Zadanie wykonywane w ramach projektu: "Zaawansowane technologie wytwarzania materiałów funkcjonalnych do przewodzenia, przetwarzania, magazynowania energii".

Informacje o projekcie

CEL PROJEKTU:

Projekt składa się z 8 zadań, obejmujących kompleksowo zagadnienia metalurgiczne, związane z opracowaniem i wytworzeniem stopów, charakteryzacji struktury i własności, następnie badań odkształcalności i sposobów kształtowania własności. Ostatnie zadanie zamyka program badań uzupełniając wyniki o charakterystyki prądowe stopów. Program pracy jest tak skonstruowany, aby umożliwił określenie założeń do opracowania technologii produkcji drutów o wysokich własnościach funkcjonalnych, przeznaczonych na kable i przewody dla elektroenergetyki i elektroniki.

 

Wyniki prowadzonych prac badawczych ujęte kompleksowo w postaci bazy danych, w zamierzeniu będą użyteczne w projektowaniu nie tylko wytycznych do prób w skali laboratoryjnej, ale przede wszystkim w opracowaniu przemysłowej technologii produkcji tych materiałów, którymi zainteresowani są zarówno krajowi jak i zagraniczni producenci przewodów, wiązek oraz kabli wykorzystywanych w różnych dziedzinach gospodarki, głównie w branżach: motoryzacyjnej, AGD, przemysłowej, pomiarowo-diagnostycznej, a także medycznej.

 

KOLEJNE ETAPY REALIZACJI PROJEKTU:

 

ZADANIE 1 Opracowanie koncepcji nowych kompozycji chemicznych miedzi stopowych

W ramach realizacji tej części tematu przeprowadzona zostanie analiza oddziaływania dodatków stopowych na zespół własności mechanicznych i elektrycznych miedzi pod kątem możliwości uzyskania drutów o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie oraz wysokiej przewodności elektrycznej. Próby doświadczalnych odlewów zostaną poprzedzone wykonaniem obszernego studium literaturowego obejmującego wpływ ilości zanieczyszczeń miedzi na własności fizyczne, a w szczególności na przewodność elektryczną i własności wytrzymałościowe.

 

Kamień milowy: Opracowanie kompozycji chemicznych stopów miedzi pod kątem możliwoœci uzyskania materiałów o jednocześnie wysokich własnościach wytrzymałościowych i elektrycznych

 

 

ZADANIE 2 Badania procesu odlewania wytypowanych stopów miedzi

W ramach powyższego zadania zostaną przeprowadzone próby odlewania wytypowanych stopów miedzi w warunkach laboratoryjnych.

 

W szczególności, zostaną przeprowadzone próby stopowania, modyfikowania oraz odlewania stopów o wytypowanych rodzajach i zawartości składników stopowych. Do tego celu zostanie wykorzystana laboratoryjna linia do ciągłego topienia i poziomego odlewania prętów.

 

Przewiduje się wykonanie stopów z dodatkiem m.in. Ag, Mg, Sn, Zr, Cr oraz pierwiastków ziem rzadkich. Dobór stężenia pierwiastków stopowych oraz warunków odlewania będzie podyktowany możliwością uzyskania drutów o bardzo wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (ok. 900÷1000 MPa) oraz przewodności elektrycznej na poziomie co najmniej 80 % IACS.

 

Kamień milowy: Uzyskanie prętów odlewanych metodą ciągłą z stopów o określonych składach chemicznych

 

 

ZADANIE 3 Laboratoryjne badania wpływu parametrów krzepnięcia na strukturę własnoœci i segregacji składu chemicznego wytypowanych stopów miedzi

Warunki krystalizacji stopów istotnie wpływają na kształtowanie się struktury, a tym samym na własności odlewu, a w konsekwencji również materiału po przeróbce plastycznej czy obróbce cieplnej. Parametry procesu krzepnięcia determinują ponadto poziom makrosegregacji i mikrosegregacji składu chemicznego stopów. Niejednorodność chemiczna materiału nie tylko generuje szereg trudności technologicznych podczas procesów kształtowania ale i obróbki cieplnej. Proces krystalizacji z natury niejednorodny w objętość materiału generuje również zróżnicowaną strukturę wyjściową materiału determinując zróżnicowaną odkształcalność poszczególnych obszarów. Z powyższych powodów, głównym celem niniejszego zadania będzie określenie wpływu parametrów procesu krzepnięcia stopów miedzi na strukturę, własności i segregację składu chemicznego. W efekcie, pozwoli to na projektowanie właściwych parametrów procesu odlewania materiału pod kątem możliwości dalszego przetwórstwa w procesach przeróbki plastycznej.

 

Kamień milowy: Opracowanie założeń do warunków procesu odlewania nowoopracowanych stopów miedzi

 

 

ZADANIE 4 Charakteryzacja struktury i cech materiałowych nowoopracowanych rodzajów miedzi stopowych

Opracowane stopy zostaną poddane kompleksowym badaniom pod kątem struktury, własnoœci fizycznych (m.in. ciepło właściwe, ciepło krystalizacji, współczynnik przewodności cieplnej, kalorymetryczne pomiary zakresu L-S), mechanicznych (m.in. stałe sprężyste, wytrzymałość na rozciąganie, własności plastyczne, twardość, współczynniki równania Hollomona) i elektrycznych (przewodność elektryczna właściwa, współczynnik temperaturowy rezystancji) oraz zespołu parametrów użytkowych takich jak odporność reologiczna, zmęczeniowa i odporność korozyjna.

