| Tytuł projektu: Gumo Metal w procesie ściskania - interdyscyplinarne badania innowacyjnego nadstopu tytanu |
Umowa:
UMO-2016/23/N/ST8/03688
Czas realizacji:
2017-07-12 / 2021-07-11
Konsorcjum:
Jedyny wykonawca
Sponsor:
NCN
Typ:
PRELUDIUM
Konkurs:
12
Lista wykonawców:
| 1 | dr inż. | Karol Golasiński♦ |
| 2 | dr inż. | Michał Maj |
| 3 | prof. dr hab. inż. | Elżbieta Pieczyska |
| 4 | Leszek Urbański | |
| ♦ kierownik |
Streszczenie:
Projekt dotyczy badań właściwości mechanicznych i odpowiedzi temperaturowych towarzyszących odkształceniu niekonwencjonalnego stopu na bazie tytanu o nazwie Gum Metal w procesie ściskania.
Wyniki uzyskane w ramach projektu obejmują charakteryzację anizotropii mechanicznej stopu Gum Metal. Anizotropia sprężysta była zmierzona za pomocą badań ultradźwiękowych. Wyniki wskazały na znaczną różnicę w modułach sprężystości wyznaczonych w dwóch kierunkach: prostopadłych i równoległym do osi ciągnienia pręta stopu. Anizotropia plastyczna stopu Gum Metal została przeanalizowana w procesie ściskania próbek z dwiema orientacjami. Otrzymano znacząca różnicę w charakterystykach mechanicznych oraz odmienny charakter pól odkształcenia próbek stopu Gum Metal w procesie ściskania.
Przeanalizowano też wpływ cyklicznego ściskania w kierunku osi ciągnienia stopu Gum Metal w kontekście sprzężeń termomechanicznych. Zaobserwowano zjawisko umacniania się stopu w kolejnych cyklach obciążenie-odciążenie i wyraźnie zarysowane granice plastyczności. Pokazano, że odpowiedź temperaturowa stopu Gum Metal w procesie cyklicznego ściskania może służyć do wyznaczenia poszczególnych etapów odkształcenia stopu tj. liniowej sprężystości, nieliniowego odwracalnego mechanicznie zakresu „supersprężystości” i plastyczności.
W ramach projektu wykonano również obserwacje mikrostrukturalne i analizy składu fazowego z zastosowaniem mikroskopii optycznej i elektronowej oraz dyfraktometrii rentgenowskiej, które pozwalają na wytłumaczyć zjawiska obserwowane w makroskali. Uzyskane wyniki charakteryzacji stopu Gum Metal służą pełniejszemu zrozumieniu właściwości stopu, procesów niszczenia i niekonwencjonalnych mechanizmów, które je wywołują. Ponadto zaproponowano
model matematyczny, opracowany za pomocą eksperymentalnie wyznaczonych parametrów mechanicznych, który może być pomocny przy projektowania komponentów wykonanych z Gum Metalu. Wyniki przeprowadzonych badań nakreślają szczególnie duże szanse zastosowania Gum Metalu jako materiału na implanty nowej generacji. Stop ten charakteryzuje odpowiedź mechaniczna zbliżona do kości ludzkiej w zakresie sprężystym, wysoka biozgodność i łatwość obróbki.
