Tematyka badawcza
1. Przemiany tekstur w procesie odkształcenia i rekrystalizacji
Prowadzone badania dotyczą wyjaśnienia mechanizmów kontrolujących przemianę tekstury odkształcenia w teksturę rekrystalizacji w metalach o sieci rsc o zróżnicowanej energii błędu ułożenia, ze szczególnym uwzględnieniem opisu mechanizmów odpowiedzialnych za formowanie się silnej składowej {100}<001> w blachach ze stopów aluminium. Analizowane są zarówno fundamentalne aspekty tej szczególnej przemiany fazowej (badania na próbkach mono- oraz poli- krystalicznych), jak i wpływ formujących się podczas rekrystalizacji orientacji nowych ziaren na anizotropowe własności blach.
2. Formowanie się niestabilności płynięcia plastycznego
W ramach tej tematyki prowadzone są prace eksperymentalne mające na celu wyjaśnienie krystalograficznych uwarunkowań mechanizmu formowania się niestabilności płynięcia plastycznego w metalach. Analizowane jest zachowanie umocnieniowe krystalitów o orientacjach sprzyjających formowaniu się obszarów zlokalizowanego odkształcenia oraz zmiany mikrostrukturalne prowadzące do uformowania się mikro-/makro- pasm ścinania w metalach o zróżnicowanej energii błędu ułożenia a także opis uwarunkowań krystalograficznych sprzyjających skoordynowanej penetracji poślizgów poprzez granice ziaren. Prowadzone analizy dotyczą zarówno niestabilności plastycznego płynięcia formujących się w warunkach odkształceń statycznych (pasma ścinania), jak i dynamicznych (adiabatyczne pasma ścinania).
3. Kształtowanie własności metali i stopów poprzez rozdrobnienie struktury metodami intensywnej przeróbki plastycznej
W ramach tego zagadnienia analizowana jest problematyka formowania się silnie rozdrobnionych (mikro)struktur w tworzywach metalicznych oraz ich wpływie na własności (pół)wyrobu. Prowadzone badania dotyczą możliwości wykorzystania technik intensywnego odkształcenia plastycznego do wytworzenia materiałów ultra-drobno-ziarnistych w metalach oraz problematyka ich ‘stabilności temperaturowej', tj. ‘odporności struktury' na rozrost ziarna w procesach wygrzewania. W szczególności, w ramach tej problematyki analizowana jest możliwość wykorzystania techniki walcowania spajania akumulacyjnego do wytworzenia układów wielowarstwowych na bazie metali lekkich (Al/Ti/Mg) wzmacnianych fazami międzymetalicznymi uformowanymi podczas długotrwałego wygrzewania.
4. Mechanizmy łączenia platerów wytwarzanych z wykorzystaniem energii wybuchu oraz wieloskalowa analiza (mikro)struktury strefy połączenia z uwzględnieniem jej wpływu na własności układu
Prowadzone prace dotyczą analiz zmian (mikro)strukturalnych w dwu- i wielo- warstwowych układach platerów zachodzących w trakcie spajania z wykorzystaniem energii wybuchu oraz w trakcie późniejszego długotrwałego wygrzewania. Na każdym etapie prowadzonych prac obserwowane zmiany są korelowane z własnościami mechanicznymi (pół)wyrobu. Badania te z jednej strony zogniskowane są na technologicznych aspektach wytworzenia materiałów wielowarstwowych ‘zbrojonych' fazami międzymetalicznymi oraz cząstkami ceramicznymi, które wykazują silnie o zwiększoną odporność na przebicie. Z drugiej strony analizowane jest zagadnienie destrukcji tych układów w procesie wysokoenergetycznego niszczenia układów wielowarstwowych, a zwłaszcza problematyka formowania się adiabatycznych pasm ścinania.
O PRACOWNI
Od samego początku istnienia Pracowni Odkształcenia Plastycznego Metali prowadzone prace badawcze dotyczą w główniej mierze zagadnień związanych z przemianami zachodzącymi w procesie odkształcenia i rekrystalizacji, formowaniem się niestabilności plastycznego płynięcia, a także własnościami metali o silnie rozdrobnionej mikrostrukturze. W ostatnich latach istotną rolę w prowadzonych badaniach odgrywa tematyka związana z wieloskalową charakterystyką strefy połączenia materiałów zgrzewanych wybuchowo. Zagadnienia te znajdują odzwierciedlenie nie tylko w licznych publikacjach naukowych oraz pracach doktorskich realizowanych w pracowni DN-6, ale także w projektach oraz szerokiej współpracy prowadzonej zarówno z jednostkami naukowymi z kraju, jak i zagranicy, w tym także i partnerami przemysłowymi.
Wybrane publikacje z zakresy realizowanej tematyki badawczej:
S.M. Fatemi, A. Zarei-Hanzaki, H. Paul, Strain-induced nano recrystallization in AZ31 magnesium: TEM characterization, Journal of Alloys and Compounds, 699 (2017) 796-802.
M. Prażmowski, D. Rozumek, H. Paul, Static and fatigue tests of bimetal Zr-steel made by explosive welding, Engineering Failure Analysis, 75 (2017), pp. 71-81.
