AUTOREFERAT przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych w języku polskim Dr inż. Marek Wojtaszek

Transkrypt

1 AUTOREFERAT przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych w języku polskim Dr inż. Marek Wojtaszek Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Plastycznej Przeróbki Metali Al. Mickiewicza Kraków Kraków, 23 kwiecień 2018

2 Spis treści 1. Imię i nazwisko Posiadane dyplomy i stopnie naukowe Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Wskazanie osiągnięcia naukowego stanowiącego dzieło opublikowane w całości Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo badawczych wnioskodawcy, świadczących o istotnej aktywności naukowej habilitanta

3 1. Imię i nazwisko Marek Wojtaszek 2. Posiadane dyplomy i stopnie naukowe Dyplom doktora nauk technicznych, 2000 r. Akademia Górniczo-Hutnicza; Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej; zakres: Inżynieria Materiałowa Tytuł rozprawy doktorskiej: Wpływ kształtowania na gorąco na własności kompozytów aluminiowych wzmocnionych włóknami ceramicznymi (praca wyróżniona) Promotor: Recenzenci: dr hab. inż. Stefan Szczepanik, profesor AGH prof. dr inż. Jerzy Frydrych prof. zw. dr inż. Stanisław Stolarz Dyplom magistra inżyniera nauk technicznych, 1995 r. Akademia Górniczo-Hutnicza; Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej; kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa Tytuł pracy dyplomowej: Wytwarzanie i własności materiałów kompozytowych na bazie miedzi umocnionej Al 2O 3 Promotor: dr hab. Recenzent: dr hab. inż. Stefan Szczepanik prof. dr inż. Jerzy Frydrych 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych od obecnie od adiunkt w Katedrze Plastycznej Przeróbki Metali, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH w Krakowie asystent w Zakładzie Plastycznej Przeróbki Metali, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej AGH w Krakowie (obecnie Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH ) 3

4 4. Wskazanie osiągnięcia naukowego stanowiącego dzieło opublikowane w całości a) Tytuł osiągnięcia naukowego Moim osiągnięciem naukowym, uzyskanym po otrzymaniu stopnia doktora, stanowiącym znaczny wkład w rozwój dyscypliny naukowej metalurgia, określonym w art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz ), będącym dziełem opublikowanym w całości, jest autorska monografia habilitacyjna pt: Opracowanie i weryfikacja cieplno - mechanicznych parametrów przeróbki plastycznej wyprasek z dwufazowego stopu tytanu b) Autor, rok wydania, nazwa wydawnictwa, recenzenci wydawniczy Autor: Marek Wojtaszek Wydana drukiem przez: Wydawnictwa AGH, 2018, nr 332, Kraków ISSN ISBN Recenzenci wydawniczy: Prof. dr hab. inż. Janusz Łuksza, AGH Dr hab. inż. Bartosz Koczurkiewicz, Politechnika Częstochowska c) Omówienie celu naukowego i osiągniętych wyników Istotny wkład pracy habilitacyjnej w obszarze dyscypliny naukowej "Metalurgia" polega na szczegółowej analizie cieplno - mechanicznych parametrów przeróbki plastycznej na gorąco półwyrobów z dwufazowego stopu Ti-6Al-4V, wytworzonego z zastosowaniem jako materiałów wyjściowych relatywnie tanich proszków pierwiastków elementarnych, a w szczególności na: - opracowaniu metody wytworzenia z proszków elementarnych tytanu, aluminium i wanadu półwyrobu o składzie chemicznym właściwym dla stopu Ti-6Al-4V o wysokiej gęstości względnej i własnościach pozwalających na jego kształtowanie na gorąco, - opracowaniu kombinacji temperatury, prędkości odkształcenia i wielkości odkształcenia korzystnych do realizacji przeróbki plastycznej w zakresie dwufazowym tego tworzywa, w oparciu o testy plastometryczne i MaxStrain oraz na podstawie analizy odkształcalności metodą modelowania dynamicznego, 4

5 - weryfikacji poprawności opracowanych cieplno-mechanicznych parametrów, w oparciu o badania mikrostruktury, modelowanie MES, testy w warunkach laboratoryjnych i próby w warunkach przemysłowych, - jakościowej ocenie polegającej na porównaniu wybranych rezultatów badań stopu Ti-6Al-4V wytworzonego w proponowany sposób oraz powszechnie stosowaną obecnie metodą, tj. z wykorzystaniem procesów odlewania i przeróbki plastycznej, - opracowaniu na podstawie przeprowadzonych badań kompleksowej wiedzy, która może być wykorzystana podczas projektowania procesów przeróbki plastycznej badanego stopu z użyciem urządzeń działających zarówno w sposób statyczny, jak też dynamiczny (np. prasy korbowe lub młoty), a także procesów prowadzonych z zadaniem znacznego całkowitego odkształcenia. Stopy tytanu są stosowane głównie w lotnictwie, motoryzacji, w przemysłach obronnym i stoczniowym oraz w medycynie. Ich najważniejsze zalety to niski ciężar właściwy, wysoka wytrzymałość, odporność na pękanie i na korozję oraz wytrzymałość zmęczeniowa. Niektóre z nich zachowują wysoką wytrzymałość w warunkach dynamicznych obciążeń, inne są biozgodne i odporne na korozję w środowisku biologicznym. Do wad tytanu i jego stopów zalicza się niskie przewodnictwo cieplne, trudności z ich obróbką skrawaniem i wysoki koszt. Z tego ostatniego powodu ze stopów tytanu wytwarzane są przede wszystkim elementy wysoko odpowiedzialne, jak konstrukcje dla lotnictwa i implanty, natomiast pozostałe produkty są wykonywane w limitowanych ilościach. Znaczącą większość konstrukcyjnych stopów tytanu stanowią stopy dwufazowe α + β. Spośród nich najczęściej stosowany w technice jest stop Ti-6Al-4V, który przy odpowiednio dobranych cieplno - mechanicznych parametrach można kształtować plastycznie na gorąco. Obecnie do wytwarzania w procesach przeróbki plastycznej elementów konstrukcji ze stopów tytanu wykorzystuje się półprodukt otrzymany metodą odlewania, zwykle w postaci przetworzonego plastycznie odlewu. Jednak coraz częściej podejmowane są badania nad wprowadzeniem w jego miejsce tworzywa otrzymanego metodą metalurgii proszków. Takie podejście daje możliwość obniżenia kosztów produkcji, w wyniku wykorzystania taniego materiału wyjściowego i realizacji bezodpadowych procesów. Dlatego wiele prowadzonych w ostatnich latach prac badawczych w dziedzinie metalurgii proszków dotyczy innowacji przy wytwarzaniu wyrobów na bazie tytanu, w tym stopu Ti-6Al-4V. Podejmując decyzję o wprowadzeniu do procesu wytwarzania stopów tytanu metody metalurgii proszków i biorąc przy tym pod uwagę względy ekonomiczne, należy uwzględnić sposób wytworzenia proszku. Do wykonania stopów tytanu można stosować proszki stopowe lub mieszaniny proszków elementarnych. Proszki stopowe produkowane są przez rozpylanie ciekłego stopu o wymaganym składzie chemicznym. W przypadku mieszanin składniki stopowe wprowadza się do proszku tytanu stosując mieszanie lub mielenie. Właściwości 5

