Laboratorij za vakuumsko in toplotno obdelavo in tribologijo

Vodja laboratorija: prof.dr. Bojan Podgornik

e-mail: Bojan.podgornik@imt.si

tel.: 01/4701-930

mobile: 041/793-146

Odsek za kovinske materiale in tehnologije

Laboratorij je usmerjen v temeljne in aplikativne raziskave na področjih vakuumske toplotne obdelave, površinskega inženirstva, tribologije ter mehanske integritete kovinskih materialov. Raziskovalno delo se osredotoča na razumevanje povezav med mikrostrukturo, postopki toplotne in površinske obdelave ter končnimi lastnostmi materialov, kakor tudi v razvoj rešitev za povečanje zanesljivosti, odpornosti in življenjske dobe orodij in visokotrdnostnih komponent.

Ključne storitve:

• razvoj in optimizacija postopkov vakuumske toplotne in kriogene obdelave;
• tribološke raziskave trenja, obrabe in nosilnosti kontaktnih površin pri sobni in povišani temperaturi;
• določanje lomne žilavosti ter raziskave mehanskega in termičnega utrujanja;
• meritve in analiza polja zaostalih napetosti;
• razvoj in vrednotenje kemotermičnih postopkov, prevlek in kombiniranih površinskih sistemov;
• ekspertize, analize poškodb in odpovedi ter razvojna podpora industriji.

Več o laboratoriju

Laboratorij za vakuumsko toplotno obdelavo in tribologijo izvaja temeljne in aplikativne raziskave na področjih toplotne obdelave kovinskih materialov, površinskega inženirstva, tribologije ter mehanske integritete materialov in komponent. Osrednji cilj laboratorija je razvoj znanja o povezavah med kemijsko sestavo, mikrostrukturo, postopki toplotne in površinske obdelave ter končnimi mehanskimi, lomnomehanskimi in tribološkimi lastnostmi materialov.

Raziskovalno delo obsega razvoj in optimizacijo vakuumske toplotne obdelave orodnih in drugih visokozmogljivih jekel, toplotno obdelavo aditivno izdelanih kovinskih materialov ter raziskave možnosti vključevanja globokega podhlajevanja za izboljšanje lastnosti materialov. Na področju površinskega inženirstva raziskujemo kemotermične postopke ter njihovo kombiniranje s funkcionalnimi in zaščitnimi prevlekami z namenom povečanja nosilnosti, obrabne odpornosti in življenjske dobe kontaktnih površin, orodij in komponent. Posebno raziskovalno področje predstavlja razvoj površinskih sistemov z zmanjšanim trenjem oziroma samomazalnimi lastnostmi za zahtevne visokotemperaturne preoblikovalne procese.

Pomemben del dejavnosti laboratorija predstavljajo raziskave trenja in obrabe, nosilnosti kontaktnih površin, lomne žilavosti, zaostalih napetosti ter odpornosti materialov proti mehanskemu in termičnemu utrujanju. Z integriranim pristopom raziskujemo vpliv mikrostrukture, toplotne in površinske obdelave ter pogojev obremenjevanja na nastanek poškodb in življenjsko dobo materialov in komponent.

Znanstvenoraziskovalno delo poteka v okviru raziskovalnega programa Kovinski materiali in tehnologije, temeljnih in aplikativnih raziskovalnih projektov ter v neposrednem sodelovanju z industrijskimi partnerji. Laboratorij je hkrati namenjen strokovni in razvojni podpori predvsem orodjarski ter kovinskopredelovalni industriji pri razvoju novih izdelkov in procesov, optimizaciji toplotne in površinske obdelave ter reševanju proizvodnih in eksploatacijskih problemov.

Raziskovalna dejavnost in storitve

Dejavnosti laboratorija obsegajo predvsem bazične in aplikativne raziskave, preskušanja, analize ter ekspertno in razvojno podporo na področju toplotne obdelave, tribologije, lomne mehanike, utrujanja in inženiringa površine.

Toplotna obdelava in razvoj procesov

• razvoj in optimizacija postopkov vakuumske toplotne obdelave orodnih in drugih visokotrdnostnih jekel;
• razvoj in optimizacija toplotne obdelave aditivno izdelanih kovinskih materialov;
• raziskave vpliva parametrov toplotne obdelave na mikrostrukturo in končne lastnosti;
• izdelava naprednih diagramov popuščanja, ki poleg trdote vključujejo vpliv parametrov toplotne obdelave na žilavost, upogibno trdnost, obrabno odpornost, obdelovalnost, ter odpornost proti mehanskemu in termičnemu utrujanju;
• raziskave učinkovitosti globokega podhlajevanja oz. kriogene obdelave in njegovega vpliva na mikrostrukturo, mehanske in tribološke lastnosti materialov;
• optimizacija kombiniranih postopkov toplotne in površinske obdelave.

