WPROWADZENIE
Jedną z kluczowych tendencji współczesnej inżynierii
materiałowej jest poszukiwanie możliwości poprawy trwałości
eksploatacyjnej narzędzi roboczych wykorzystywanych
w procesach przeróbki plastycznej i ubytkowej na drodze zabiegów
obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Zagadnienie to
jest szczególnie istotne w przypadku procesów, w trakcie których
obrabiane są materiały trudnoodkształcalne, takie jak np.
stopy utwardzane wydzieleniowo (CuTi, CuCrZr). Jedną z takich
metod jest proces wyciskania na prasie metodą KOBO. W metodzie
tej, elementem kształtującym materiał i jednocześnie
najbardziej narażonym na zużycie jest matryca. Wytrzymałość
i trwałość matrycy jest zatem elementem kluczowym
i w dużym stopniu determinuje możliwość wyciskania danego
materiału. Efektami pracy są: podniesienie trwałości użytkowej
matrycy oraz umożliwienie przeróbki materiałów, których
wyciskanie w chwili obecnej jest utrudnione lub wręcz niemożliwe.
W efekcie przeprowadzonych badań opracowane zostały
warianty obróbki umożliwiające podniesienie odporności na
zużycie elementów kształtujących prasy KOBO. Przeprowadzone
badania potwierdziły możliwość przeróbki materiałów
trudnodkształcalnych dzięki zastosowanej obróbce oraz jej
wpływ na poprawę trwałości eksploatacyjnej matrycy.
METODYKA BADAŃ
Opracowano 5 wariantów obróbki celem ustalenia wpływu
obróbek na trwałość i wytrzymałość matryc ze stali narzędziowej
do procesu wyciskania. Pierwszy wariant opierał się na
Rys. 1. Schemat wariantów połączeń obróbki cielnej i cieplno-chemicznej
próbek ze stali narzędziowej
Fig. 1. Diagram of variants of combinations of heat treatment and
thermo-chemical treatment of tool steel
9
Rudy Metale 2018, R. 63, nr 10
klasycznie stosowanej obróbce dla tych narzędzi, polegającej
na hartowaniu i odpuszczaniu. Wariant ten był wariantem referencyjnym.
Zestawienie wszystkich analizowanych wariantów
przedstawiono na rysunku 1.
WYTWARZANIE MATERIAŁU BADAWCZEGO -
więcej »
WPROWADZENIE
Proekologiczna polityka Unii Europejskiej wywiera silny wpływ
na przemysł energetyczny w krajach członkowskich w aspekcie
zmniejszenia emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Skutkuje to
modernizacją istniejących bloków energetycznych oraz budową
nowych na parametry AUSC (ang. Advanced Ultra Super Critical)
[4, 6]. Podwyższenie parametrów pary pozwala na zwiększenie
sprawności kotła nawet do 50% dla bloków nowobudowanych
oraz na zmniejszenie emisji szkodliwych gazów (rys. 1) [13].
Na zwiększenie parametrów wpływają tzw. krytyczne elementy
kotła, które pracują w wysokiej temperaturze i agresywnych
warunkach. Elementy krytyczne kotła to m.in. wężownice
i komory przegrzewacza pary, a także ściany szczelne. Dotychczas
stosowanymi materiałami na elementy pracujące w ciężkich
warunkach środowiskowych były stale nisko- i średniostopowe:
13CrMo4-5, 10CrMo9-10 raz stale stopowe o strukturze
martenzytu: X10CrMoVNb9-1 [5, 12]. Wzrost parametrów pary
do 680°C dyskwalifikuje powyższe materiały ze względu na ich
brak wytrzymałości w wysokiej temperaturze. Dobrym rozwiązaniem
jest stosowanie żaroodpornych stali o strukturze
austenitycznej, np. TP347HFG lub SUPER 304. Jednakże pomimo
ich dobrej odporności na korozyjne działanie gazów w podwyższonej
i wysokiej temperaturze, nie posiadają tak dobrej
wytrzymałości na obciążenia mechaniczne jak stopy niklu [2, 12].
