Projekt MARTIN

Projekt je temeljil na razvoju celovitega simulacijskega sistema procesne poti aluminijevih polizdelkov.

Strjevanje, homogenizacija, rekristalizacija in druge toplotne in utrjevalne obdelave aluminijevih zlitin so pomemben del procesa za nastajanje kvalitetnih zlitin in za napovedovanje njihovih končnih lastnosti oz. lastnosti po določeni toplotni obdelavi, zato je potrebna natančna karakterizacija materiala v različnih fazah predelave.

Pri projektu smo vzporedno z razvijanjem modela za napovedovanje mikrostrukturnih in mehanskih lastnosti aluminijevih zlitin pripravili določene šarže zlitin s točno določeno kemijsko sestavo in toplotno obdelavo ter naredili podrobno mikrostrukturno karakterizacijo in mehansko testiranje teh zlitin. 

Rezultate mikrostrukturne karakterizacije smo primerjali z modelom in s tem določili/izboljšali napoved razvitega modela; izvedena je bila primerjava teorija – realno stanje. Rezultati karakterizacije materialov v določenih fazah so služili tudi kot vstopni podatki za razvoj modela. Sestavo izbranih aluminijevih zlitin in termično obdelavo smo določili skupaj s predstavniki iz industrije. Karakterizacija zlitin je potekala po vsaki stopnji toplotne obdelave (strjevanje, homogenizacija, rekristalizacija …), tako da smo dobili mikrostrukturne lastnosti (razvoj mikrostrukture) v vsaki posamezni fazi in te primerjali z napovedmi iz modela. Z realno mikrostrukturo smo omogočili razvoj modela za napoved mikrostrukturnih in mehanskih lastnosti materiala po posamezni toplotni obdelavi in s tem omogočili natančnejše napovedovanje lastnosti končnega materiala.

MARTIN je prispeval k izboljšanju konkurenčnosti slovenske industrije aluminija in k ustvarjanju znanja in metod za preoblikovanje tega sektorja iz energijsko in okoljsko intenzivne industrije v industrijo znanja.

Projekt je vpeljal nove metode pri razvoju izdelkov na podlagi večfizikalnega in večnivojskega sklopljenega modeliranja in omogočil izdelavo visokokakovostnih izdelkov tudi na podlagi velikega deleža recikliranega aluminija. To je prispevalo k razvoju širše palete visokokakovostnih aluminijevih zlitin in k izboljšanju učinkovitosti izdelave.

MARTIN predstavlja pomembno vsebinsko spremembo industrijskih raziskav in razvoja, saj dopolnjuje uveljavljene eksperimentalne raziskave z uvedbo novih simulacijskih metod. Projekt je prispeval h kakovostnejši proizvodnji, integraciji materialne zmogljivosti in optimizaciji končnih lastnosti izdelkov. To je pripomoglo k zmanjšanju eksperimentalnega razvoja in raziskav ter dragega preizkušanja na industrijskih napravah. Novo znanje in izkušnje, ustvarjene z vpeljavo vrhunskih, že nagrajenih znanstvenih rezultatov (denimo Zoisova nagrada, nagrada ICCES) v industrijsko uporabna orodja za simulacijo termomehanskega procesiranja celotnih procesnih poti aluminijevih zlitin, je tako pripomoglo k optimizaciji razvoja novih izdelkov. MARTIN je tako prispeval k bistvenemu zmanjšanju stroškov in porabe energije pri razvoju novih zlitin ter izdelkov.

Delovni načrt projekta je povezoval industrijske raziskave (IR) in eksperimentalni razvoj (ER). Takšna struktura načrta je omogočala učinkovito dinamiko izvajanja posameznih aktivnosti, hitro in učinkovito ukrepanje ob morebitnem pojavu tveganj ter optimalno izkoriščanje virov.

Projekt je zajemal 6 delovnih paketov (DP), znotraj katerih so bile načrtovane posamezne aktivnosti. Prvih 5 DP je bilo namenjenih IR na posameznem področju – za zagotovitev temeljnega znanja, popisa zakonitosti in zadostne baze laboratorijskih raziskav in izkušenj, ki smo jih kasneje uporabili v namen ER v DP6.

