Na vývoj inovatívneho technologického postupu povrchového spracovania nástrojových ocelí je zameraný projekt s názvom „Zlepšenie oteruvzdornosti povrchu nástrojových ocelí pomocou laserového kalenia v kombinácii s hlbokým kryogénnym spracovaním“. Projekt si dáva za cieľ zlepšenie mechanických vlastností nástrojových ocelí, najmä odolnosti voči opotrebeniu pri náročných trecích aplikáciách a taktiež aj zníženie energetických a časových strát potrebných pre zušľachtenie týchto ocelí v porovnaní s konvenčným tepelným spracovaním.
„Nástrojové ocele patria ku špičkovým výrobkom oceliarskeho priemyslu, sú určené pre výrobu obrábacích nástrojov a časti mechanizmov určených pre náročne cyklické trecie procesy, ako sú: lisovacie formy, strižné nástroje, rezné nože, nástroje pre tvárnenie, frézy a atď. Požadované finálne vlastnosti materiálu, najmä tvrdosť pri zachovaní húževnatosti, sa dosahujú v procese zušľachťovania, ktorý zahŕňa kombináciu termického kalenia a popúšťania. Počas kalenia sa v materiáli dosahuje martenzitická štruktúra, ktorá zabezpečuje tvrdosť a pevnosť materiálu, ale zároveň prítomnosť vysokých vnútorných napätí znižuje jeho húževnatosť. Za účelom odstránenia alebo zníženia vnútorných napätí nasleduje ihneď po kalení proces popúšťania, vďaka ktorému sa upravujú mechanické vlastnosti výrobku na požadované hodnoty,“ uvádzajú riešitelia projektu, ktorými sú Mgr. Ivan Petryshynets, PhD. a RNDr. František Kováč, CSc., Divízia kovových systémov, Ústav materiálového výskumu SAV.
Ich ciele sú v prvom rade zamerané na analýzu kinetiky a profilu fázových transformácii v laserovo kalenej a nasledovne aj krýogenne spracovanej povrchovej vrstve skúmaných ocelí. „Zároveň sa zameriame aj na analýzu vplyvu modifikovanej mikroštruktúry a subštruktúry na profil tvrdosti a oterovzdornosti týchto ocelí pripravených nami navrhovaným postupom.“
Daný projekt bol schválený v rámci bilaterálnej spoločnej výzvy medzi Slovenskou akadémiou vied (SAV) a Národnou akadémiou vied Ukrajiny (NASU). Spoluprácu slovenský vedci realizujú s Ústavom fyziky kovov G. V. Kurdyumova, Národnej akadémie vied Ukrajiny v Kyjeve.
„V doterajších etapách riešenia projektu boli stanovené požadované chemické zloženia experimentálnych ocelí, ktoré spĺňajú požiadavky ako na povrchové laserové kalenie, tak aj na kryogénne spracovanie. Postupne na vzorkách z týchto ocelí bolo zrealizované tepelné spracovanie konvenčným spôsobom, boli analyzované ich mikroštruktúrne parametre a mechanické vlastnosti, najmä tvrdosť a odolnosť voči opotrebeniu prostredníctvom tribo testov. Zároveň na partnerskom pracovisku v Kyjeve boli stanovené optimálne teploty austeniticko-martenzitickej transformácie skúmaných ocelí v stave po kalení prostredníctvom detekcie vnútorného trenia medzi jednotlivými fázami v rozsahu teplôt od -196 °C do 20 °C,“ vysvetľujú tvorcovia projektu. Následne boli po klasickom konvenčnom kalení ocele experimentálne spracované pri stanovených kryo teplotách. Paralelne boli na pracovisku SAV uskutočnené experimenty s účelom modifikácie povrchových štruktúr prostredníctvom laserového kalenia.
V terajšej fáze riešenia projektu jeho realizátori vyhodnocujú a analyzujú mikroštruktúrne a subštruktúrne parametre, ako aj mechanické vlastnosti experimentálnych ocelí, ktoré boli získané po klasickom kalení v kombinácii s kryogénnym spracovaním a taktiež aj po laserovo povrchovom spracovaní. V tejto etape majú za ciel zistiť vplyv jednotlivých technologických krokov spracovania materiálov na vývoj transformačných procesov a stav mikroštruktúry ovplyvňujúcej ich finálne mechanické vlastnosti.
„Pre úspešné vyriešenie projektu potrebujeme v priebehu roka spracovať skúmané materiály nami navrhovaným postupom. Najprv potrebujeme spracovať povrch vzoriek podľa doteraz zistených optimálnych technologických parametrov laserového lúča s cieľom dosiahnutia požadovaného podielu austeniticko – martenzitickej fázy. Po tomto procese bude nasledovať kryogénne spracovanie pri vhodnej teplote austeniticko-martenzitickej transformácie. V závere projektu na takto spracovaných materiáloch budeme analyzovať ich mikroštruktúrne parametre a mechanické vlastností,“ konštatovali autori projektu.
V technickej praxi (ťažobný priemysel, spracovanie odpadov, drvenie materiálov, spracovanie dreva, lisovanie) sú podľa nich nástroje navrhované na základe tvrdosti a obsahu legujúcich prvkov, čo je často neproduktívne. „Preto je nutné objasniť vplyv štruktúr, karbidov a chemicko-tepelného spracovania materiálov určených pre návrh nástrojov pre prácu v abrazívnych podmienkach. Prínosom tejto práce je určenie mechanizmu opotrebenia viac typov štruktúr materiálov a návrh alternatívneho tepelného spracovania nástrojov za účelom ich vyššej výkonnosti a životnosti. Skúma sa možnosť laserovej úpravy povrchov nástrojov v kombinácii z kryogénnym spracovaním za účelom dosahovania lepších mechanických vlastností materiálov.“
Z hľadiska ekonomického sa podľa dvojice autorov určia také tepelné postupy spracovania, ktoré potrebujú čo najmenej etáp spracovania hlavne u rozmerovo a geometricky neštandardných súčiastok.
Informácie poskytol: Mgr. Ivan Petryshynets, PhD.
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR
Ilustračné foto: Pixabay.com /analogicus; Free-Photos/
Uverejnila: VČ