Magdalena Mazur

Magdalena Mazur
Politechnika Częstochowska
[email protected]
Własności zmęczeniowe stali drobnoziarnistej w zakresach ultra-wysokocyklowych
(pomiędzy 107 – 1011 cykli)
Zadaniem realizowanego zakresu prac badawczych jest poszerzenie informacji na temat
wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali drobnoziarnistych. Wyniki badań
przedstawią charakterystykę zachowania się badanych materiałów w zakresie > 107 liczby
cykli.
Informacje o wytrzymałości zmęczeniowej materiału nabierają istotnego znaczenia
w rozwiązywaniu ogólnego problemu poprawy niezawodności oraz trwałości współczesnych
maszyn i konstrukcji1, w dobie dynamicznego rozwoju techniki. Analiza przyczyn uszkodzeń
elementów maszyn i konstrukcji wykazuje, że większość ponad 80% wszystkich przypadków
pękania jest spowodowany zmęczeniem. Zmęczenie materiału jest procesem ciągłego
gromadzenia uszkodzeń tworzących się w odpowiednio długim czasie pod wpływem
zmiennych naprężeń mechanicznych powodującym zarodkowanie i rozprzestrzenianie
(propagację) pęknięcia, kończącym się zniszczeniem materiału2.
Podstawę do oceny
trwałości zmęczeniowej materiałów stanowi kompleksowa analiza całego procesu
zmęczeniowego3.
Podstawowe charakterystyki zmęczeniowe otrzymuje się po wyznaczeniu krzywej
zmęczeniowej, która jest graficznym przedstawieniem zależności między poziomem naprężeń
σ (lub odkształceń ε) a trwałością zmęczeniową N w próbach wykonywanych w jednakowych
warunkach (liczba cykli, rodzaj próbek). Wykorzystując diagram Wőhlera można określić
granicę zmęczenia badanych materiałów4.
Zapotrzebowanie na wyniki zmęczeniowe stali drobnoziarnistych zgłaszają konstruktorzy
szukający nowych zastosowań stali drobnoziarnistych i wysokowytrzymałych. Wyniki badań
1
Věchet S., Kohout J., Bokůvka O. 2001. Únavové vlastnosti tvárné liatiny, EDIS Žilinská Univerzita
Wyrzykowski J.W., Pleszakow E., Sieniawski J. 1999. Odkształcanie i pękanie metali. Wydawnictwo
Naukowo-Techniczne
3
Mroziński S. 2008. Stabilizacja własności cyklicznych metali i jej wpływ na trwałość zmęczeniową.
Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego. Bydgoszcz 2008
4
Miková K., Nový F., Trško L., Bokůvka O. 2012: Únavová životnosť mikrolegovaných ocelí pre potrubia
určené na transport zemného plynu. In: , SEMDOK 2012. 17th International of PhD. Students' Seminar. Zilina
- Terchova, Slovakia 2012
2
będą podstawą do określenia nowych zastosowań tych materiałów i wykorzystania ich
w konstrukcji elementów produkowanych naczep i maszyn rolniczych, w celu zwiększenia
ich niezawodności i obniżenia masy własnej.
Realizowany temat pracy badawczej związany jest z zastosowaniem nowych
materiałów do produkcji przyczep i naczep samochodowych (przemysł samochodowy).
Wysokocyklowe badania zmęczeniowe stali Hardox, Docol i Domex dadzą odpowiedź na
pytanie czy materiał ten będzie charakteryzował się odpowiednimi właściwościami
zapewniającymi długotrwały okres eksploatacji produkowanych samochodów. Temat pracy
jest wynikiem zapotrzebowania przemysłu na informacje o własnościach zmęczeniowych
podczas wzmożonej eksploatacji obiektów technicznych. Zastosowanie nowego materiału ma
na celu obniżenie masy własnej środka transportowego przy zachowaniu pozostałych
parametrów technicznych, co w znacznym stopniu ma wpłynąć na obniżenie kosztów
eksploatacyjnych samochodów ciężarowych. Dodatkowo informacje na temat możliwości
wykorzystania wybranych powłok galwanotechnicznych na elementy konstrukcyjne
zabudowy i ich wpływu na własności eksploatacyjne (zmęczeniowe) elementów
konstrukcyjnych samochodów ciężarowych. W badaniach wykorzystano nową, innowacyjną
metodę badawczą opracowaną przez Uniwersytet Żyliński, z wykorzystaniem rezonansowej
maszyny zmęczeniowej KAUP-ZU. To rezonansowe oprzyrządowanie eksperymentu
umożliwia wykonanie badań zmęczeniowych przy symetrycznym obciążeniu próbki (R= -1),
przy częstotliwości f ≈ 20kHz w temperaturze T = 20 ± 10oC. W celu poznania charakteru
procesu zmęczenia badanych materiałów
przeprowadzone zostaną również badania
fraktograficzne przełomów zmęczeniowych5. Badania te prowadzone będą z wykorzystaniem
skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) Tescan II.
Zastosowanie wyników badań charakterystyki stali drobnoziarnistych daje możliwość
zwiększenia ich wykorzystania w konstrukcjach samochodowych i nie tylko. Badania
zmęczeniowe w zakresie wysokocyklowym i ultra wysokocylkowym nabierają coraz
większego znaczenia w związku ze zwiększoną eksploatacją wytwarzanych maszyn
i
urządzeń.
Dzięki
realizacji
pracy
powstanie
sieć
wymiany
wiedzy
między
przedsiębiorstwami i ośrodkami badawczymi. Propagowanie wyników eksperymentu, oraz
ich publikacja mogą posłużyć również jako promowanie korzyści uczestnictwa i angażowania
się podmiotów gospodarczych w międzynarodowe "sieci wymiany wiedzy".
5
Zemandl M. 2006. Fraktografie únavových lomů a její praktické využití při analýze příčin porušení strojních
součástí. In Letná škola únavy materiálov ‘2006. EDIS ŽU Žilina