DP1 je bil namenjen izdelavi izbranih gnetnih in livnih aluminijevih zlitin, iz različnih vložkov in pri različnih procesnih parametrih, ki so služile za osnovo pri nadaljnjih preiskavah. Cilj DP2 je bila kvalitativna in kvantitativna opredelitev mikrostrukturnih sestavin na različnih nivojih, za pridobivanje vstopnih podatkov in evalvacijo matematičnega modela strjevanja, homogenizacije, preoblikovanja, raztopnega žarjenja in termomehanskih testov. V okviru DP3 je bilo izvedeno  termodinamično modeliranje ravnotežnega in neravnotežnega stanja pri izdelavi in obdelavi aluminijevih zlitin. Cilj DP4 je bil razvoj mikrostrukturnih sestavin po posameznih izdelovalnih tehnologijah. DP5 je bil namenjen modeliranju procesa strjevanja, homogenizacijskega žarjenja, preoblikovanja, raztopnega žarjenja in termomehanskih testov. V okviru DP6 je bilo izvedeno testiranje preoblikovalnosti ter z njim povezanih termomehanskih parametrov, rekristalizacije in deformacijskega utrjevanja s poudarkom na stopnji homogenizacijskega žarjenja pri laboratorijskih razmerah.

Raziskovalno delo je bilo razdeljeno v delovne pakete (DP) ter podrobneje na aktivnosti(A) (naloge). Za vsak DP so bili opredeljeni vodilni ter ostali sodelujoči partnerji.

Vodilni partner: IMPOL

Sodelujoče organizacije: TALUM, IMT, ULNTF in C3M

Izvedene aktivnosti:

A1.1: Analiza vpliva sestave vložka in procesnih parametrov litja na morfologijo mikrostrukturnih sestavin izbranih gnetnih in livnih aluminijevih zlitin v litem stanju.

A1.2: Razvoj mikrostrukturnih sestavin in analiza vpliva teh sestavin na mehanske lastnosti.

Vodilni partner: IMT

Sodelujoče organizacije: IMPOL, TALUM, ULNTF, C3M in TUBA

Izvedene aktivnosti:

A2.1: Analiza mikrostrukturnih sestavin na mikro (LM/SEM) in nano nivoju (TEM) po različnih izdelovalnih tehnologijah.

A2.2: Analiza mikrokemijske sestave (SEM/EDS/WDS) po procesu strjevanja in homogenizacije.

A2.3: Analiza teksture (SEM/EBSD) po fazi termomehanske predelave (rekristalizacija).

Vodilni partner: ULNTF

Sodelujoče organizacije: IMPOL, TALUM, IMT in C3M

Izvedene aktivnosti:

A3.1: Termodinamično modeliranje ravnotežnih in neravnotežnih faznih stanj s programom ThermoCalc.

A3.2: Določanje karakterističnih temperatur in entalpij s termičnimi analizami (DSC in ETA).

A3.3: Določanje vpliva ohlajevalne hitrosti strjevanja in ohlajanja na fazna ravnotežja in velikosti in porazdelitev mikrostrukturnih konstituentov.

A3.4: Laboratorijske preiskave kinetike toplotnih obdelav z DSC in meritvami električne prevodnosti.

Vodilni partner: IMT

Sodelujoče organizacije: IMPOL, TALUM, ULNTF, C3M in TUBA

Izvedene aktivnosti:

A4.1: Analiza mikrostrukture po numerično razvitem modelu strjevanja.

A4.2: Analiza mikrostrukture po numerično razvitem modelu homogenizacijskega žarjenja.

A4.3: Analiza mikrostrukture po numerično razvitem modelu eksperimentov preoblikovanja.

A4.4: Analiza mikrostrukture po numerično razvitem modelu raztopnega žarjenja.

A4.5: Analiza mikrostrukture po numerično razvitem modelu termomehanskih testov.

Vodilni partner: C3M

Sodelujoče organizacije: IMT, ULNTF, IMPOL, TALUM

Izvedene aktivnosti:

A5.1: Modeliranje strjevanja.

A5.2: Modeliranje homogenizacijskega žarjenja.

A5.3: Modeliranje preoblikovanja.

A5.4: Modeliranje raztopnega žarjenja.

A5.5: Sklopitev modelov.

A5.6: Modeliranje in inverzna analiza termomehanskih testov.

A5.7: Validiranje numeričnih modelov pri laboratorijskih pogojih.

A5.8: Določitev postopkov za identifikacijo parametrov potrebnih za numerične modele.

Vodilni partner: TALUM

Sodelujoče organizacije: IMPOL, IMT, ULNTF, C3M in TUBA

Izvedene aktivnosti: 

A6.1: Testiranje numeričnih modelov strjevanja, homogenizacijskega žarjenja, preoblikovanja, raztopnega žarjenja in termomehanskih testov pri industrijskih razmerah v laboratorijskem okolju.

A6.2: Preučitev vpliva različnih termomehanskih procesov na mehanske lastnosti končnega produkta.