6 wyrobów z proszków stopowych są zwykle wysokie i stabilne, jednak koszt produkcji proszków jest bardzo duży. Otrzymanie produktu ze stopów tytanu na bazie mieszaniny proszków jest relatywnie proste i znacząco tańsze. Dysproporcja cen powoduje, że prowadzone w tym obszarze badania są ukierunkowane na stosowanie ekonomicznych mieszanin, gdyż takie podejście daje realne szanse na wdrożenie technologii. Stosując metodę metalurgii proszków wytwarzać można gotowe wyroby lub półprodukty do dalszego przetwórstwa. Przeróbka plastyczna wyprasek ze stopów tytanu jest zwykle realizowana w procesach kucia matrycowego, walcowania lub wyciskania. Jej stosowanie znacznie rozszerza zakres możliwych do otrzymania kształtów produktu. Może też prowadzić do zwiększenia gęstości względnej wyrobów. Do tych stopów tytanu, które w stanie po sprasowaniu nadają się do dalszego przetwórstwa w procesach przeróbki plastycznej, należy stop Ti-6Al-4V. Zaletą jego kształtowania plastycznego w kontrolowanych warunkach jest możliwość wpływu na stan mikrostruktury, a przez to na własności wyrobu. Jednak do realizacji tego celu konieczna jest znajomość parametrów, których stosowanie zapewni odpowiednią plastyczność i umożliwi uzyskanie pozbawionego wad produktu, o założonym kształcie i własnościach. O ile dla stopu Ti-6Al-4V w formie powszechnie stosowanego w technice przetworzonego plastycznie odlewu wiedza ta jest dobrze usystematyzowana i szeroko dostępna, o tyle w przypadku półwyrobów w postaci wyprasek z proszków elementarnych brak jest kompleksowych informacji na ten temat. Dostępne w literaturze dane są wybiórcze i niekompletne. Jednak, prowadząc analizę literatury tematycznej, stwierdziłem że w ostatnich latach prowadzone są w świecie zaawansowane badania nad możliwością zastosowania jako wsadu do przeróbki plastycznej stopów tytanu materiałów otrzymanych metodą metalurgii proszków. Są one realizowane zarówno przez ośrodki naukowe, jak też przez działy badawczo - rozwojowe współpracujące z komercyjnymi firmami zajmującymi się projektowaniem i produkcją elementów z tych tworzyw. Opublikowane informacje na ten temat wykazały, że odpowiednio prowadzone procesy przygotowania wsadu i dobór właściwych warunków jego odkształcania umożliwiają uzyskanie wyrobów o własnościach porównywalnych z przetworzonymi plastycznie odlewami. Potwierdziły też celowość takiego podejścia oraz wskazały na możliwość zastosowania opracowywanych technologii w znacznie szerszej niż obecnie skali. Stwierdziłem przy tym jednak, że zawarte w literaturze informacje nie są wystarczające do uzyskania na ich podstawie kompleksowej wiedzy na temat wpływu zastosowania określonej kombinacji cieplno-mechanicznych parametrów na stan mikrostruktury i w konsekwencji na własności wyrobów, niezbędnej do projektowania technologii wytwarzania z proszków tytanu elementów konstrukcyjnych o wysokiej jakości. Analizując literaturę dotyczącą zagadnienia i prowadząc przez szereg lat własne badania zauważyłem także, że do uzupełnienia i wzbogacenia wiedzy na temat warunków przeróbki 6

7 plastycznej stopów tytanu, uzyskanej na podstawie wyników eksperymentów, przydatne mogą być metody polegające na modelowaniu. Takie podejście, mimo swojej efektywności, nie jest powszechnie stosowane w odniesieniu do wyrobów wytwarzanych metodą metalurgii proszków. Jako narzędzia służące do realizacji tego celu mogą być użyte między innymi metoda dynamicznego modelowania (DMM), analiza numeryczna metodą elementów skończonych (MES) oraz fizyczne modelowanie procesów odkształcania w ściśle kontrolowanych warunkach. Stosując takie podejście należy jednak wziąć pod uwagę, że niezależnie od metody prowadzenia badań modelowych otrzymane w ten sposób wyniki powinny zostać zweryfikowane. Sposobem na wiarygodną ocenę poprawności wyników modelowania są próby w warunkach przemysłowych. W pracy kompleksowej ocenie poddałem wpływ cieplnych i mechanicznych warunków przeróbki plastycznej na stan mikrostruktury i na własności stopu Ti-6Al-4V otrzymanego metodą metalurgii proszków, z przyjęciem ekonomicznego podejścia. Analizując kierunki prowadzonych w ostatnich latach prac badawczych i ich wyniki, przyjąłem, że zastosowanie jako materiału wyjściowego do badań proszku stopowego jest nieuzasadnione ekonomicznie. Z tego powodu, jako materiały wyjściowe do badań zastosowałem proszki pierwiastków elementarnych; tytanu, wanadu i aluminium. Wsad do produkcji wyrobów ze stopu Ti-6Al-4V jest obecnie standardowo otrzymywany z wykorzystaniem procesów odlewniczych. Przyjąłem, że zestawienie wyników wybranych badań tego tworzywa z rezultatami otrzymanymi dla wyprasek pozwoli na relatywną ocenę ich jakości. Wybrany do porównania stop Ti-6Al-4V został wytworzony metodą odlewania, przetworzony plastycznie w procesie walcowania na gorąco w zakresie występowania fazy i obrobiony cieplnie. Stop w tej formie jest obecnie komercyjnie stosowany do wytwarzania elementów konstrukcji lotniczych. Przy opracowaniu sposobu wytworzenia półproduktu do przeróbki plastycznej przyjąłem założenie, że jego jednorodny skład chemiczny warunkować będą; poprawne zmieszanie proszków, kontrola mieszanin oraz stosowanie sprzyjających homogenizacji metod kształtowania materiału i parametrów ich realizacji. Opierając się na doświadczeniu nabytym w trakcie badań, w tym nad stosowaniem logiki rozmytej do szacowania poprawnych parametrów mieszania, oraz na wynikach prób wyznaczyłem korzystne warunki mieszania komponentów. Proces ten prowadziłem w komorze ceramicznej, w obecności kul wykonanych z węglika wolframu, przez 120 minut i przy prędkości obrotowej 0,9 obr/s. Mieszaninę poddałem kontroli jakości stosując metodę EDS. Stwierdziłem równomierne rozprowadzenie składników mieszaniny, czemu sprzyjało występowanie takich efektów jak nabijanie się na siebie cząstek i ich rozkruszanie. Następnie wytypowałem warunki prasowania, które dały możliwość konsolidacji cząstek proszków, homogenizacji składu chemicznego i ograniczenia do minimum porowatości wewnętrznej. Wymogi te osiągnąłem 7