Obszar, dziedziny i dyscypliny naukowej:
| 5.1.14: | obszar nauk technicznych, dziedzina nauk technicznych, dyscyplina inżynieria materiałowa |
| 5.1.17: | obszar nauk technicznych, dziedzina nauk technicznych, dyscyplina mechanika |
| 5.1.5: | obszar nauk technicznych, dziedzina nauk technicznych, dyscyplina budowa i eksploatacja maszyn |
Lista publikacji:
| 1. | Golasiński K.M., Janiszewski J., Sienkiewicz J., Płociński T., Zubko M., Świec P., Pieczyska E.A., Quasi-static and dynamic compressive behavior of Gum Metal: experiment and constitutive model, METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE, ISSN: 1073-5623, DOI: 10.1007/s11661-021-06409-z, pp.1-14, 2021 |  | 200p. | |
| 2. | Golasiński K.M., Detsch R., Szklarska M., Łosiewicz B., Zubko M., Mackiewicz S., Pieczyska E.A., Boccaccini A.R., Evaluation of mechanical properties, in vitro corrosion resistance and biocompatibility of Gum Metal in the context of implant applications, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, ISSN: 1751-6161, DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.104289, Vol.115, pp.104289-1-11, 2021 |  | 100p. | |
| 3. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Staszczak M., Świec P., Furuta T., Kuramoto S., Investigation of strain rate sensitivity of gum metal under tension using digital image correlation, ARCHIVES OF CIVIL AND MECHANICAL ENGINEERING, ISSN: 1644-9665, DOI: 10.1007/s43452-020-00055-9, Vol.20, No.2, pp.53-1-14, 2020 | | 140p. | |
| 4. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Mackiewicz S., Staszczak M., Kowalewski Z.L., Urbański L., Zubko M., Takesue N., Anisotropy of gum metal analysed by ultrasonic measurement and digital image correlation, MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY, ISSN: 0267-0836, DOI: 10.1080/02670836.2019.1629539, Vol.36, No.9, pp.996-1002, 2020 | | 70p. | |
| 5. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Kowalczyk-Gajewska K., Maj M., Kuramoto S., Furuta T., Mechanical behavior of gum metal under tension at various strain rates - full-field deformation measurements and simulations, International Conference on Plasticity, Damage, and Fracture 2020, 2020-01-03/01-09, Riviera Maya (MX), pp.1-1, 2020 | | ||
| 6. | Kowalczyk-Gajewska K., Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Kuramoto S., Furuta T., A finite strain elastic-viscoplastic model of gum metal, International Journal of Plasticity, ISSN: 0749-6419, DOI: 10.1016/j.ijplas.2019.02.017, Vol.119, pp.85-101, 2019 | | 200p. | |
| 7. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Polish-Japanese Joint Research on a Multifunctional Titanium Alloy Gum Metal, 11. Kongres Societas Humboldtiana Polonorum pod patronatem Prezydenta RP Andrzeja Dudy i Prezydenta RFN Franka-Waltera Steinmeiera, 2019-09-12/09-15, Szczecin (PL), pp.90-91, 2019 | | ||
| 8. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Furuta T., Kuramoto S., Development of strain localization in a beta-titanium alloy Gum Metal analyzed by infrared camera and digital image correlation for various strain rates, AITA 2019, 15th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications, 2019-09-16/09-19, Florencja (IT), pp.1-4, 2019 | | ||
| 9. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Mackiewicz S., Staszczak M., Zubko M., Takesue N., Elastic and plastic anisotropy of gum metal investigated by ultrasound measurements and digital image correlation, ISMMS, 10th International Symposium on Mechanics of Materials and Structures, 2019-06-02/06-06, Augustów (PL), pp.43-44, 2019 | | ||
| 10. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Kuramoto S., Furuta T., Gum metal - a unique Ti alloy - investigated by digital image correlation and infrared thermography, ISMMS, 10th International Symposium on Mechanics of Materials and Structures, 2019-06-02/06-06, Augustów (PL), pp.86-87, 2019 | | ||