M.M. Miszczyk, H. Paul, J.H. Driver, J. Poplewska, The influence of deformation texture on nucleation and growth of cube grains during primary recrystallization of AA1050 alloy, Acta Materialia, 129 (2017) 378-387
M.M. Miszczyk, H. Paul, J.H. Driver, P. Drzymała, Recrystallization nucleation in stable aluminium-base single crystals: Crystallography and mechanisms, Acta Materialia, 125 (2017) 109-124
M. M. Miszczyk, H. Paul, J.H. Driver, TEM and SEM analyses of the orientation relations of recrystallized grains in a stable Al-1wt.%Mn single crystals, Materials Characterization, 112 (2016) 68-80
M. M. Miszczyk, H. Paul, J.H. Driver and C. Maurice, New orientation formation and growth during primary recrystallization in stable single crystals of three face-centred cubic metals, Acta Materialia, 83 (2015) 120-136
H. Paul, J. Driver, A. Tarasek, W. Wajda, M.M. Miszczyk, Mechanism of macroscopic shear band formation in plane strain compressed fine-grained aluminium, Materials Science and Engineering A, A642 (2015) 167-180.
H. Paul, J. Morgiel, M. Faryna, M. Prażmowski, M.M. Miszczyk, Microstructure and interfacial reactions in the bonding zone of explosively welded Zr700 and carbon steel plates, International Journal of Materials Research, 106 (2015) 782-792.
S.M. Fatemi-Varzaneh, A. Zarei-Hanzaki, H. Paul, Characterization of ultrafine and nano grained magnesium alloy processed by severe plastic deformation, Materials Characterization, 87 (2014) 27-35
A. Morawiec, E. Bouzy, H. Paul, J.J. Fundenberger, Orientation precision of TEM-based orientation mapping techniques, Ultramicroscopy, 136 (2014) 107-118
H. Paul, J. Morgiel, T. Baudin, F. Brisset, M. Prażmowski, M. Miszczyk, Characterization of Explosive Weld Joints by TEM and SEM Orientation Imaging Microscopy, Archives of Metallurgy and Materials, 59 (2014) 1129-1136.
H. Paul, Lityńska-Dobrzyńska, L., Prażmowski, M., Microstructure and phase constitution near the interface of explosively welded aluminum/copper plates, Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 44 (2013) 3836-3851
S. Wronski, J. Tarasiuk, B. Bacroix, K. Wierzbanowski, H. Paul, Microstructure heterogeneity after the ECAP process and its influence on recrystallization in aluminium, Materials Characterization, 78 (2013) 60-68.
L. Madej, H. Paul, L. Trębacz, W. Wajda, M. Pietrzyk, Multi billet extrusion technology for manufacturing bi-layered components, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 61 (2012) 235-238.
H. Paul, A. Morawiec, T. Baudin, Early stages of recrystallization in ECAP-deformed AA3104 alloy investigated using SEM and TEM orientation mappings, Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 43A (2012) 4777-4793.
H. Paul, T. Baudin, F. Brisset, Effect of strain path and second phase particles on microstructure and texture evolution of AA3104 aluminium alloy processed by ECAP, Archives of Metallurgy and Materials, 56 /2 (2011) 245-261.
Wybrane projekty badawcze finansowane ze środków NCN/MNiSW:
Mechanizm formowania się ziaren o orientacji {100}<001> w procesie rekrystalizacji odkształconych metali o sieci rsc o średniej i dużej energii błędu ułożenia, Kierownik: dr inż. Magdalena Miszczyk (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na lata 2017-2020).
Mechanizm formowania się warstw dyfuzyjnych w wielowarstwowych układach platerów na bazie metali lekkich o zwiększonej odporności udarowej, Kierownik: prof. Henryk Paul (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na lata 2017-2020).
Mechanizmy zarodkowania i wzrostu nowych ziaren w procesie rekrystalizacji metali o sieci rsc i o wysokiej energii błędu ułożenia, Kierownik: dr inż. Magdalena Miszczyk (projekt badawczy w ramach programu SONATA finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na lata 2017-2019).
Trójwymiarowa charakterystyka granic międzyziarnowych w metalach o strukturze regularnej ściennie centrowanej po odkształceniu plastycznym i rekrystalizacji, Kierownik: dr inż. Piotr Bobrowski (projekt badawczy w ramach programu SONATA finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na lata 2016-2019).
Krystalograficzne i mechaniczne uwarunkowania formowania się niestabilności plastycznego płynięcia w metalach o sieci rsc po zmianie drogi deformacji oraz w procesie monotonicznego odkształcenia, Kierownik: prof. Henryk Paul (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na lata 2015-2018)
Przemiany fazowe w strefie połączenia dwu- i trój- warstwowych platerów na bazie miedzi wytwarzanych metodą spajania wybuchowego, Kierownik: prof. Henryk Paul (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w latach 2013-2016).