8 prowadząc proces w temperaturze 1200 C przez 3 godziny i pod naciskiem jednostkowym 25 MPa. Prasowanie w temperaturze z zakresu występowania fazy sprzyjało homogenizacji. W celu zabezpieczenia przed utlenianiem i zamykaniem tlenu w porach wewnątrz wypraski stosowałem atmosferę ochronną argonu. Podczas wytwarzania w opisany sposób materiału w jego objętości zachodziły zjawiska właściwe dla procesu spiekania, co zostało zintensyfikowane przez zadanie nacisku i jego przetrzymanie. Z tego względu w pracy przyjąłem nazwę wypraska, co odpowiada pojęciu compact, stosowanemu w angielskiej terminologii do określenia tak wytworzonego materiału. Pozwoliło to na jego jednoznaczne rozróżnienie od spieku wytworzonego w klasyczny sposób, tj. przez prasowanie na zimno i swobodne spiekanie, bez stosowania nacisku. Jest to istotne, gdyż zarówno możliwa do otrzymania gęstość względna jak też własności tych tworzyw różnią się znacząco. Wypraski poddałem kompleksowym badaniom, w tym testom tomograficznym. Wyniki tych badań wykazały, że zastosowana metoda wytwarzania stopu Ti-6Al-4V z proszków pierwiastków elementarnych prowadziła do otrzymania pozbawionego wad wewnętrznych tworzywa o wysokiej gęstości względnej i własnościach wystarczających do podjęcia jego przeróbki plastycznej na gorąco. Stwierdzenie na tym etapie realizacji pracy nieznacznej porowatości względnej wyprasek miało również wpływ na sposób prowadzenia dalszych badań. Potwierdziłem w ten sposób możliwość poprawnego opracowania i interpretacji wyników testów plastometrycznych. Uzyskałem też podstawy do prowadzenia analizy numerycznej metodą elementów skończonych z wykorzystaniem modelu, którego działanie opiera się na warunku stałej objętości. Porównując na tym etapie wyniki badań stopu Ti-6Al-4V wytworzonego metodą metalurgii proszków i z zastosowaniem procesu odlewania wykazałem, że własności wytrzymałościowe wyprasek nie odbiegały istotnie od stosowanego obecnie jako wsad do przeróbki plastycznej tworzywa, natomiast ich plastyczność była niższa. Wykonałem testy dylatometryczne stopu Ti-6Al-4V, które miały na celu ocenę zachowania się wyprasek podczas ich nagrzewania i chłodzenia oraz porównanie krzywych dylatometrycznych tego tworzywa i komercyjnie stosowanego, przetworzonego plastycznie odlewu. Szczególną uwagę zwróciłem na przebieg przemiany fazowej + obu tworzyw Stwierdziłem, że o ile przy niższych temperaturach krzywe miały podobny przebieg, o tyle po przekroczeniu temperatury 700 C występował wyraźny efekt dylatacyjny w przypadku stopu wytworzonego z odlewu, który nie występował dla wypraski. Takie zachowanie podczas testu próbki otrzymanej z proszków sugeruje występowanie nieznacznej fluktuacji stężenia pierwiastków stopowych, powodujące lokalne zróżnicowanie temperatury przemiany fazowej i jej szerszy zakres. Mikrostruktura obu badanych materiałów, otrzymana w rezultacie prowadzonych do temperatury 1100 C testów, miała budowę płytkową. Zaobserwowałem 8

9 silny rozrost pierwotnych ziarn fazy w próbce odlewanej. W przypadku wypraski pierwotne ziarna fazy miały znacznie mniejsze wymiary, a jedną z możliwych tego przyczyn mogło być blokowanie ich rozrostu w wysokiej temperaturze przez pozostałości fazy, która nie uległa przemianie. Stan mikrostruktury wypraski po teście dylatometrycznym prowadzonym w przyjętym zakresie temperatur wskazywał na zajście przemiany + w całej objętości materiału. Testy plastometryczne stopu Ti-6Al-4V otrzymanego metodą metalurgii proszków pozwoliły na określenie wpływu przyjętych do badań kombinacji cieplno-mechanicznych parametrów odkształcania w zakresie dwufazowym na charakter plastycznego płynięcia tego tworzywa. Testy wykonano na symulatorze Gleeble 3800, spęczanie prowadzono do uzyskania wartości odkształcenia rzeczywistego = 1, przy temperaturach w zakresie C i przy prędkości odkształcenia w zakresie 0, s 1. Chłodzenie próbek bezpośrednio po zakończeniu ich spęczania umożliwiło ocenę wpływu cieplno-mechanicznych warunków odkształcenia na stan mikrostruktury wyprasek. Porównując mikrostrukturę stopu, powstałą w rezultacie stosowania różnych wariantów temperatury i prędkości odkształcenia, stwierdziłem jej dużą czułość na wymienione parametry. W efekcie zmiany warunków odkształcania w analizowanym zakresie prowadziły do istotnych jej zmian. Pozwoliło to na założenie, że stosowanie właściwych kombinacji temperatury i prędkości odkształcenia w analizowanym zakresie skutkować będzie, poprzez wpływ na mikrostrukturę, poprawą własności badanego stopu. Opracowane na podstawie testów plastometrycznych krzywe płynięcia, wsparte obserwacjami stanu mikrostruktury, stanowią kompleksowy opis zachowania się otrzymanego metodą metalurgii proszków stopu Ti-6Al-4V podczas jego odkształcania w zakresie dwufazowym. Szeroki zakres prędkości odkształcenia który przyjąłem podczas testów umożliwił uzyskanie informacji przydatnych podczas projektowania procesów przeróbki plastycznej wyprasek z użyciem różnego typu urządzeń, działających zarówno w sposób statyczny jak też dynamiczny (prasy korbowe lub młoty). Ważnym osiągnięciem uzyskanym na tym etapie pracy było również uzupełnienie stanu wiedzy na temat badanego materiału, której niedobór stwierdziłem podczas analizy literatury tematycznej. Szczególnie dotyczyło to braku informacji na temat zachowania się stopów tytanu, w tym również wytworzonych metodą metalurgii proszków, w warunkach prędkości odkształcenia rzędu 100 s 1. Otrzymane na tym etapie informacje dały też podstawę do opracowania map procesowych. Planując dalsze badania przyjąłem, że mikrostruktura kształtowanego plastycznie stopu zależy nie tylko od cieplno-mechanicznych parametrów realizacji procesu, ale też od stanu materiału wyjściowego, między innymi od metody wytworzenia wsadu. Z tego powodu ogólnie dostępna wiedza na temat warunków kształtowania odlewanego stopu nie powinna 9