 

Uzyskane właściwości będą analizowane w sprzężeniu zwrotnym z pracami prowadzonymi w ramach zadania 1-3.

 

Kamień milowy: Kwalifikacja uzyskanych stopów do określonych zastosowań na podstawie wyników badań charakteryzujących zespół ich własności

 

 

ZADANIE 5 Badania odkształcalności i charakterystyk mechanicznych nowoopracowanych rodzajów miedzi stopowych

Podstawowym przeznaczeniem nowoopracowywanych stopów jest ich wykorzystanie jako elementy przewodzące specjalistycznych kabli i przewodów. Z tego względu podlegają one głębokiemu przetwórstwu na druty w warunkach przeróbki plastycznej na zimno. W ramach zadania przewiduje się wykonanie szerokiego programu badań odkształcalności miedzi stopowych, charakterystyk umocnienia, parametrów siłowych procesu, wielkoœci odkształceń jednostkowych i granicznych, po których materiał należy poddać wyżarzaniu rekrystalizującemu.

 

Uzyskane wyniki badań stanowić będą, wspólnie z wynikami badań przeprowadzonych w zadaniu 4 nad parametrami obróbki cieplnej, dawały podstawę do opracowania założeń technologii ciągnienia drutów, o ściśle określonych wymiarach i własnościach funkcjonalnych, które zostaną zweryfikowane w próbie przemysłowej (kooperacja z partnerem przemysłowym).

 

Kamień milowy: Opracowanie założeń do technologii ciągnienia drutów z nowoopracowanych stopów miedzi

 

 

ZADANIE 6 Badania wpływu rodzaju i iloœci i synergii dodatków stopowych na kształtowanie się temperatury rekrystalizacji opracowanych stopów miedzi

Analizując podatność stopów miedzi do wyżarzania istotne jest w pierwszej kolejności rozstrzygnięcie kwestii rozpuszczalności poszczególnych dodatków stopowych w osnowie. Ponadto, z uwagi na fakt, iż opracowywane kompozycje chemiczne stopów miedzi uwzględniać mogą udział jednocześnie kilku dodatków stopowych, konieczne jest określenie wpływu ich współdziałania na temperaturę rekrystalizacji materiału. Stąd też, w ramach niniejszego zadania zostaną przeprowadzone eksperymentalne badania wpływu poszczególnych dodatków stopowych (rodzaj i ilość) oraz ich interakcji na podatność do wyżarzania materiału.

 

Istotnym celem badań będzie ponadto określenie wpływu umocnienia odkształceniowego opracowanych stopów miedzi na temperaturę rekrystalizacji.

 

Wyniki uzyskanych badań stanowić będą bazę danych doświadczalnych w postaci krzywych mięknięcia wytypowanych stopów miedzi.

 

Kamień milowy: Określenie podatności do wyżarzania nowoopracowanych stopów miedzi

 

 

ZADANIE 7 Parametryzacja obróbki cieplnej nowoopracowanych rodzajów miedzi stopowych

Z uwagi na fakt, że projektowane stopy mogą należeć zarówno do grupy stopów utwardzalnych i nieutwardzalnych wydzieleniowo, program badań objętych tym zadaniem będzie wymagał przeprowadzenia całego szeregu badań wpływu temperatury i czasu jej działania na zmianę własności materiału w celu uzyskania żądanego stanu struktury wyrobu finalnego jak i wsadu przed ciągnieniem. W szczególności, głównym celem będzie określenie wpływu umocnienia wydzieleniowego na kształtowanie się zespołu własnoœci mechaniczno-elektrycznych drutów.

 

Innowacyjność tego typu badań w odniesieniu do realizowanego tematu wynika z koncepcji połączenia finalnej obróbki cieplnej z procesem ciągnienia w jednym urządzeniu technologicznym.

 

Kamień milowy: Opracowanie założeń do obróbki cieplnej stopów i drutów z nowoopracowanych stopów miedzi

 

 

ZADANIE 8 Badania charakterystyk prądowych nowoopracowanych rodzajów miedzi stopowych

Budowa oraz technologia produkcji kabli i przewodów limituje poziom ich temperatur roboczych, a tym samym obciążalność prądową, tłumienność, pojemność, itp. Z tego punktu widzenia, można mówić o obciążalnoœci długotrwałej, dorywczej czy zwarciowej. W celu określenia stanu cieplnego przewodu konieczne jest przeprowadzenie badań charakterystyk narażeń prądowych dla nowoopracowanych miedzi stopowych.

 

Badania zmierzać będą nie tylko do określenia temperatury równowagowej ale również stanów dynamicznych, wynikających z przepływu prądu elektrycznego. W ramach zadania przewiduje się kooperację z zakładem przemysłowym w celu wytworzenia wytypowanej konstrukcji przewodu i przeprowadzenie prób napięciowych.

 

Kamień milowy: Oszacowanie zdolności prądowych nowoopracowanych stopów miedzi