2.4. Pracownia Badań Właściwości Materiałów i Wyrobów

osoba odpowiedzialna za pracownię

dr hab. Rafał Reizer, prof. UR

budynek A0, skrzydło B1, pokój 338

tel. 17 851 85 82

email: rreizer@ur.edu.pl

Pracownia jest jednostką strukturalną wchodzącą w skład Laboratorium Inżynierii Wytwarzania. Zadaniem Pracowni, jak i całego Laboratorium jest prowadzenie prac o charakterze badań podstawowych i stosowanych w zakresie zaawansowanych technologii z obszaru budowy i eksploatacji maszyn oraz inżynierii materiałowej (także inżynierii biomateriałów). Wyniki prac badawczych także będą wykorzystywane przez nauczycieli akademickich w przekazywaniu wiedzy podczas prowadzenia wykładów dla studentów Kolegium Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Rzeszowskiego. Pełne wyposażenie Pracowni w aparaturę badawczą będzie też służyć studentom w procesie dydaktycznym, realizowanym podczas ćwiczeń laboratoryjnych, zwłaszcza takich przedmiotów jak: wytrzymałość materiałów i mechanika techniczna. Na wyposażenie pracowni składają się następujące urządzenia:

  1. Maszyna wytrzymałościowa z napędem elektrodynamicznym i z oprogramowaniem sterującym  do badań statycznych oraz zmęczeniowych do 25 kN, o częstotliwości 15 Hz.
  2. Młot Charpy’ego, model JB-300B, z energią 150 J i kącie podnoszenia 150o.
  3. Komora temperaturowa o zakresie temp. od -50 do 270 o C.
  4. Twardościomierz uniwersalny, model HBRVD-187.5 z wgłębnikiem Rockwella, Vickersa, Brinella.
  5. Mikrotwardościomierz Vickersa, model HV-1000 D, z obciążeniem w zakresie od 10 G do 1 kG o powiększeniu mikroskopowym 400×.
  6. Myjka ultradźwiękowa o mocy 100 W, pojemność zbiornika 7.3 litra, temperatura pracy w zakresie 20 do 80o C.
  7. Waga analityczna z obciążeniem maksymalnym 1 kG o dokładności odczytu jednego miligrama.
  8. Tester tribologiczny T0-5  (typu rolka-klocek) o podstawowych parametrach: średnica rolki 35 mm, szerokość klocka 6.35 mm, prędkość poślizgu 0.037 – 5.5 m × s-1, obciążenie styku 15 – 315 kG.
  9. Płyta pomiarowa granitowa o wymiarach 1000 × 630 mm oraz pryzmy ustalające.
  10. Kompletna uniwersalna maszyna pomiarowa optyczna 3D wraz z oprogramowaniem.
  11. Profilografometr 3D z głowicą indukcyjną i z igłą pomiarową diamentową wraz z oprogramowaniem do analizy kształtu i chropowatości.

 

Badania naukowe

W Pracowni prowadzone są badania doświadczalne i analityczne pojedynczych elementów maszyn oraz zespołów podlegających obciążeniom zewnętrznym. Ogólnie, elementy maszyn i zespoły będą tu określane jako układy mechaniczne. W klasyfikacji  obciążeń zewnętrznych układu mechanicznego uwzględnia się: siły rozciągające, ściskające, zginające, skręcające, jak również działanie tych sił występujące równocześnie. Do obciążeń zewnętrznych wymienionymi siłami zalicza się także dość często występujące momenty zginające i skręcające.

Skutkiem działania obciążeń zewnętrznych jest powstawanie naprężeń wewnątrz materiału, z którego wykonany jest rozpatrywany układ mechaniczny. Odporność materiału na destrukcyjne działanie obciążeń zewnętrznych, określana jest mianem właściwości wytrzymałościowe materiału. W zakresie badań właściwości wytrzymałościowych materiałów prowadzonych w Pracowni uwzględnia się: wytrzymałość objętościową (odporność na pękanie na wskroś, odporność na skręcanie, odporność na zginanie, odporność na rozciąganie i ściskanie) oraz wytrzymałość kontaktową (odporność warstwy wierzchniej na naciski powierzchniowe).