Weryfikacja i nowa interpretacja mechanizmów niejednorodnego odkształcenia poli- i mono- kryształów o strukturze rsc w świetle zjawisk emisji akustycznej i tarcia wewnętrznego, Kierownik: dr hab. Andrzej Pawełek (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez NCN w latach 2013-2016).
Krystalograficzne aspekty procesu rekrystalizacji w technicznych stopach aluminium, Kierownik: dr inż. Magdalena Miszczyk (Projekt badawczy w ramach programu Iuventus Plus finansowany przez MNiSW w latach 2012-2014).
Phase transformations and microstructure changes in the interfacial zone of bi- and tri- metallic strips based on reactive metals fabricated by explosive welding, Kierownik: prof. Henryk Paul (Projekt Międzynarodowy Niewspółfinansowany, finansowany ze strony polskiej przez Narodowe Centrum Nauki w latach 2012-2014).
Opracowanie i identyfikacja modeli naprężenia uplastyczniającego materiałów polikrystalicznych w skali mikro, Kierownik: dr inż. Wojciech Wajda (projekt badawczy w ramach programu OPUS finansowany przez NCN w latach 2011-2014).
Mechanizmy ewolucji struktury i tekstury w procesach zdrowienia i rekrystalizacji metali o sieci regularnej ściennie centrowanej, Kierownik: prof. Henryk Paul (Projekt finansowany przez MNiSW w latach 2011-2014).
The Influence of Second Phase Particles on Structure Refinement and Recrystallization Behaviour in Aluminium Alloys Fabricated by Severe Plastic deformation, Kierownik: prof. Henryk Paul (Projekt Międzynarodowy Niewspółfinansowany, finansowany ze strony polskiej przez MNiSW w latach 2010-2012).
Współpraca z ośrodkami naukowymi z kraju i z zagranicy oraz partnerami przemysłowymi:
Współpraca zagraniczna:
Faculty of Mechanical Engineering of Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran, Structure and properties of functional materials based on light metals, manufactured by using severe plastic deformation (SPD) and bi-, tri- and multi- layered composite materials manufactured by explosive bonding technology, 2015-2019, Prof. Henryk Paul (IMMS PAS)/Prof. Mahmood Fatemi (SRTTU).
University of Louvain (UCL), CESAME-MEMA, Belgia; Analiza mechanizmów deformacji w skali mikro próbek ze stali TWIP ściskanych w płaskim stanie odkształcenia, 2014-2016 (Dr inż. W. Wajda)/(Prof. Laurent Delannay).
Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO), Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide, Université Paris-Sud, Orsay, France. Badania struktury i właściwości materiałów dla przemysłu nuklearnego, w szczególności stopów Zr i Ti, a także materiałów kompozytowych na bazie Zr i Ti, wytwarzanych z wykorzystaniem technologii wybuchowego spajania, 2010-2015, Prof. Thierry Baudin/Prof. Henryk Paul.
Instytut Materiałów i Mechaniki Maszyn, Słowacka Akademia Nauk, Bratysława, Słowacja; Emisja akustyczna w ściskanych stopach i kompozytach Mg i Al przed i po przetwarzaniu metodami intensywnego odkształcania, 2010-2016.
École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Centre Sciences des Matériaux et des Structures; Modifications de la microstructure et de la texture pendant le recuit des métaux déformés de structure c.f.c - Thèse de Docteur - Magdalena Maria Miszczyk, 2005-2013, Prof. Henryk Paul (IMMS PAS)/Prof. Julian H. Driver (EMSE).
Współpraca krajowa:
Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny (dr Mariusz Prażmowski) - w zakresie wieloskalowej charakterystyki układów zgrzewanych wybuchowo.
AGH WMiIP (Prof. Łukasz Madej) - w zakresie modelowania procesów deformacji w oparciu o model Crystal Plasticity oraz Digital Material Representation.
Współpraca z przemysłem:
ZTW Explomet w Opolu - w zakresie badania własności mechanicznych i analizy zmian zachodzących w strefie połączenia platerów wytwarzanych z wykorzystaniem energii wybuchu.
Prace doktorskie:
Prace doktorskie zrealizowanie w pracowni DN-6:
2016 - Wojciech Skuza, Wieloskalowa charakterystyka połączeń w platerach Ti/Cu spajanych metodą wybuchową (Promotor: prof. Henryk Paul, promotor pomocniczy: dr inż. Katarzyna Berent).
2015 - Jagoda Poplewska, Role of low-angle boundaries in microstructure and texture transformations during annealing of severely deformed aluminum alloys (Promotor: Henryk Paul).
2013 - Magdalena Miszczyk, Microstructure and texture evolution during annealing of plane strain compressed fcc metals (Promotorzy: prof. Henryk Paul oraz prof. Julian H. Driver, promotor pomocniczy: dr Claire Maurice).
2010 - Joanna Bogucka, Zmiany plastyczności stopów aluminium poddanych rozdrobnieniu ziarna metodą intensywnych odkształceń plastycznych (Promotor: †prof. Jan Kuśnierz/prof. Henryk Paul)
2008 - Marcin Bijak, Zależność orientacji w procesie rekrystalizacji odkształconych monokryształów stopu Al-Mn (Promotor: prof. Henryk Paul)