10 być bezpośrednio wykorzystywana podczas projektowania procesów przeróbki plastycznej wyprasek. Konieczną wiedzę opracowałem stosując popularne obecnie podejście, znane pod nazwą dynamicznego modelowania materiału (ang. Dynamic Material Model DMM). Opiera się ono na analizie odkształcalności, która pozwala ocenić, czy i w jakim stopniu materiał może być kształtowany bez utraty spójności. Przegląd literatury wskazał jednoznacznie, że metoda DMM poparta obserwacjami mikrostruktury może znacząco ułatwić dobór właściwych parametrów przeróbki plastycznej na gorąco półwyrobów ze stopów tytanu otrzymanych z proszków elementarnych. Stwierdziłem przy tym, że zawarta w literaturze wiedza na ten temat wymagała uzupełnienia oraz usystematyzowania. Obliczenia metodą DMM przeprowadziłem na podstawie krzywych płynięcia otrzymanych w wyniku testów na symulatorze Gleeble 3800, stosując przy tym podejście Prasada. Ocenę odkształcalności wykonałem dla małego odkształcenia rzeczywistego 0,05 oraz dla skokowo rosnących odkształceń rzeczywistych w zakresie 0,2 1,0, przyjmując zmiany ich wartości co 0,2. Wyznaczyłem przebieg zmian parametru czułości naprężenia płynięcia na prędkość odkształcenia m. Na tej podstawie opracowałem mapy efektywności procesu odkształcenia, tj. rozkłady wyrażonego w procentach parametru η, określającego zdolność do rozpraszania energii. Uzupełniłem je o mapy niestabilności, które opracowałem na podstawie rozkładów zmian parametru niestabilności płynięcia. Parametr ten identyfikuje takie zestawienia temperatur i prędkości odkształcenia których należy unikać, ze względu na możliwość wystąpienia mikrostrukturalnych niestabilności płynięcia. W wyniku złożenia wymienionych map otrzymałem tzw. mapy procesowe, które umożliwiają pełną ocenę odkształcalności. Zestawiając i porównując mapy procesowe dla poszczególnych odkształceń wyznaczyłem w przestrzeni procesowej okna, wskazujące zakresy potencjalnie korzystnych kombinacji parametrów kształtowania wyprasek w procesach przeróbki plastycznej w zakresie dwufazowym. O ich położeniu decydowały wysokie wartości parametru η oraz występowanie obszarów niestabilności płynięcia. Rysunek 1 przedstawia zestawienie okien procesowych dla wyprasek ze stopu Ti-6Al-4V naniesione na mapę procesową dla odkształcenia rzeczywistego = 1. Widoczne są na nim również obszary niestabilności płynięcia. Dla wartości odkształcenia rzeczywistego 1,0 wyznaczyłem średnią wartość energii aktywacji wysokotemperaturowego odkształcenia Q wyprasek. Wyniosła ona 423,8 kj/mol, co jest wartością niską w porównaniu do wartości Q określonej w literaturze dla stopu Ti-6Al-4V otrzymanego metodą odlewania. Ponieważ energia Q jest parametrem który określa stopień trudności realizacji wysokotemperaturowego odkształcenia, wyznaczyłem zakresy jej wartości konieczne do aktywacji odkształcenia wewnątrz okien procesowych. Określiłem też przebieg zmian parametru Zenera Hollomona Z w zależności od wartości naprężenia uplastyczniającego. 10

11 Rys. 1. Zestawienie okien procesowych dla stopu Ti-6Al-4V otrzymanego metodą metalurgii proszków, naniesione na mapę procesową dla odkształcenia rzeczywistego = 1. Oznaczenia: I, II obszary niestabilności płynięcia (obszary o ujemnej wartości parametru niestabilności płynięcia ); 1, 2A, 2B, 3 - okna procesowe Opracowanie map procesowych i wyznaczenie na ich podstawie okien procesowych, a także uzupełnienie tych wyników o rozkład energii Q i przebieg zmian parametru Z, stanowiło ważny etap realizacji pracy. Otrzymane w ten sposób informacje mogą być wykorzystane podczas projektowania procesów kształtowania objętościowego wyprasek lub służyć do poprawy ich efektywności, ponieważ pozwalają na wskazanie dla założonej wielkości odkształcenia korzystnych zestawień temperatury i prędkości odkształcenia. Wziąłem jednak pod uwagę, że krzywe płynięcia, stanowiące bazę danych dla metody DMM, zostały skonstruowane na podstawie testów plastometrycznych, prowadzonych w ściśle kontrolowanych warunkach. W efekcie krzywe te stanowią reologiczny opis materiału, jednak nie odzwierciedlają rzeczywistych warunków procesów. Wpływ na te warunki ma wiele czynników, jak np. wybór metody przeróbki plastycznej prowadzącej do uzyskania wytypowanej na podstawie DMM kombinacji parametrów lub specyfika linii, na której prowadzony jest proces. Metoda dynamicznego modelowania tych czynników nie ujmuje. Dlatego przyjąłem, że poprawność wyników otrzymanych tą metodą należy zweryfikować, prowadząc numeryczne modelowanie projektowanych procesów, na drodze prób w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych oraz na podstawie badań mikrostruktury i własności wyrobów kształtowanych z zastosowaniem wyznaczonych tą metodą parametrów. Pierwszym etapem weryfikacji wyników badań i ich rozszerzeniem były testy odkształcania w warunkach laboratoryjnych, na stanowisku złożonym z symulatora procesów przeróbki plastycznej na gorąco WUMSI (niem. Warmumformsimulator) i zestawu pieców. Testy te pozwoliły na uwzględnienie wpływu na przebieg procesu i na stan mikrostruktury 11

12 wyrobu takich czynników jak stosowanie konwencjonalnych warunków nagrzewu, spadek temperatury wsadu podczas jego transportu z pieca do wykroju, brak atmosfery ochronnej i chłodzenie odkuwek na powietrzu. Na tym etapie testom poddałem wsad w formie wypraski oraz, dla porównania, stosowany powszechnie jako półprodukt przetworzony plastycznie odlew. Opierając się na analizie literatury i ocenie typowych warunków występujących na przemysłowych liniach produkcyjnych i biorąc pod uwagę rezultaty wstępnych testów spęczania, opracowałem schemat przygotowania cieplnego próbek przed procesem ich odkształcania, polegający na ich nagrzaniu do stałej temperatury 1000 C, przetrzymaniu w tej temperaturze, następnie schłodzeniu do temperatury testu i odkształcaniu. Przebiegi krzywych płynięcia wyprasek i kształtowanego plastycznie odlewu różniły się, a ich porównanie pozwoliło na ocenę wpływu metody wytwarzania na zachowanie się stopu Ti-6Al-4V podczas jego odkształcania na gorąco. Stan mikrostruktury próbek odkształconych na symulatorze WUMSI był efektem warunków odkształcania i sposobu chłodzenia, które było prowadzone na powietrzu, z naturalną szybkością. Większą czułość na zmianę prędkości odkształcenia wykazał materiał otrzymany metodą metalurgii proszków. W przypadku wsadu na bazie odlewu nie stwierdziłem znaczących różnic w mikrostrukturze w wyniku zmian tego parametru. Oba badane materiały miały mikrostrukturę bimodalną, złożoną z ziarn fazy i kolonii płytek +, która jednak różniła się w zależności od technologii ich wytworzenia. Ziarna fazy przetworzonego plastycznie odlewu były równoosiowe, w przypadku wyprasek obserwowałem wydłużony ich kształt. Im niższa była temperatura spęczania wyprasek, tym bardziej były one rozdrobnione, zniekształcone i wykazywały ukierunkowany przebieg. Zbliżona do bimodalnej mikrostruktura prowadzi do uzyskania dobrze zbalansowanych własności odkuwek, dlatego jest ona korzystna dla wielu komercyjnych zastosowań. Kolejny etap pracy miał na celu sprecyzowanie warunków kształtowania w zakresie dwufazowym stopu Ti-6Al-4V otrzymanego metodą metalurgii proszków. Cel ten zrealizowałem prowadząc numeryczne modelowanie wybranych procesów kucia na gorąco wsadu z tego tworzywa. Analizę prowadziłem metodą elementów skończonych (MES). Modelowałem warianty kucia, przy realizacji których możliwe było stosowanie kombinacji parametrów wskazanych na podstawie map procesowych jako korzystne oraz jednocześnie takie, które mogły być na dalszym etapie badań wykonane w warunkach przemysłowych. Wytypowałem odkuwki o zwartej budowie, których kształt pozwalał na uzyskanie zróżnicowanej w ich objętości wielkości odkształcenia. Podczas modelowania uwzględniłem uwarunkowania i ograniczenia występujące na liniach technologicznych. W celu lokalizacji parametrów modelowanych procesów w opracowanych metodą DMM oknach procesowych przeprowadziłem symulacje procesów kucia zarówno w warunkach konwencjonalnych, na prasie hydraulicznej o prędkości trawersy 5 mm s 1 (okno 2A rysunek 1), jak i w warunkach 12

