Przygotowane przez:

METODOLOGIA PRACY BADAWCZEJ

Temat:

Badania zmian naprężeń szczątkowych w procesie obróbki podzerowej stali nawęglanej (En 353).

Cel i zakres współpracy:

Stal En 353 jest szeroko stosowana do wytwarzania podzespołów samochodowych (np. elementów skrzyń biegów), które często doznają uszkodzeń pod wpływem długotrwałego zmęczenia. Aktualna praca badawcza ukierunkowana jest na elementy przekładni różnicowej.

Wstęp:

W wyniku rosnącej konkurencji przemysł staje w obliczu wyzwania do ciągłego zwiększania wydajności, przy zachowaniu wysokiej jakości wytwarzanych podzespołów. Trwałość produkowanych komponentów może być zwiększana poprzez właściwą obróbkę cieplną. Jednym z czynników mających istotny wpływ na długość życia podzespołu są naprężenia szczątkowe. Są to naprężenia pozostające w materiale po zaniku działającej siły (obciążenia). Powstają one zawsze w przypadku deformacji plastycznej. W przypadku obróbki cieplnej deformacja plastyczna może być powodowana gradientem temperaturowym lub zmianą fazy lub zazwyczaj kombinacją obu tych czynników podczas chłodzenia. Naprężenia własne (szczątkowe) są bardzo poważnym problemem w procesie obróbki cieplnej. Często prowadzą do wypaczenia (zniekształcenia) lub pęknięcia materiału, a w pewnych przypadkach do przedwczesnego uszkodzenia podzespołu w trakcie jego użytkowania.

Niniejsza praca badawcza jest ukierunkowana na wykorzystanie stali nawęglanej (En 353), która jest szeroko stosowana w przemyśle motoryzacyjnym. Częste uszkodzenia istotnych komponentów pojazdów (np. części skrzyni biegów) kończą się ogromnymi stratami i niejednokrotnie wypadkami śmiertelnymi. W celu polepszenia wytrzymałości materiału stosowany jest dodatkowo proces obróbki podzerowej. W każdym przypadku konieczne jest określenie wielkości naprężeń szczątkowych, w szczególności po kolejnych fazach procesu obróbki cieplnej. Wyniki pozwolą na opracowanie optymalnych parametrów procesu produkcyjnego materiałów o wysokiej trwałości i wytrzymałości.

Z analizy danych literaturowych wynika że:

1. Proces obróbki podzerowej poprawia właściwości mechaniczne materiału.

2. Austenit szczątkowy jest zamieniany na martenzyt.

3. Naprężenia własne są redukowane.

Cel i przedmiot badań:

1. Pomiary naprężeń szczątkowych: ściskających i rozciągających w każdym elemencie, po każdej fazie obróbki cieplnej.

2. Określenie procentowego udziału faz.

3. Pomiary zawartości austenitu szczątkowego.

Serie badań:

Należy wykonać co najmniej trzy serie pomiarów dla każdego procesu i po każdym etapie. Pozwoli to na zredukowanie błędów pomiaru.

Dodatkowo w stali nawęglanej należy wykonać pomiary naprężeń w postaci profilu głębokości (w głąb próbki, do 150-200 μm).

Wyniki:

Kraje rozwijające się wciąż są w początkowym etapie rozwoju zaawansowanych technologii i próbują nadążyć za państwami rozwiniętymi. Niestety procesy wdrożone w innych krajach chronione są patentami. W związku z tym badania naukowe prowadzone wspólnie przez Indie i Polskę, a mające na celu rozwijanie technologii i rywalizację z zagranicznymi inwestorami, są konieczne i całkowicie uzasadnione. Rezultaty badań zostaną udostępnione w przemyśle, a opracowane procesy technologiczne zostaną wdrożone stosownie do potrzeb. Tego typu prace badawcze pomogą dotrzymać kroku krajom rozwiniętym. Wyniki tego projektu przyniosą szerokie korzyści dla przemysłu motoryzacyjnego, a wykorzystane w praktyce pozwolą na ulepszenie i konkurencyjność rodzimych produktów. Proponowana praca wyjaśni mechanizmy odpowiedzialne za poprawę czasu życia i eksploatacji materiałów poddanych procesom obróbki cieplnej w niskich temperaturach (wymrażanie do -200˚C). Uzyskane wyniki zostaną wykorzystane do przekonania producentów podzespołów, że proces obróbki podzerowej może być regularnie stosowany i pozytywnie wpłynie na trwałość i wytrzymałość elementów.