Návrh chladicího zařízení pro tepelné zpracování je vícestupňový výzkumný proces, který zahrnuje numerické simulace pomocí transformačních diagramů k popisu a přesnému určení optimálního chladicího režimu. Termofyzikální vlastnosti tepelně zpracovaného materiálu a znalost součinitele přestupu tepla mezi chlazeným produktem a chladicím médiem (většinou voda) jsou vstupy pro numerické simulace, které předpovídají teplotní pole v tepelně zpracovaném výrobku. Návrh optimálního chladicího systému a jeho testování se provádí pomocí laboratorních měření v poloprovozních podmínkách blízkých procesu výroby. Konečné mechanické vlastnosti tepelně zpracovaného výrobku jsou ověřovány pomocí metalografické studie a analýzy mechanických vlastností, jako je měření tvrdosti, vrubové houževnatosti nebo tahových zkoušek atd. Typické aplikace jsou tepelné zpracování trubek, kolejnic, kol a plochých výrobků, jako jsou plechy a desky.

Laboratoř je vybavena unikátními experimentálními zařízeními, které umožňují komplexní studium chladicích procesů co nejblíže skutečným procesům. Laboratorní zařízení umožňuje stříkání na pohybující se vzorek různých tvarů a rozměrů (deska, trubka, válec, kolejnice atd.), které jsou osazeny termočlánky. Záznamenání změřených teplot (10 kHz pro každý kanál) spolu s vlastním vyvinutým pokročilým softwarem pro inverzní výpočty umožňuje podrobné určení součinitele přestupu tepla.

Více informací je k dispozici na: https://www.heatlab.cz/research/heat-treatment/

Optimalizace chlazení pro dosažení lepší rovnosti plechů během tepelného zpracování

Tepelné zpracování je často spojeno s nežádoucími tepelnými napětími a deformacemi. Znalost součinitele přestupu tepla a vlastností materiálu (tepelných a mechanických), získaných laboratorními měřeními, umožňuje provádění tepelně-napěťových numerických simulací (např. Ansys nebo Comsol Multiphysics) k předpovědi a optimalizaci zbytkových napětí a deformací finálního produktu. Práce na tepelném zpracování kovů a slitin je kombinací experimentů, pokročilé simulace a kontinuální optimalizace.

Laboratoř nedávno vyvinula software, který předpovídá deformaci plechu po složitém chladicím procesu (chlazení na výběhové stolici následované navíjením a nakonec chlazením svitků na dvoře). Tato simulace používá pokročilé výpočetní modely (vysoké plastické deformace, diagramy z tahových zkoušek, TTT diagramy atd.) k předpovědi reakce různých materiálů na chladicí proces. Umožňuje předpovědět zbytková napětí a deformace ve finálních produktech, které jsou kritickými faktory při určování finální kvality a mechanických vlastností produktu. Výsledky se používají k optimalizaci procesu tepelného zpracování, při kterém se upravují proměnné, jako je teplota, rychlost chlazení a průtok chladiva, aby byla dosažena co nejlepší možná kvalita.

Simulace deformace ocelového pásu na výběhovém úseku při tepelném zpracování – tvorba zvlněných okrajů

Tepelné zpracování super slitin po 3D tisku (Titan, Inconel)

Laboratoř se zaměřuje na tepelné zpracování super slitin, jako jsou slitiny Titanu a Inconelu, vyrobených 3D tiskem. Cílem je optimalizovat mikrostrukturu a mechanické vlastnosti těchto materiálů, které jsou kritické pro jejich použití v leteckém průmyslu.

Výzkum tepelného zpracování slitiny titanu TiAl6V4 po 3D tisku pomocí SLM (Selective Laser Melting) zahrnuje několik kroků. Nejprve jsou připraveny testovací vzorky ze slitiny titanu TiAl6V4 pomocí SLM. Na těchto vzorcích jsou provedeny analýzy mechanických vlastností a struktury. Poté jsou tepelně zpracovány. Mechanické vlastnosti a struktura tepelně zpracovaných vzorků je porovnána s vlastnostmi získanými z nezpracovaných vzorků. Následuje optimalizace režimu tepelného zpracování a ochranné atmosféry minimalizující oxidaci a degradaci materiálu. Cílem je najít ideální kombinaci žíhání a stárnutí pro přípravu dvoufázové struktury α/β.

Tepelné zpracování slitiny Inconel IN718 zahrnuje přípravu vzorků ze slitiny Inconel IN718 pomocí aditivní výroby. Tyto díly jsou tepelně zpracovány podle normy AMS 5664, která zahrnuje dvě fáze: Fáze I: “žíhání” v ochranné atmosféře argonu nebo dusíku a Fáze II: “stárnutí” za podmínek definovaných normou. Tepelně zpracované díly jsou mechanicky testovány pro ověření dosažení požadovaných mechanických vlastností.