13 dynamicznych, na prasie korbowej pracującej z maksymalną prędkością 1 m s 1 (okno 3 na rysunku 1). Charakterystykę reologiczną wyprasek w zakresie dwufazowym opracowałem na podstawie testów spęczania na stanowisku Gleeble Do przeprowadzenia pełnej, cieplno-mechanicznej analizy numerycznej procesów kształtowania na gorąco tego tworzywa niezbędna była też znajomość jego właściwości cieplnych i szacunkowej wartości współczynnika tarcia na powierzchni styku metal narzędzie w warunkach przeróbki plastycznej w zakresie dwufazowym, co wymagało odrębnych badań. W literaturze zostały opisane wartości ciepła właściwego c p i przewodności cieplnej k w zależności od temperatury dla stopu Ti-6Al-4V na bazie odlewu, natomiast brakowało danych dla tworzywa otrzymanego metodą metalurgii proszków. Badania dylatometryczne wykazały, że w wyniku stosowania różnych metod wytwarzania stopu współczynniki te w temperaturze przemiany fazowej mogą się różnić. Mając to na uwadze, wyznaczyłem w zakresie temperatury C ich wartości dla wypraski oraz, w celu porównania, dla stopu na bazie odlewu. Otrzymane dla wypraski wartości c p oraz k były w analizowanym zakresie temperatur niższe, z zachowaniem podobnej tendencji przebiegu ich zmian następujących ze wzrostem temperatury. Nieliniowy przebieg i spadek wartości c p obu materiałów był efektem przemiany fazowej +. W zakresie temperatury C wystąpił bardziej intensywny spadek ze wzrostem temperatury wartości ciepła właściwego walcowanego odlewu, w porównaniu do wypraski. Znajomość wartości c p oraz k wyprasek w zależności od temperatury pozwoliła na poprawne modelowanie przebiegu ich nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia, sposobu wymiany ciepła między kształtowanym materiałem a narzędziami i otoczeniem, a także na określenie efektywności zamiany pracy plastycznego odkształcenia w ciepło. Warunki tarcia na powierzchni kontaktu wypraski z narzędziem wyznaczyłem, prowadząc próbę ściskania pierścienia w warunkach izotermicznych, a następnie dopasowując wartość czynnika tarcia na podstawie wyników analizy numerycznej MES. Oszacowanie czynnika tarcia pozwoliło na poprawne modelowanie wielkości i rozkładu sił koniecznych do pokonania oporu tarcia na powierzchni kontaktu między wypraską a kształtującymi ją matrycami i będącej tego efektem nierównomierności odkształcenia. Przeprowadziłem szereg symulacji MES procesu kucia na gorąco wyprasek, przyjmując różne warianty kształtu wsadu, temperatury, warunków chłodzenia do temperatury kucia oraz innych czynników. Uwzględniłem przy tym ograniczenia występujące na liniach technologicznych. Analiza MES procesów kucia na gorąco w matrycach otwartych odkuwek kołnierza i koła zębatego pozwoliła na wyznaczenie korzystnych kombinacji parametrów, w granicach opracowanych metodą DMM okien procesowych. Umożliwiła też określenie zalecanych wymiarów wsadu. Modelowanie procesów kucia prowadzone przy wyznaczonych jako korzystne warunkach wykazało dla obu przyjętych kształtów odkuwek możliwość 13

14 poprawnego wypełnienia wykroju i uzyskania wyrobów pozbawionych wad. Analiza wyników symulacji prowadziła również do wskazania w objętości odkuwek obszarów, które podczas realizacji modelowanego procesu mogą być szczególnie narażone na niebezpieczeństwo powstawania wad, w tym naruszenia spójności. Po wykonaniu prób technologicznych kucia jakość odkuwek w tych obszarach powinna zostać poddana kontroli. Kolejnym krokiem była weryfikacja poprawności cieplno-mechanicznych warunków przeróbki plastycznej wyprasek, opracowanych na podstawie wyników dotychczasowych badań. Cel ten zrealizowałem prowadząc próby kucia w warunkach przemysłowych, a następnie poddając ocenie jakość odkuwek. Testy wykonane były w kuźniach, na stanowiskach stosowanych przy seryjnej produkcji wyrobów ze stali. Kształt i wymiary odkuwek przyjąłem na podstawie wyników symulacji MES. Kucie było prowadzone odpowiednio na prasie korbowej o maksymalnej prędkości suwaka 1 m s 1 (kołnierz) i na prasie hydraulicznej o prędkości ruchu górnej trawersy 5 mm s 1 i maksymalnym nacisku jednostkowym 10 MN (koło zębate). Próby kucia w matrycach otwartych wyprasek ze stopu Ti-6Al-4V, w warunkach opracowanych jako korzystne zarówno dla procesów realizowanych z dużą prędkością odkształcenia na prasie korbowej (okno procesowe 3 na rysunku 1), jak i w warunkach średnich prędkości odkształcenia na prasie hydraulicznej (okno procesowe 2A rys. 1), przebiegły właściwie. Stwierdziłem poprawne wypełnienie wykrojów matrycujących, a otrzymane odkuwki były pozbawione widocznych wad zewnętrznych. Ocenę poprawności wykonania odkuwek przeprowadziłem analizując ich skład fazowy, stan mikrostruktury i struktury wewnętrznej oraz badając rozkłady twardości na ich wybranych przekrojach. Zwróciłem przy tym szczególną uwagę na obszary, które na podstawie wyników modelowania MES wskazałem jako narażone na występowanie wad. Nie stwierdziłem jakościowych zmian w składzie fazowym otrzymanego metodą metalurgii proszków materiału w efekcie jego odkształcenia na gorąco. Wyniki badań metodą tomografii komputerowej potwierdziły poprawne wykonanie odkuwek. Analiza obrazów tomograficznych nie ujawniła zakuć i mikropęknięć, jak też porów i nieciągłości. Obserwacje mikrostruktury odkuwek nie wykazały obecności porów. Kucie w zakresie dwufazowym +, przy znacząco zróżnicowanej prędkości ruchu narzędzi i w wyznaczonych jako korzystne dla tych prędkości temperaturach, oraz chłodzenie odkuwek na powietrzu prowadziło do uzyskania podobnej jakościowo mikrostruktury. Tworzyły ją płytki fazy i otaczające je kolonie drobnych płytek faz i. Płytki fazy podczas procesu kucia ulegały w różnym stopniu fragmentacji lub zniekształceniu, obserwowano też ich kierunkowe ułożenie. O występowaniu wymienionych efektów decydowała orientacja płytek względem kierunku płynięcia materiału. Obserwacje mikrostruktury i struktury wewnętrznej odkuwek ze stopu Ti-6Al-4V, otrzymanych w wyniku kucia w zakresie dwufazowym wsadu wykonanego metodą metalurgii proszków, pozwoliły na wykluczenie występowania wad mogących 14