| 11. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Furuta T., Kuramoto S., Gum metal subjected to tension at various strain rates - experimental results analysed by dic, PCM-CMM, 4th Polish Congress of Mechanics, 23rd International Conference on Computer Methods in Mechanics, 2019-09-08/09-12, Kraków (PL), pp.1, 2019 | | ||
| 12. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Staszczak M., Takesue N., Thermomechanical behavior of gum metal under cyclic compression, PCM-CMM, 4th Polish Congress of Mechanics, 23rd International Conference on Computer Methods in Mechanics, 2019-09-08/09-12, Kraków (PL), pp.1, 2019 | | ||
| 13. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Kuramoto S., Furuta T., Gum Metal mechanical properties investigated by infrared camera and digital image correlation, SMST, Shape Memory and Superelastic Technologies, 2019-05-13/05-17, Konstanz (DE), pp.1-2, 2019 | | ||
| 14. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Kowalewski Z.L., Furuta T., Kuramoto S., Yielding and strain localization effects in gum metal - a unique Ti alloy - investigated by digital image correlation and infrared thermography, Materials Today: Proceedings, ISSN: 2214-7853, DOI: 10.1016/j.matpr.2019.03.119, Vol.12, pp.235-238, 2019 | | ||
| 15. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Furuta T., Kuramoto S., Development of strain localization in a beta-titanium alloy gum metal analyzed by infrared camera and digital image correlation for various strain rates, Proceedings — Open Access Journal, ISSN: 2504-3900, DOI: 10.3390/proceedings2019027051, Vol.27, No.1, pp.51-1-4, 2019 | | ||
| 16. | Pieczyska E.A., Maj M., Golasiński K.M., Staszczak M., Furuta T., Kuramoto S., Thermomechanical Studies of Yielding and Strain Localization Phenomena of Gum Metal under Tension, Materials, ISSN: 1996-1944, DOI: 10.3390/ma11040567, Vol.11, No.567, pp.1-13, 2018 | | 35p. | |
| 17. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Staszczak M., Maj M., Furuta T., Kuramoto S., INFRARED THERMOGRAPHY AND DIC USED TO INVESTIGATE GUM METAL LOCALIZATION EFFECTS, IRF2018, 6th International Conference Integrity-Reliability-Failure, 2018-07-22/07-26, Lizbona (PT), No.7199, pp.825-826, 2018 | | 20p. | |
| 18. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Kowalewski Z.L., Furuta T., Kuramoto S., Yielding and strain localization effects in gum metal - a unique ti alloy -investigated by digital image correlation and infrared thermography, 35 DANUBIA-ADRIA, 35th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics, 2018-09-25/09-28, Sinaia (RO), pp.57-58, 2018 | | ||
| 19. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Mackiewicz S., Staszczak M., Zubko M., Takesue N., Analysis Gum Metal crystallographic texture and misorientation in correlation to its mechanical behavior, CAC, XXIV CONFERENCE ON APPLIED CRYSTALLOGRAPHY, 2018-09-02/09-06, Arłamów (PL), No.OY1-5, pp.37-38, 2018 | | ||
| 20. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Staszczak M., Takesue N., Superelastic-like behavior of Gum Metal under compression inspected by infrared thermography, ESOMAT 2018, 11th European Symposium on Martensitic Transformations, 2018-08-27/08-31, Metz (FR), pp.84, 2018 | | ||
| 21. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Staszczak M., Mackiewicz S., Zubko M., Takesue N., Gum metal in compression – investigation of mechanical anisotropy caused by texture, ICEM 2018, 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON EXPERIMENTAL MECHANICS, 2018-07-01/07-05, BRUKSELA (BE), No.454, pp.1-2, 2018 | | ||
| 22. | Golasiński K.M., Pieczyska E.A., Maj M., Staszczak M., Kuramoto S., Gum Metal under cyclic tension inspected by a fast and sensitive infrared camera, QIRT 2018, 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference, 2018-06-25/06-29, Berlin (DE), pp.1-6, 2018 | | ||
| 23. | Pieczyska E.A., Golasiński K.M., Maj M., Mackiewicz S., Staszczak M., Zubko M., Takesue N., Mechanical anisotropy of Gum Metal analyzed by ultrasonic measurements and digital image correlation, SolMech 2018, 41st SOLID MECHANICS CONFERENCE, 2018-08-27/08-31, Warszawa (PL), pp.352-353, 2018 | |