W badaniach wytrzymałości objętościowej korzysta się z maszyny wytrzymałościowej wymienionej w punkcie 1, młota Charpy’ego i z komory klimatycznej wymienionych w punkcie 2 i 3, prowadząc badania na odpowiednio przygotowanych próbkach. Korzysta się przy tym także z twardościomierza, mikrotwardościomierza oraz z profilografometru, określając właściwe dla tych urządzeń badawczych cechy fizyczne, jak: twardość powierzchniowa, rozkład mikrotwardości na przekroju poprzecznym próbki oraz strukturę geometryczną powierzchni.

W badaniach wytrzymałości kontaktowej podstawowym urządzeniem badawczym jest tester tribologiczny. Przed rozpoczęciem badań tribologicznych, jak też i po badaniach  na próbkach i przeciwpróbkach określa się odpowiednie wymiary liniowe, twardość, mikrotwardość oraz strukturę geometryczną powierzchni. W badaniach tribologicznych z użyciem środka smarnego szczególne znaczenie ma struktura geometryczna powierzchni próbki i przeciwpróbki, stąd też warto wymienić niektóre parametry charakteryzujące tę strukturę, wyznaczone za pomocą profilografometru. Parametrami tymi są: wskaźnik zdolności nośnej powierzchni, wskaźnik zatrzymywania smaru wierzchołkami powierzchni, wskaźnik zatrzymywania smaru dolinami powierzchni, funkcja autokorelacji AACF (Areal Autocorrelation Function), funkcja widmowej gęstości mocy APSD (Areal Power Spectral Density).

Badania analityczne są dopełnieniem badań doświadczanych, jak też badań numerycznych odbywających się przy użyciu standardowych programów komputerowych, lub też własnych programów autorskich. W łączeniu badań numerycznych z badaniami doświadczalnymi oczekuje się pozytywnych wyników, z dużym prawdopodobieństwem przeniesienia ich do rzeczywistych obiektów technicznych.

Biorąc pod uwagę wymienione wyżej możliwości badawcze Pracowni na bazie posiadanej aparatury, w schematycznym skrócie można podać jej gotowość do prowadzenia:

  • badań właściwości wytrzymałościowych materiałów w zależności od technologii wykonania próbek,
  • badań odporności materiałów na zużywanie tribologiczne z uwzględnieniem właściwości warstwy wierzchniej, środka smarnego i parametrów eksploatacyjnych,
  • badań struktury geometrycznej powierzchni w zależności od stosowanej obróbki wykończeniowej (szlifowanie, dogniatanie, honowanie, docieranie),
  • badań numerycznych symulacyjnych z zastosowaniem optymalizacji  wykorzystujących wyniki badań doświadczalnych, a odniesionych do rzeczywistych obiektów technicznych.

Pracownia może też prowadzić zadania badawcze nie wymienione w tej nocie, w zależności od zaistniałych sytuacji, korzystając w takim przypadku z aparatury badawczej udostępnionej przez inne Pracownie, lub też w kooperacji z jednostkami zewnętrznymi.

Prowadzone będą tu również analizy optymalizacyjne dla wyszukiwania korzystnych zestawów parametrów konstrukcji lub kształtów przekrojów. W oparciu o bazę badawczą Pracowni  prowadzone będą badania doświadczalne wspierające i weryfikujące analizy obliczeniowe, symulacje komputerowe, przyjęte założenia i modele. Pracownia będzie prowadzić badania właściwości mechanicznych materiałów, połączeń spawanych, elementów konstrukcji oraz części i zespołów maszyn, przy obciążeniach statycznych i dynamicznych a także badania zmęczeniowe, tribologiczne i badania innych właściwości materiałów (szczególnie lotniczych) i elementów maszyn. Część prac badawczo rozwojowych dotyczyć będzie także procesów nanotribologicznych. Zadania badawcze będą się koncentrować wokół następujących zagadnień:

  • badanie właściwości mechanicznych materiałów
  • badanie właściwości użytkowych elementów maszyn wytwarzanych różnymi niekon­wencjonalnymi metodami technologicznymi,
  • badanie własności tribologicznych w zakresie odporności na zużycie rożnych par ciernych w tym metali i tworzyw sztucznych,
  • badanie zmian w warstwach powierzchniowych elementów węzłów kinematycznych po badaniach stanowiskowych i eksploatacyjnych,
  • badania charakterystyk pracy węzłów kinematycznych,
  • badania zmian stanu (składu chemicznego i właściwości) warstwy wierzchniej elementów węzłów kinematycznych w wyniku procesów eksploatacyjnych.