k výraznému zjemnění zrna zkoušeného materiálu.
V rámci projektu můžeme využívat 3D tiskárnu, na níž bychom chtěli vyrábět např. modely vybraných tvářecích nástrojů a zařízení (třeba kalibrovaných válců pro válcování dlouhých tvarových výrobků).
Členové řešitelského týmu
Ing. Stanislav Rusz, Ph.D.
doc. Ing. Petr Kawulok, Ph.D.
Ing. Rostislav Kawulok, Ph.D.
Ing. Petr Opěla, Ph.D.
Ing. Ludmila Krátká, Ph.D.
Ing. Josef Němec
Ing. Marek Benč
Ing. Michal Sauer
Ing. Horymír Navrátil
Bc. David Puzoń
Ing. Tomáš Merva
Bc. Michal Konderla
Bc. Daniel Pasečný
Bc. Jiří Gajda
Bc. Petr Moniak
Bc. Michal Donátek
Shyam Sundar Ram
Ing. Svatopluk Čech
Mgr. Jan Smolka
Bc. Michal Hrnčiar
Bc. Jarmila Rucká
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)
V rámci disertačních prací bude řešeno:
• Experimentální studium a matematický popis deformačního chování niklových superslitin za tepla
• Studium struktury a vlastností tvářených polotovarů připravených alternativními způsoby výroby
• Strukturotvorné procesy při řízeném válcování a ochlazování dlouhých ocelových výrobků
• Výzkum a vývoj tvářecí technologie pro zpracování pružinové oceli pro automobilový sektor
• Studium vlivu technologie rotačního kování na strukturu a vlastnosti materiálů připravených pomocí metod práškové metalurgie (v práci se jedná o nalezení optimálního zpracování wolframové slitiny vyrobené slinováním pomocí rotačního kování, jejích testů a získání požadovaných mechanických vlastností)
• Vliv intenzivního tváření za tepla pomocí simulačního modulu MAXStrain na výslednou strukturu
V rámci diplomových prací bude řešeno:
• Optimalizace procesu zahrdlování a uzavírání den tvářením za tepla bezešvých ocelových lahví a tlakových nádob
• Tažení fosfátovaného drátu s použitím tažných mazacích olejů
• Vliv deformační rychlosti na ARA diagram nízkolegované Cr-Ni oceli
• Vliv intenzivní deformace za tepla na výslednou strukturu nízkouhlíkové oceli
• Vliv výrobní cesty na stupeň sferoidizace při žíhání tyčí z ložiskové oceli ve svitku
V rámci chystaného projektu SGS bude studována problematika matematického popisu (tj. aproximace a predikce) závislosti přirozeného deformačního odporu na aplikované deformaci, deformační rychlosti a teplotě s nasazením vícevrstvých dopředných či kaskádově dopředných neuronových sítí a neuronových sítí s radiální bazickou funkcí.
S využitím simulátoru HDS-20 a výměnné jednotky MAXStrain II budou experimentálně zkoumány možnosti dosažení jemnozrnné mikrostruktury Cr-Mo oceli a nelegované nízkouhlíkové oceli po kumulované deformaci za tepla. Měněnými parametry bude velikost kumulované deformace, teplota deformace, doba meziúběrové pauzy, rychlost pohybu kovadel a rychlost finálního ochlazování na teplotu okolí. V rámci přípravných prací bude experimentálně stanovena teplota Ac3 při ohřevu, resp. s využitím dilatometrických testů s předchozí deformací bude posouzen vliv rychlosti ochlazování na finální mikrostrukturu nelegované nízkouhlíkové oceli.
Výsledky budou použity při tvorbě diplomových a doktorských disertačních prací. Vybrané výsledky budou publikovány na konferencích (METAL 2022, Forming 2022, Den doktorandů FMT apod.) se snahou o výstupy zahrnuté do uznávaných databází (Web of Knowledge) a impaktovaných časopisů.