Projekti / Programi
Izboljšanje lastnosti kovinskih materialov s postopkom podhlajevanja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
podhlajevanje, mikrostruktura, obrabna odpornost, lastnosti, kovine
Raziskovalci (18)
Organizacije (2)
Povzetek
Kljub izjemnemu potencialu in sposobnosti procesov podhlajevanja za izboljšanje lastnosti materialov, so ti procesi še vedno komaj poznani, še toliko manj pa aplicirani v praksi. Poleg tega so metalurške osnove, ki so v ozadju teh procesov nepopolno raziskane, ne v celoti poznane in zelo slabo opisane v literaturi. Glavni razlog je v dejstvu, da je bil razvoj te tehnologije predvsem empiričen in temeljil na principu poizkusa in napake, brez jasnega razumevanja znanstvenih osnov in mehanizmov mikrostrukturnih transformacij, ki jih povzroči podhlajevanje. Podhlajevanje je termičen proces, podoben toplotni obdelavi, vendar z eno veliko razliko. Konvencionalna toplotna obdelava je že vseskozi sestavni del razvoja materiala, medtem ko podhlajevanje to ni. Kot tako, se podhlajevanje uporablja predvsem kot poizkus reševanja obstoječih problemov oz. zgolj pri nekaterih materialih in na podlagi pozitivnih izkušenj. To je v mnogih primerih privedlo do napačne uporabe postopkov podhlajevanja in s tem do nekonsistentnosti rezultatov.
Glavni cilj projekta je preiti s pristopa poizkusa in napake na znanstveno podrprt razvoj ter pridobiti poglobljeno fundamentalno znanje o tehnologijah podhlajevanja in njihovega vpliva na lastnosti materiala, vključno z mikrostrukturnimi mehanizmi in transformacijami ter z njimi povezanimi spremembami lastnosti. Pridobitev in poglobitev fundamentalnega znanja je ključno za pripravo jasnih navodil oz. smernic, poznanih pri klasičnih postopkih toplotne obdelave, ter za razvoj standardnih in bolj robustnih postopkov podhlajevanja s precej bolj predvidljivimi rezultati pri industrijski uporabi, predvsem pri večjih in težjih komponentah. Cilj predlagane raziskave je tudi zagotoviti bolj zanesljiv pristop in poglobljeno razumevanje korelacij med mikrostrukturnimi spremembami in lastnostmi. Na ta način se bodo odprle nove možnosti dodatnega izboljšanja lastnosti materialov, izboljšanja oz. doseganja povsem novih lastnosti in vplivanja na lastnosti ne zgolj jekel, temveč tudi drugih kovin.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta bodo imeli jasen neposreden vpliv na razumevanje procesa podhlajevanja inženirskih materialov, kar bo omogočilo hitrejši in bolj učinkovit razvoj novih aplikacij. To bo vsekakor pripomoglo k usmeritvi bodočih aplikativnih raziskav dejanskim industrijskim potrebam in povečanju njihovega znanstvenega in tehnološkega nivoja. Z znanstvenega vidika bodo rezultati pripomogli k temeljnemu razumevanju metalurških procesov in transformacij, ki nastopajo v materialu pri procesu podhlajevanja. Seveda je pri tem eden od glavnih problemov izredno široka paleta zelo različnih materialov, ki jih je moč podhlajevati. Prav razumevanje osnov pa bo z znanstveno podprto razlago omogočilo identifikacijo materialov in aplikacij primernih za podhlajevanje.