Jednym ze stopów niklu jest umacniany roztworowo stop
Inconel 617 z grupy Ni-Cr-Mo-Co. Skład chemiczny oraz mechanizm
umocnienia powodują wysoką odporność stopu na
pełzanie oraz odporność na korozję wysokotemperaturową [8].
[ ]
[ ]
16
Rudy Metale 2018, R. 63, nr 8
Chrom oraz aluminium decydują o jego dobrej odporności na
utlenianie wysokotemperaturowe, natomiast molibden i kobalt
zwiększają właściwości mechaniczne [7]. Inconel 617 był
jednym z materiałów badawczych w ramach niemieckiego projektu
badawczego "FDBR02" oraz "DE-4", koordynowanego
przez grupę roboczą CO więcej »
WSTĘP
Odkrycie tytanu miało miejsce pod koniec XVIII w. w Kornwalii
przez angielskiego pastora, chemika i geologa Williama
Gregora. Cztery lata później niemiecki chemik Martin Heinrich
Klaproth potwierdził fakt ujawnienia nowego pierwiastka nazywając
go tytanem [7]. Tytan metaliczny pozyskano z kolei
dopiero z początkiem XX w., ponad wiek później, według
metody opracowanej przez M. Huntera. Przemysłowy rozwój
produkcji tytanu umożliwiła jednakże technologia zaproponowana
przez J. Krolla w roku 1932 (redukcja TiCl4 magnezem
w atmosferze gazu szlachetnego), jakkolwiek do końca II wojny
światowej tytan pozostawał metalem laboratoryjnym [7].
Pomimo wielu prób, np. metoda FFC, proces Krolla pozostaje
do dziś najbardziej efektywnym i powszechnie stosowanym
sposobem otrzymywania tytanu metalicznego. Rozwój technologii
i możliwości otrzymywania tytanu przyczynił się do
zwiększenia światowej podaży surowców pierwotnych tytanu.
W latach 1920-1930 pozyskiwano łącznie od ok. 4,5 tys. t
do 50 tys. t koncentratów ilmenitowych (FeTiO3), w czym największy
udział miały Indie zapewniając 60-80% podaży [7].
Ujawnione w obliczu wojen światowych strategiczne znaczenie
tytanu dla przemysłu lotniczego i obronnego, skutkowało
niezwykle szybkim wzrostem produkcji tego surowca. W połowie
wieku XX produkowano 800-900 tys. t koncentratów
ilmenitowych, co odpowiada niemal 20% rocznym przyrostom
w odniesieniu do roku 1920. Późniejsza dynamika wzrostu
produkcji znacznie osłabła, niemniej do przełomu lat 80. i 90.
odnotowywano 5% roczne zwyżki. Pojawili się nowi, wiodący
producenci, najpierw USA, potem Australia i RPA. W wieku XXI
podaż pierwotnych surowców tytanu (koncentratów ilmenitu
i rutylu (TiO2) oraz żużli tytanowych) wzrosła z 4,5 mln t w roku
2000 do 6,5-7,0 mln t w roku 2016 [4]. Bieżąca produkcja
skupia się w ok. 15 krajach, a liderują pod względem wielkości
wytwórczości: RPA, Chiny, Australia, Kanada i Mozambik.
Tytan to wysoce odporny na kor więcej »
WIADOMOŚCI IMN  SITMN  IGMNiR
IMN LIDEREM PROJEKTU NR POIR.04.01.04-00-
0094/17 PT. "NOWA INNOWACYJNA TECHNOLOGIA
COLDTRIBRAZE DO WYTWARZANIA LUTOWNICZYCH
MATERIAŁÓW WARSTWOWYCH ZAWIERAJĄCYCH
SPOIWA NA BAZIE SREBRA NA DRODZE
WALCOWANIA PLATERUJĄCEGO NA ZIMNO"
Instytut Metali Nieżelaznych został liderem w projekcie pt.