15 wskazywać, że wybór parametrów przyjętych podczas ich wytwarzania był niewłaściwy. Korzystne były też rozkłady twardości odkuwek, które nie wykazały znaczących różnic w wartościach. Zestawienie wyników badań odkuwek potwierdziło poprawność parametrów stosowanych przy realizacji obu wariantów kucia. Otrzymane w ten sposób rezultaty świadczyły też o poprawności weryfikowanych pośrednio w ten sposób wyników otrzymanych na poprzednich etapach pracy, w szczególności badań prowadzących do opracowania dla wyprasek ze stopu Ti-6Al-4V położenia okien procesowych i wyznaczenia w ich granicach korzystnych warunków przeróbki plastycznej tego tworzywa. Kolejny etap pracy polegał na ocenie wpływu wielkości odkształcenia całkowitego na stan mikrostruktury i na wybrane własności stopu Ti-6Al-4V. Badania te podjąłem, ponieważ wiele stosowanych obecnie procesów przeróbki plastycznej, jak walcowanie, kucie lub ciągnienie, może być prowadzonych z zadaniem znacznego odkształcenia całkowitego. Modelowanie zachowania się w takich warunkach badanego stopu prowadziłem metodą wieloosiowego ściskania, stosując moduł MaxStrain zintegrowany z symulatorem Gleeble. Badaniom poddałem wypraski oraz, jako tworzywo referencyjne, przetworzony plastycznie odlew. Próbki w teście MaxStrain poddawałem wstępnej obróbce cieplnej, a następnie realizowałem założoną sekwencję odkształceń, stosując odpowiednio pięć, osiem i dwanaście pojedynczych operacji ściskania. Uzyskałem w ten sposób wartości odkształcenia całkowitego próbek wynoszące w pierwszym wariancie 1,5, w kolejnym 2,4 i w ostatnim 3,6. Testy prowadziłem z chłodzeniem próbek między kolejnymi odkształceniami, co pozwoliło na symulację spadku temperatury występującą podczas prowadzenia procesów w warunkach przemysłowych. Potwierdziłem możliwość wielostopniowego odkształcenia wyprasek bez naruszenia ich spójności. Określiłem wpływ warunków testu na stan mikrostruktury i na wybrane ich własności, a rezultaty porównałem z wynikami otrzymanymi dla przetworzonego plastycznie odlewu. Stwierdziłem, że nagrzanie wykonanej metodą odlewania próbki do temperatury 1000 C, przetrzymanie w tej temperaturze bez odkształcania i szybkie schłodzenie skutkowało przebudową struktury z globularnej, o drobnym ziarnie, właściwej dla pręta w stanie dostawy, do postaci płytkowej, złożonej z płytek fazy α w osnowie fazy β, znajdujących się wewnątrz pierwotnych ziarn fazy β o dużych rozmiarach. Zadawanie coraz większego odkształcenia całkowitego z kontrolowaną zmianą temperatury próbek prowadziło do stopniowego przywracania mikrostruktury referencyjnego stopu do stanu początkowego. Wypraski miały strukturę złożoną z masywnych płytek fazy α wewnątrz osnowy fazy β i masywnych wydzieleń fazy α na granicach pierwotnych ziarn fazy β. Poddanie ich obróbce cieplnej bez odkształcania, w sposób jak dla walcowanego odlewu, prowadziło do powstania drobniejszych płytek fazy α i do zmniejszenia masywności wydzieleń tej fazy na granicach pierwotnych ziarn fazy β. Zwiększanie wielkości całkowitego odkształcenia wyprasek skutkowało rozdrobnieniem mikrostruktury i prowadziło do fragmentacji płytek. Przy 15

16 całkowitym odkształceniu 3,6 mikrostruktura miała globularny charakter i była silnie rozdrobniona. Nie zaobserwowałem różnic w mikrostrukturze odkształconych w tych warunkach testu MaxStrain wypraski i przetworzonego plastycznie odlewu. Zadanie odkształcenia w teście MaxStrain lub zwiększenie jego całkowitej wartości skutkowało zwiększeniem wytrzymałości na rozciąganie próbek, przy czym w przypadku wyprasek wpływ ten był większy. Odkształcanie wyprasek w teście MaxStrain prowadziło do podwyższenia ich plastyczności. Wieloosiowe ściskanie powodowało wzrost twardości obu tworzyw, przy czym wartości średnie twardości wyprasek były wyższe. Ponieważ testy MaxStrain wykonano w laboratoryjnych, kontrolowanych warunkach, przyjąłem jako celowe potwierdzenie ich rezultatów w warunkach przemysłowych. W tym celu przeprowadziłem próby walcowania na gorąco na doświadczalno-przemysłowym stanowisku pracującym w układzie trio. Jako wsad stosowałem materiał otrzymany metodą metalurgii proszków i przetworzony plastycznie odlew. Opracowałem sposób realizacji procesu walcowania w dwu etapach. Pierwszy miał na celu wstępne przetworzenie wsadu i nadanie mu korzystnego kształtu, natomiast wpływ na mikrostrukturę i na własności prętów wywierany był przede wszystkim w drugim etapie walcowania. Kolejne przepusty prowadzone były w wykrojach, których kształt i wymiary pozwalały na zadanie odkształcenia całkowitego około 2,1 i 3,5. Wartości te były zbliżone do stosowanych podczas testów MaxStrain. Po zakończeniu walcowania próbki były chłodzone na powietrzu. Wyniki prób walcowania potwierdziły możliwość prowadzenia przeróbki plastycznej z zadaniem wysokiego odkształcania całkowitego wyprasek ze stopu Ti-6Al-4V w warunkach przemysłowych, bez naruszenia ich spójności. Mikrostrukturę pręta otrzymanego w procesie walcowania wypraski z zadaniem odkształcenia 2,1 tworzyły drobne płytki faz α i β oraz masywne wydzielenia fazy α, które występowały w pasmach. Walcowanie wypraski z odkształceniem całkowitym ok. 3,5 prowadziło do fragmentacji płytek, w miejsce których powstały równoosiowe ziarna o małej wielkości, i do silnego rozdrobnienia mikrostruktury. Mikrostruktura pręta otrzymanego z przetworzonego plastycznie odlewu była, w porównaniu do stopu wytworzonego metodą metalurgii proszków, bardziej jednorodna. Określiłem wybrane własności walcowanych materiałów a otrzymane wyniki porównałem z rezultatami badań wsadu nie poddanego odkształceniu. W stanie wyjściowym oba materiały miały zbliżone wartości modułu Younga, granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, natomiast plastyczność materiału wytworzonego z proszków była znacznie mniejsza. Kierunkowe odkształcenie w procesie walcowania prowadziło do podwyższenia wytrzymałości na rozciąganie obu materiałów. W przypadku wyprasek stwierdziłem korzystny wpływ wielostopniowego odkształcenia na plastyczność i wytrzymałość produktu. Wyniki otrzymane na podstawie testów wielostopniowego ściskania na symulatorze MaxStrain oraz prób technologicznych przeprowadzonych na linii do walcowania stanowiły 16

