Pragnąc mocniejszych i trwalszych metali, badacze nieustannie badają innowacyjne techniki. Jedno z takich przedsięwzięć, zagłębiające się w świat metalurgii, koncentruje się wokół dążenia do ulepszenia właściwości stali, materiału o kluczowym znaczeniu dla naszej nowoczesnej infrastruktury. Od wysokich drapaczy chmur po niezbędne maszyny, stal ma wszechobecną rolę, dlatego jej wytrzymałość i odporność mają ogromne znaczenie. To dążenie do udoskonalenia obróbki stali jest świadectwem nieustępliwego ducha ludzkiego, który przesuwa granice nauk o materiałach, dążąc do postępu, który odbija się echem w różnych gałęziach przemysłu i zastosowaniach.
Badanie prowadzone pod kierunkiem profesora Toshihiko Yoshimury i jego współpracowników, dr Shintaro Yamamoto i Hayato Watanabe z Sanyo-Onoda City University w Japonii, stanowi znaczący krok w dziedzinie obróbki metali. Opublikowane w czasopiśmie „Results in Materials” badania te wprowadzają innowacyjną technikę obróbki metali, wielofunkcyjną kawitację pozytronową i laserową wspomaganą energią magnetyczną (PLMEI-MFC), znacząco poprawiając obróbkę stali Cr–Mo SCM440.
Metoda wykorzystuje wąską dyszę do tworzenia pęcherzyków kawitacyjnych strumieniem wody, a następnie poddaje je działaniu ultradźwięków w polu magnetycznym. Te chmury kawitacyjne są następnie napromieniane wiązkami laserowymi, w tym światłem ultrafioletowym, zwiększając ich wpływ na stal. Włączenie napromieniowania pozytonowego do tego procesu zmienia reguły gry, ponieważ znacznie zwiększa wytrzymałość powierzchniową stali.
Zespół dr Yoshimury odkrył, że małe pęcherzyki WJC wytwarzane przez wąską dyszę były kluczem do osiągnięcia wysokiego naprężenia szczątkowego ściskającego i znacznej twardości stali. „Zastosowanie wąskiej dyszy w procesie powoduje powstawanie małych pęcherzyków WJC, które mają kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiego naprężenia szczątkowego ściskającego i znacznej twardości metalu” – wyjaśnił dr Yoshimura.
Napromieniowanie pozytonami w tym procesie odegrało kluczową rolę w zmianie właściwości stali. „Włączenie napromieniania pozytonami znacznie zwiększyło szczątkowe naprężenie ściskające o 1160 MPa, skutecznie przekształcając naprężenie resztkowe rozciągające w naprężenie ściskające” – powiedział dr Yoshimura. Konwersja ta jest niezbędna do poprawy odporności metalu na zmęczenie i pękanie, przedłużając w ten sposób jego żywotność.
Podejście zespołu badawczego było skrupulatne. Najpierw poddali próbki stali wielofunkcyjnym procesom kawitacji. Następnie zmierzyli naprężenia szczątkowe za pomocą przenośnego aparatu rentgenowskiego, co pozwoliło na precyzyjne określenie zmian wywołanych leczeniem. Następnie oceniono morfologię i chropowatość powierzchni za pomocą trójwymiarowej mikroskopii laserowej, co dało wyraźny obraz ulepszeń na powierzchni stali. Na koniec przeprowadzono pomiary twardości metodą Micro-Vickersa w celu ilościowego określenia poprawy twardości, co jest czynnikiem krytycznym przy określaniu przydatności stali do różnych zastosowań.
Wyniki tego badania to nie tylko krok naprzód w naukach o materiałach; reprezentują skok. Metodologia opracowana przez dr Yoshimurę i jego zespół otwiera nowe możliwości w obróbce metali, oferując sposób na znaczne zwiększenie wytrzymałości i trwałości stali bez pogarszania jakości jej powierzchni. Potencjalne zastosowania tych badań są ogromne, począwszy od przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego po budownictwo i maszyny, gdzie kluczowa jest wytrzymałość, trwałość i niezawodność komponentów metalowych.
Podsumowując, badania profesora Yoshimury i jego zespołu na Uniwersytecie Miejskim Sanyo-Onoda utorowały drogę nowym, innowacyjnym podejściu do obróbki metali. Ich prace świadczą o sile badań naukowych i ich zdolności do napędzania postępu technologicznego.
Odniesienie do czasopisma
Yoshimura, T., Yamamoto, S., Watanabe, H., „Precyzyjne śrutowanie stali Cr – Mo przy użyciu energochłonnej kawitacji wielofunkcyjnej w połączeniu z wąską dyszą i promieniowaniem pozytonowym”, Wyniki w Materiałach 20 (2023) 100463. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rinma.2023.100463.
O autorze
Uniwersytet Miejski Sanyo-Onoda, Japonia
Uzyskał stopień doktora inżyniera na Tokijskim Instytucie Technologii w 1995 roku. Jest specjalistą w dziedzinie inżynierii materiałowej, otrzymał nagrody papierowe od Japońskiego Towarzystwa Próżniowego, Japońskiego Towarzystwa Technologii Strumienia Wody oraz Nagrodę za Kreację Technologii od Japońskiego Stowarzyszenia Inżynierów Mechaników.
