Z przyjemnością informujemy, że Rada Naukowa IPPT PAN nadała mgr. inż. Vedowi Prakash Dubeyowi stopień doktora w dziedzinie nauk inżynieryjno-technicznych, w dyscyplinie inżynieria mechaniczna. Tytuł rozprawy brzmi: Yield Surface Identification of Functional Materials and Its Evolution Reflecting Deformation History under Complex Loadings” (w języku polskim: „Identyfikacja powierzchni plastyczności materiałów funkcjonalnych i jej ewolucji uwzględniającej wprowadzoną historię deformacji w warunkach obciążeń złożonych”). Młody naukowiec otrzymał wyróżnienie.
Promotorem pracy jest prof. dr hab. Zbigniew Kowalewski z IPPT PAN a promotorem pomocniczym: dr hab. inż. Mateusz Kopeć, prof. IPPT PAN.
Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy identyfikacji powierzchni plastyczności i jej ewolucji w funkcjonalnych materiałach metalicznych pod wpływem historii deformacji wywołanej różnymi rodzajami obciążenia. Badania przeprowadzono na komercyjnie czystym tytanie (CP-Ti), komercyjnie czystej miedzi (CP-Cu), bimetalu Ti-Cu oraz stali nierdzewnej SS316L, uzyskując istotne dane opisujące zarówno ich anizotropowy charakter przy zastosowanych obciążeniach, jak i mechanizmy umocnienia odkształceniowego. Badania miały na celu wzbogacenia wiedzy na temat wpływu wstępnego odkształcenia na ewolucję powierzchni plastyczności, co stanowi kluczowe znaczenie w projektowaniu inżynierskim i opracowywaniu nowych procesów produkcyjnych.
W badaniach powierzchni plastyczności zastosowano technikę testowania pojedynczej próbki obciążanej sekwencyjnie, w wyniku różnych kombinacji składowych naprężenia i wartości offsetu plastycznego. Kształt i wymiary powierzchni plastyczności aproksymowano wykorzystując kryterium plastyczności zaproponowane przez Szczepińskiego. Dla każdego badanego materiału wyznaczano początkową powierzchnię plastyczności, a następnie po wprowadzeniu w materiale wstępnej deformacji plastycznej wskutek jednoosiowego rozciągania lub kombinacji jednoosiowego rozciągania i cyklicznego skręcania określano jej ewolucję. Wyniki pokazały, że wstępne odkształcenie plastyczne ma istotny wpływ na rozmiar, kształt i położenie powierzchni plastyczności, z wyraźnymi efektami zależnymi od ścieżki obciążenia i rodzaju materiału.
Wyniki kombinacji jednoczesnego obciążenia o charakterze rozciągająco-skręcającym prowadziło do istotnej redukcji wartości naprężenia osiowego badanego tytanu, miedzi oraz bimetalu Ti-Cu, przy czym wielkość osłabienia wzrastała wraz z amplitudą i częstotliwością odkształcenia skrętnego. Ponadto, anizotropowy charakter początkowej powierzchni plastyczności tytanu, prawdopodobnie wynikający z zastosowanych procesów produkcyjnych, został potwierdzony przez analizę tekstury w badaniach z użyciem EBSD. Natomiast rozmiar kolejnych powierzchni plastyczności po wstępnym odkształceniu tytanu uległ zmniejszeniu we wszystkich rozpatrywanych kierunkach, z wyjątkiem jednego, reprezentującego proste rozciąganie. W przypadku czystej miedzi wstępna deformacja wskutek monotonicznego rozciągania spowodowała powstanie efektu kinematycznego umocnienia, wyrażonego przez przesunięcie początkowej powierzchni plastyczności w kierunku wstępnego odkształcenia. Z kolei, kombinacja monotonicznego rozciągania z cyklicznym skręcaniem prowadziła do wywołania efektu anizotropowego umocnienia przy niższej amplitudzie skręcania i anizotropowe osłabienie przy wyższej jej wartości. Dominujący wpływ amplitudy odkształcenia skrętnego w porównaniu do wpływu wartości częstotliwości pozwolił zidentyfikować złożoną interakcję między kierunkiem obciążenia a ścieżką odkształcenia. W przypadku bimetalu Ti-Cu ewolucja powierzchni plastyczności odzwierciedla łączne właściwości mechaniczne jego składników. Obserwowane kinematyczne umocnienie po monotonicznym rozciąganiu i kinematyczne osłabienie po zastosowaniu kombinacji obciążenia wskazują na istotną rolę zmian mikrostrukturalnych w odpowiedzi mechanicznej bimetalu. Analiza EBSD potwierdziła, że wielkość odkształcenia ścinającego podczas kombinacji obciążenia wywołuje rekrystalizację i aktywację dodatkowych systemów poślizgu, co prowadzi do ewolucji powierzchni plastyczności wskazującej na powstawanie cech anizotropowych w materiale. Badania stali nierdzewnej SS316L pozwoliły określić ewolucję powierzchni plastyczności zarówno w próbkach materiału wyprodukowanego z zastosowaniem operacji kucia, jak drukowania metodą laserowego spiekania LPBF (Laser Powder Bed Fusion) przy różnych orientacjach procesu. Zastosowany rodzaj drukowania warstwa po warstwie wprowadził zależności kierunkowe w wartościach granicy plastyczności, przy czym próbki zorientowane w kierunku Z wykazywały najniższe parametry mechaniczne. Wstępna deformacja przez monotoniczne rozciąganie skutkowała różnymi stopniami osłabienia, na które wpływ miała zarówno morfologia materiału, jak i poziom wstępnego odkształcenia.
Wyniki prezentowane w rozprawie stanowią przyczynek do szerszego zrozumienia problemu anizotropii plastycznej oraz ewolucji powierzchni plastyczności w wybranych materiałach metalowych, oferując cenne dane mogące znaleźć zastosowanie przy opracowywaniu zaawansowanych modeli konstytutywnych w mechanice komputerowej. Eksperymentalna walidacja kryterium plastyczności Szczepińskiego podkreśla jego potencjał jako efektywnego narzędzia do przewidywania odpowiedzi mechanicznej materiałów w złożonych stanach naprężenia. Przedstawione wyniki badań mogą znaleźć wykorzystanie przy projektowaniu, wytwarzaniu i optymalizacji strukturalnej materiałów funkcjonalnych zarówno w lotnictwie, motoryzacji, jak i w zastosowaniach biomedycznych.