17 ważne uzupełnienie rezultatów poprzednich badań. Wykazały możliwość kształtowania tworzywa otrzymanego metodą metalurgii proszków z zadaniem znacznego odkształcenia całkowitego, bez naruszenia jego spójności. Pozwoliły na uwzględnienie wpływu wielkości odkształcenia całkowitego na stan mikrostruktury i na wybrane własności stopu Ti-6Al-4V. Otrzymane w rezultacie realizacji tej części pracy wyniki mogą być wykorzystane przy projektowaniu procesów przeróbki plastycznej badanego stopu w zakresie dwufazowym i w warunkach dużych odkształceń całkowitych. Dotyczy to szczególnie wyprasek, w przypadku których brak jest w literaturze kompleksowo opracowanych informacji na ten temat. Przedstawione w pracy wyniki badań pozwoliły na stwierdzenie, że przyjęcie poprawnej metody wytwarzania półwyrobów z dwufazowych stopów tytanu, z zastosowaniem jako materiałów wyjściowych relatywnie tanich proszków pierwiastków elementarnych, oraz opracowanie właściwych kombinacji cieplno-mechanicznych parametrów ich przeróbki plastycznej, prowadzi do otrzymania wyrobów o wysokiej gęstości względnej, kontrolowanej mikrostrukturze i własnościach, pozwalających na ich stosowanie jako elementów konstrukcji. Wyniki przeprowadzonych badań stanowią uzupełnienie i rozszerzenie stanu wiedzy na temat kształtowania wyrobów ze stopu Ti-6Al-4V, w szczególności wytwarzanych metodą metalurgii proszków. Dają też podstawy do projektowania procesów przeróbki plastycznej tych tworzyw, co powinno znacząco przyczynić się do rozszerzenia obszaru ich zastosowań. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo badawczych wnioskodawcy, świadczących o istotnej aktywności naukowej habilitanta Działalność naukowa prowadzona przed uzyskaniem stopnia doktora Swoją edukację rozpocząłem w 1977 roku. Do roku 1985 roku uczęszczałem do szkoły podstawowej, a w latach do Liceum Ogólnokształcącego nr XIV im. Mikołaja Kopernika w Krakowie. W roku 1989 uzyskałem Świadectwo Dojrzałości i podjąłem studia dzienne na Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie, na Wydziale Metalurgicznym. Działalność naukowo - badawczą rozpocząłem podczas studiów, prowadząc badania do pracy magisterskiej, co miało miejsce w latach Praca dotyczyła wytwarzania metodą metalurgii proszków kompozytów i oceny ich własności. Jako materiały wyjściowe zastosowałem proszek miedzi i proszek Al 2O 3, który pełnił rolę fazy umacniającej. Próbki do badań zostały wykonane w procesach mieszania proszków, prasowania mieszanin, spiekania wyprasek i walcowania na zimno spieków. Ocenie poddałem wpływ udziału fazy umacniającej i wielkości zadanego odkształcenia na stan mikrostruktury oraz na wybrane własności fizyczne i mechaniczne kompozytów. Badania prowadziłem mając na uwadze możliwość zwiększenia trwałości miedzianych elektrod do spawania lub zgrzewania. 17

18 Otrzymane wyniki zaprezentowałem podczas XXXII Studenckiej Sesji Naukowej AGH (1995 rok), jako członek funkcjonującego na Wydziale Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Koła Naukowego Hefajstos. Wygłoszony przeze mnie referat pt. Własności walcowanych materiałów kompozytowych na bazie miedzi umocnionej Al 2O 3 zajął pierwsze miejsce w Sekcji Przeróbki Plastycznej. We wrześniu 1995 roku, na Wydziale Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Akademii Górniczo-Hutniczej im. S. Staszica w Krakowie, obroniłem pracę magisterską nt. Wytwarzanie i własności materiałów kompozytowych na bazie miedzi umocnionej Al 2O 3. Bezpośrednio po zakończeniu studiów rozpocząłem studia doktoranckie z zakresu Teorii i Technologii Procesów Metalurgicznych na Wydziale Metalurgii i Inżynierii Materiałowej AGH w Krakowie. Kolejny etap mojej działalności naukowo - badawczej obejmował lata Prowadzone przeze mnie w tym okresie czasu prace badawcze stanowiły kontynuację i rozwinięcie zainteresowań naukowych podjętych w trakcie studiów. Koncentrowały się one na zagadnieniach związanych z wykorzystaniem technologii metalurgii proszków i procesów przeróbki plastycznej jako metod wytwarzania lekkich tworzyw o własnościach wymaganych od elementów konstrukcji. Wymienione technologie stosowałem przede wszystkim do wytwarzania materiałów kompozytowych. Zagadnienia te stanowiły przedmiot mojej pracy doktorskiej nt. "Wpływ kształtowania na gorąco na własności kompozytów aluminiowych wzmocnionych włóknami ceramicznymi", której promotorem był Prof. dr hab. inż. Stefan Szczepanik. Konieczne do jej realizacji badania wykonałem w latach , przy czym w latach były one prowadzone w ramach grantu promotorskiego KBN nr 7 T08D pt. Wpływ kształtowania na gorąco na własności kompozytów na bazie aluminium wzmocnionych włóknami ceramicznymi, którego byłem głównym wykonawcą. Badania te dotyczyły projektowania i wytwarzania kompozytów na osnowie aluminium umacnianych włóknami ceramicznymi, a także oceny wpływu metody wytwarzania i zastosowanych przy jej realizacji parametrów na mikrostrukturę i własności wyrobów. Materiałami wyjściowymi do badań były proszek aluminium i dwa rodzaje włókien ceramicznych. Jako jeden z czynników wpływających na własności kompozytów stosowałem zmienny udział objętościowy fazy umacniającej w osnowie. Dla określenia wpływu metody kształtowania wyrobów z proszku aluminium i kompozytów na jego osnowie wzmocnionych włóknami ceramicznymi przyjąłem procesy zagęszczania na gorąco w matrycach zamkniętych oraz wyciskania na gorąco w warunkach izotermicznych. Opracowałem takie warunki wytwarzania kompozytów, które pozwalały na kierunkowe ułożenie włókien w osnowie. Procesy kształtowania na gorąco prowadziłem stosując różne warianty cieplno - mechanicznych parametrów. Do wyznaczenia korzystnego ich zakresu posłużyłem się między innymi metodą elementów skończonych, prowadząc numeryczne modelowanie procesu wyciskania (program CAPS Finel 4.62). Wykazałem, że opracowane metody wytwarzania kompozytów 18