"Nowa innowacyjna technologia COLDTRIBRAZE do wytwarzania
lutowniczych materiałów warstwowych zawierających
spoiwa na bazie srebra na drodze walcowania platerującego
na zimno" o akronimie TRIBRAZE. Kierownikiem projektu jest
dr inż. Wiesław Kazana.
W ramach projektu przeprowadzone zostaną badania
służące opracowaniu efektywnego energetycznie oraz ekonomicznie
procesu otrzymywania lutowniczych materiałów
warstwowych na drodze walcowania platerującego na zimno.
Efekt realizacji projektu ukierunkowany jest głównie na
innowację procesową. Jako główny cel podejmowanych działań
w zakresie procesowym jest opracowanie innowacyjnej,
kompleksowej technologii produkcji lutowniczych materiałów
warstwowych na bazie srebra wraz z budową linii pilotażowej.
Założenia techniczne procesu przewidują połączenie cząstkowych
procesów wytwórczych w jeden zintegrowany proces.
Zastąpienie stosowanych do tej pory procesów jednostkowych
wykorzystywanych, jako autonomiczne ogniwa łańcucha procesowego
w znaczący sposób wpłynie na obniżenie strat materiałowych
oraz energetycznych. Zastosowanie proponowanej
technologii pozwoli również na uproszczenie oraz skrócenie
cyklu produkcyjnego, co wiąże się z uzyskaniem zdecydowanie
lepszych wskaźników techniczno-ekonomicznych całego
procesu. W aspekcie produktowym technologia ta umożliwi
produkcję szerszego asortymentu spoiw warstwowych o podwyższonym
poziomie właściwości użytkowych. Osiągnięcie założonego
celu projektu będzie realizowane poprzez wzajemnie
uzupełniające się działania kompleksowe, których elementami
składowymi są właściwie sprecyzowane założenia projektu
i jego e więcej »
WPROWADZENIE
Klasyczne podejście do projektowania stopów metali zakłada,
że jeden składnik występuje w nich jako główny, natomiast
reszta w mniejszych ilościach dodawana jest jako dodatki stopowe,
celem uzyskania pożądanych właściwości. W stopach
o wysokiej entropii (ang. High Entropy Alloys, w skrócie HEA)
występuje natomiast kilka równoważnych składników (najczęściej
od pięciu do trzynastu), które są zmieszane w ok. równo-
-atomowych ilościach [20]. Aby poprawnie zdefiniować stopy
o wysokiej entropii i określić zasady ich projektowania, koniecznym
jest także zrozumienie zjawiska entropii konfiguracyjnej
procesu mieszania składników stopu. Stopy te charakteryzują
się wysoką wartością entropii konfiguracyjnej ΔSc > 1,61R,
rozumianej jako statystyczna miara możliwych konfiguracji
ułożenia atomów w sieci krystalicznej, która stabilizuje fazę
roztworu stałego [6, 3]. Dla roztworu doskonałego zmiana
entropii konfiguracyjnej przedstawiona jest równaniem [3]:
(1)
gdzie:
R - uniwersalna stała gazowa
xi - udział składnika i
Dla składu równo-atomowego, wartość entropii konfiguracji
można określić korzystając z zasady Boltzmanna:
(2)
gdzie:
k - stała Boltzmanna
w - liczba możliwych konfiguracji układu
R - uniwersalna stała gazowa
n - liczba składników
Wartość entropii konfiguracyjnej wyznacza graniczne ilości
składników w stopach równo-atomowych o wysokiej entropii,
co przedstawiono na rysunku 1.
Często uważano, że stopy składające się z kilku elementów
zmieszanych w ilościach ok. równo-atomowych tworzą skomplikowane
i kruche mikrostruktury, a zatem nie prowadzono
szerokich badań w tym zakresie. Naprzeciw temu założeniu
stwierdzono, że zjawisko wysokiej entropii od którego stopy
wzięły swoją nazwę, odgrywa ważną rolę w upraszczaniu mikrostruktur
tak, że składają się w przeważającej części z prostych
faz roztworu stałego ze strukturami ściennie centrowaną
oraz przestrzennie centrowaną. Dolna granica pięciu składników
wyzn więcej »