Za razširitev fundamentalnega znanja, razumevanja in razvoj tehnologij podhlajevanja so potrebne ciljno usmerjene in natančno koordinirane raziskave. Izhodišče je povečati raven znanja, predvsem na področju mikrostrukturnih sprememb (na makro, mikro in nano nivoju), ki potekajo med podhlajevanjem in privedejo do sprememb lastnosti, vključujoč obrabno odpornost, odpornost na utrujanje in korozijo, itd. V našem primeru raziskave ne bodo omejene zgolj na jekla, temveč razširjene tudi na nekatere lahke kovine, kot so aluminijeve, nikljeve in titanove zlitine. Na osnovi pridobljenega fundamentalnega znanja in poznavanja mikrostrukturnih sprememb pa bodo omogočene in stimulirane nadalnje ciljno usmerjene aplikativne raziskave na področju modeliranja, raziskave korelacij, optimizacije postopkov podhlajevanja in njihove integracije v klasične postopke toplotne obdelave.
Izvirnost rezultatov in napredek pričakujemo na naslednjih področjih:
- Poglobljeno poznavanje teoretičnih osnov tehnologije podhlajevanja.
- Določitev optimalnih parametrov podhlajevanja (hitrost ohlajanja, čas podhlajevanja, število ciklov podhlajevanja)
- Numerično modeliranje in simulacija fizikalno-mehanskih lastnosti
- Standardizacija procedure podhlajevanja pri raziskovalnih aktivnostih in industrijski uporabi.
- Integracija postopkov podhlajevanja v proces toplotne obdelave in razširitev uporabe podhlajevanja na celotno področje kovinskih materialov.
Iz tehnološkega vidika je pomembno, da procesi podhlajevanja pridobijo industrijsko relevanco, s čimer se bo povečala njihova implementacija v praksi. Do sedaj uporabljane empirične strategije pri tem nikakor ne pomagajo. Z dvigom tehnološkega razumevanja procesa podhlajevanja pa bo tudi industrija pripravljena uporabiti nove tehnologije. Rezultati raziskav bodo pripomogli k boljšemu razumevanju in poglobljenemu vpogledu v tehnologijo podhlajevanja, kar bo omogočilo maksimalno izkoriščanje učinkov podhlajevanja z namenom izboljšanja lastnosti materiala, s tem pa tudi njihovo industrijsko implementacijo.
Pomen za razvoj Slovenije
Project results will have a clear impact in the knowledge of the deep cryogenic treatment technology, allowing for a faster and more efficient development of new applications. It will obviously help to line the research activities with the industrial needs and to increase their scientific and technological level. From the scientific point of view, it has been already mentioned the lack of full understanding of the metallurgical fundamentals of cryogenic treatments. The added problem in this case is the extremely wide range of very different materials that can be cryogenically treated, thus understanding the basics will help identifying materials and applications susceptible to deep cryogenic treatment in a scientific way.
Clearly oriented and coordinated research activity is necessary to boost the knowledge and the development of the deep cryogenic treatment technology. The starting point is to increase the level of knowledge and above all understanding of the microstructural changes (on macro, micro and nano-level) taking place during deep cryogenic treatment, which are responsible for change in properties, including wear resistance, fatigue properties, corrosion resistance etc. This won’t be limited only to ferrous materials but extended to other non-ferrous materials like aluminium, nickel and titanium alloys. Based on that more efficient applied research activities focussing on modelling, correlations between microstructural changes and properties and process optimization and integration into the standard heat treatment procedure will be stimulated.
The expected progress beyond the state-of-art would be concentrated in these lines:
- deeper knowledge of the theoretical fundamentals of the technology.
- optimal deep cryogenic treatment parameters (cooling velocity, cooling time, number of cryogenic treatment cycles)
- numerical modelling and simulation of physical-mechanical properties
- standardization of deep cryogenic treatment routes used in research activities and in industrial applications.
- further integration of cryogenic and conventional heat treatment processes and expanding cryogenic treatment to other non-ferrous materials.
From the technological point of view, it is important for these treatments to gain industrial relevance in order to increase their implementation in practice. The mostly empiric strategy used so far doesn’t help at all. More and more a solid technological understanding of the process is required before industry will consider the use of a new technology. Through the project activities better knowledge and insight into the deep cryogenic technology will be obtained thus allowing industrial implementation and to get the most out of the use of deep cryogenic temperatures to increase the performance of the materials.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