19 prowadzą do otrzymania wyrobów o wysokiej gęstości względnej. Określiłem wpływ sposobu wytwarzania kompozytów i zastosowanych przy tym parametrów na ich mikrostrukturę oraz na wybrane własności mechaniczne i użytkowe. Dla obu zaproponowanych ścieżek technologicznych wytwarzania kompozytów wyznaczyłem korzystne kombinacje parametrów ich realizacji oraz najbardziej efektywne udziały objętościowe fazy umacniającej w osnowie. W kwietniu 2000 roku obroniłem pracę doktorską pt. "Wpływ kształtowania na gorąco na własności kompozytów aluminiowych wzmocnionych włóknami ceramicznymi" która została wyróżniona przez Radę Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej AGH. W okresie od rozpoczęcia studiów doktoranckich do uzyskania stopnia doktora brałem udział w 3 grantach naukowych finansowanych przez Komitet Badań Naukowych oraz w pracach statutowych. Moja aktywność naukowa w tym okresie przełożyła się na współautorstwo 17 publikacji, w tym 6 w czasopismach naukowych i 11 w materiałach konferencyjnych. Wyniki swoich badań oddałem pod dyskusję publiczną wygłaszając 6 referatów na konferencjach naukowych. Wygłosiłem też 2 referaty na Seminariach Zakładu Komputerowego Modelowania Procesów Metalurgicznych oraz Sekcji Teorii Procesów Przeróbki Plastycznej Komitetu Metalurgii PAN. W tym okresie czasu zostałem zatrudniony w AGH na stanowisku asystenta, co miało miejsce bezpośrednio po zakończeniu przeze mnie stacjonarnych studiów doktoranckich. Działalność naukowa prowadzona po uzyskaniu stopnia doktora Po uzyskaniu stopnia doktora kontynuowałem pracę w Akademii Górniczo - Hutniczej na stanowisku asystenta, a od 1 października 2001 r. na stanowisku adiunkta. Od początku mojego zatrudnienia na Uczelni wszedłem w skład osobowy Pracowni Przetwórstwa Stopów i Materiałów Specjalnych w Katedrze Plastycznej Przeróbki Metali Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej AGH (obecnie Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej - WIMiIP). Nadal brałem udział w badaniach z zakresu teorii i technologii procesów przetwórstwa metali, stopów i kompozytów na osnowach metalicznych. Znacząca cześć mojej pracy naukowej była związana ze stosowaniem w różnych wariantach i aspektach procesów przeróbki plastycznej oraz technologii metalurgii proszków. W mojej aktywności naukowej wyodrębnić można kilka najważniejszych obszarów badawczych, praca nad nimi znalazła odzwierciedlenie w autorskich lub współautorskich publikacjach oraz w projektach badawczych, w których brałem udział: przeróbka plastyczna półwyrobów wytwarzanych z zastosowaniem metalurgii proszków; wytwarzanie materiałów kompozytowych i badanie ich własności; przeróbka plastyczna metali i stopów; modelowanie MES procesów przeróbki plastycznej (materiały lite i porowate); kształtowanie stopów aluminium w obecności fazy ciekłej; 19

20 stosowanie logiki rozmytej do analizy procesów mieszania składników; technologia kucia na gorąco materiałów wysokotopliwych, w szczególności stopów tytanu; wytwarzanie metodą metalurgii proszków stopów tytanu oraz badanie wpływu cieplno - mechanicznych parametrów ich przeróbki plastycznej na ich mikrostrukturę i własności. Niektóre z tych zagadnień w swoich pracach badawczych stosowałem w połączony sposób. Kontynuując prace nad zagadnieniami związanymi z tematyką mojej pracy doktorskiej i rozwijając je, w latach badałem między innymi wpływ technologii wytwarzania na własności wyrobów otrzymanych z proszków na osnowie aluminium oraz stopów typu Al-Cu wzmocnionych włóknami ceramicznymi. Prace te były częściowo prowadzone w ramach ostatniej fazy realizacji projektu n-b KBN nr 7 T08D pt. Wpływ kształtowania na gorąco na własności wyrobów otrzymanych z proszków na osnowie stopów Al-Cu wzmocnionych włóknami. W roku 2002 brałem udział w badaniach prowadzonych w Katedrze PPM w ramach projektu n-b KBN, nr 7 T08 B pt. Modelowanie rozwoju mikrostruktury stali niskowęglowych z mikrododatkami stopowymi, odkształcanych na gorąco i na ciepło, w celu podwyższenia ich plastyczności przed dalszym przerobem na zimno. Kolejnym zagadnieniem w mojej pracy naukowej były rozpoczęte w roku 2002 badania, dotyczące kształtowania lekkich tworzyw konstrukcyjnych w procesach przeróbki plastycznej prowadzonych w warunkach współistnienia faz stałej i ciekłej. W latach były one realizowane w ramach projektu n-b KBN nr 4 T08D pt. Kształtowanie z udziałem fazy ciekłej stopów i kompozytów wzmocnionych cząstkami. Badania miały między innymi na celu określenie wpływu udziału objętościowego fazy ciekłej podczas kucia matrycowego na prasie śrubowej (z dużą prędkością odkształcenia) oraz podczas wyciskania w warunkach izotermicznych na prasie hydraulicznej (z małą prędkością odkształcenia) na parametry siłowe procesu oraz na mikrostrukturę i wybrane własności wyrobów, a także opracowanie korzystnego ułamka fazy ciekłej dla badanego tworzywa i sposobu jego przeróbki plastycznej. Od roku 2007 brałem udział w badaniach, prowadzących do opracowania parametrów wytwarzania w procesach kucia matrycowego lekkich materiałów gradientowych z proszku aluminium, jego stopów i kompozytów na jego osnowie, jak również tworzyw warstwowych typu Fe-Al. W zakresie dotyczącym tworzyw na bazie aluminium prace te były w latach realizowane w ramach projektu n-b KBN nr N /2562, pt. Opracowanie parametrów wytwarzania w procesach kucia matrycowego lekkich materiałów gradientowych z proszku aluminium i jego stopu oraz ich własności. Układy warstwowe były wykonywane z materiałów wyjściowych w postaci proszków, do ich otrzymania stosowano procesy mieszania, prasowania, zagęszczania na gorąco oraz kucia na gorąco w matrycach zamkniętych. Celem badań było między innymi opracowanie korzystnego dla badanego 20