„W czasopiśmie Metallurgical and Materials Transactions A ukazała się publikacja pt. „Acoustic Emission-Based Identification of Discontinuous Plastic Flow in Austenitic Stainless Steels”, której pierwszymi autorami są młodzi naukowcy z IPPT PAN: H. Nejman i A. Szyszko. Wśród współautorów znaleźli się również Z. Ranachowski, J. Tabin oraz J. Kawałko z Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH. W badaniach uczestniczyli także Adam Brodecki oraz Mirosław Wyszkowski z Laboratorium Badań Materiałów i Konstrukcji.”
Praca dotyczy identyfikacji zjawiska nieciągłego płynięcia plastycznego (discontinuous plastic flow, DPF) w stalach austenitycznych odkształcanych w temperaturze ciekłego helu, tj. 4 K (-269°C). Autorzy wykazali, że emisja akustyczna pozwala wykrywać lokalne zdarzenia poprzedzające makroskopowe spadki naprężenia widoczne na krzywej rozciągania (Rys. 1). Oznacza to, że rozwój niestabilności plastycznej nie jest procesem nagłym, lecz poprzedzony jest sekwencją dyskretnych zdarzeń mikrostrukturalnych.
Rys. 1 Dzięki analizie spektrogramów z jednoosiowych testów rozciągania stali austenitycznych 316L i 304 w temperaturze 4 K (-269°C) zidentyfikowano prekursory niestabilności plastycznej związanej z nieciągłym płynięciem plastycznym (DPF). Zaobserwowane sygnały emisji akustycznej pojawiały się przed gwałtownymi spadkami naprężenia, wskazując na rozwój lokalnych zdarzeń mikrostrukturalnych poprzedzających makroskopową niestabilność (Rys. 3) [1].
Uzyskane wyniki pokazują, że emisja akustyczna może być czułym narzędziem do identyfikacji wczesnych etapów lokalizacji odkształcenia w stalach austenitycznych. Praca wnosi istotny wkład w zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za niestabilność plastyczną materiałów w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu.
Projekt ESSA i badania materiałów w ekstremalnych warunkach
Szczególną rolę w przygotowaniu publikacji odegrali młodzi naukowcy Hubert Nejman oraz Adam Szyszko, związani z projektem ESSA – Eksperymentalna Identyfikacja Ewolucji Pola Odkształcenia w Kriogenicznym Zakresie Temperatury (4 K, 77 K) w Zaawansowanych Materiałach do Zastosowań Wodorowych i Nadprzewodzących, finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu SONATA.
Celem projektu ESSA jest opracowanie stanowiska do badań materiałów w bardzo niskich temperaturach, m.in. 4 K i 77 K. Platforma łączy klasyczne próby mechaniczne z nowoczesnymi metodami pomiarowymi, takimi jak pełnopolowa analiza odkształceń, emisja akustyczna oraz pomiary temperatury i siły. Dzięki temu możliwe jest jednoczesne śledzenie odpowiedzi mechanicznej materiału, lokalizacji odkształceń oraz zjawisk towarzyszących rozwojowi niestabilności plastycznej.
Badania prowadzone w ramach projektu mają znaczenie dla opisu zachowania materiałów pracujących w ekstremalnych warunkach, m.in. w technologiach wodorowych oraz w elementach nadprzewodzących układów stosowanych w dużych instalacjach badawczych i energetycznych.
Młodzi naukowcy i rozwój metod emisji akustycznej
Hubert Nejman (zdj. 1), absolwent studiów I stopnia na kierunku Inżynieria Materiałowa w Wojskowa Akademia Techniczna, projektant konstrukcji spawanych w firmie Kurspaw, obecnie kontynuuje naukę na studiach II stopnia na kierunku Inżynieria Materiałowa na Politechnika Warszawska. W ramach prac opracował tzw. „dywany”, czyli spektrogramy AE pozwalające obserwować aktywność akustyczną towarzyszącą rozwojowi DPF (Rys. 1). Analizy umożliwiły wskazanie charakterystycznych sygnałów pojawiających się jeszcze przed makroskopową niestabilnością materiału. Identyfikacja prekursorów była możliwa dzięki zastosowaniu systemu AE opracowanego przez Zbigniewa Ranachowskiego z Pracowni Badań Nieniszczących IPPT PAN.
Adam Szyszko (zdj. 2), absolwent Politechnika Warszawska na kierunku Inżynieria Materiałowa, a obecnie doktorant w Szkole Doktorskiej IPPT PAN, zajmuje się analizą mikrostrukturalną oraz identyfikacją kinetyki ewolucji martenzytu indukowanego odkształceniem. Jego prace pozwalają łączyć odpowiedź mechaniczną i akustyczną materiału z lokalnymi zmianami zachodzącymi w mikrostrukturze stali austenitycznych.
Publikacja:
[1] J. Tabin, H. Nejman, A. Szyszko, Z. Ranachowski, J. Kawałko, Acoustic Emission-Based Identification of Discontinuous Plastic Flow in Austenitic Stainless Steels, Metallurgical and Materials Transactions A, 2026. DOI: 10.1007/s11661-026-08252-6
Zdj. 1 Praca na stanowisku do badań wytrzymałościowych materiałów w temperaturach kriogenicznych w Laboratorium Badań Materiałów i Konstrukcji IPPT PAN. Na zdjęciu: Hubert Nejman i Mirosław Wyszkowski.
Zdj. 2 (a) Montaż próbki w kriostacie do badań mechanicznych w temperaturach kriogenicznych. Na zdjęciu: Adam Szyszko; (b) Stanowisko do testów wytrzymałościowych w temperaturach kriogenicznych, umożliwiające jednoczesny pomiar pola odkształceń metodą DIC, emisji akustycznej (AE), temperatury, siły oraz wydłużenia próbki. Ewolucja pola odkształcenia podczas testu jednoosiowego rozciągania w 77 K.