Tribološka preskušanja in raziskave

• določanje trenja in obrabe pri suhem in mazanem drsnem kontaktu;
• vrednotenje protiobrabnih lastnosti kontaktnih površin z vplivom toplotne, kemotermične in površinske obdelave ter nanosa zaščitnih prevlek;
• določanje nosilnosti kontaktnih površin pri sobni in povišani temperaturi;
• raziskave tribološkega obnašanja materialov pri realnih industrijskih kontaktnih pogojih;
• določanje preoblikovalnosti materialov in površinskih sistemov;
• vrednotenje stabilnosti in odpornosti rezalnih robov;
• analiza vpliva mikrostrukture, trdote, žilavosti in površinskih lastnosti na mehanizme trenja, obrabe in nastanka poškodb.

Mehanska integriteta in utrujanje

• določanje lomne žilavosti kovinskih materialov;
• raziskave odpornosti proti mehanskemu utrujanju;
• raziskave in vrednotenje odpornosti materialov proti termičnemu utrujanju;
• analiza vpliva mikrostrukture, toplotne obdelave in površinskega stanja na iniciacijo in širjenje razpok;
• vrednotenje povezav med trdoto, trdnostjo, žilavostjo, obrabno odpornostjo in življenjsko dobo materialov.

Zaostale napetosti

• meritve in analiza polja zaostalih napetosti;
• določanje vpliva toplotne obdelave, mehanske obdelave, površinskega inženirstva in obratovalnih obremenitev na nastanek in porazdelitev zaostalih napetosti;
• povezovanje stanja zaostalih napetosti z odpornostjo proti utrujanju, nastankom razpok in dimenzijsko stabilnostjo komponent.

Ekspertize in industrijska razvojna podpora

• ekspertize na področju toplotne obdelave, tribologije in površinskega inženirstva;
• analize poškodb in odpovedi orodij ter strojnih komponent z ugotavljanjem vzrokov poškodb;
• karakterizacija materiala, mikrostrukture ter relevantnih mehanskih in triboloških lastnosti;
• reševanje tehnoloških in proizvodnih problemov;
• optimizacija izbire materiala, postopkov toplotne in površinske obdelave ter pogojev uporabe;
• sodelovanje pri razvoju novih materialov, izdelkov in tehnoloških procesov ter pri povečanju zanesljivosti in življenjske dobe industrijskih komponent.

Seznam ključne opreme

• Enokomorna horizontalna peč za vakuumsko toplotno obdelavo in sintranje IPSEN VTTC324R

Dimenzija komore: 600 x 900 x 400 mm (400 kg), temperaturno območje: 350 - 1250°C, stopnja vakuma: 10^-5 mbar, maks. tlak kaljenja: 5 bar (N₂)

• Visokotlačna laboratorijska horizontalna peč za vakuumsko toplotno obdelavo TAV H2S

Dimenzija komore: 200 x 300 x 200 mm (40 kg), maks. temperatura: 1270°C, stopnja vakuuma: 10^-2 mbar, maks. tlak kaljenja: 20 bar (N₂), 10 bar (Ar)

• Peč za ionsko nitriranje – Metaplas

maks. temperatura: 900°C (nitriranje Al, Fe in Ti zlitin), dimenzije komore: f700 x 1000 mm, active screen, pulzni način, Procesi: nitriranje, karbonitriranje in oxi-nitriranje

• Komora za globoko podhlajevanje

velikost komore: 450 x 600 x 500, min. temperature: -196°C, klasični in ciklični način podhlajevanja

• Naprava za merjenje zaostalih napetosti MTS3000 – RESTAN

metoda vrtanja luknjice, globinska porazdelitev (do 2 mm), standard ASTM E837, možnost merjenja na terenu

• Eksperimentalno preizkuševališče za termično utrujanje

Induktivno segrevanje, interno hlajenje z vodo, zaščitna atmosfera N₂

• Simulacijsko preizkuševališče nosilnosti in odpornosti kontaktnih površin na adhezijo – LoadScanner ULS4

temperaturno območje: 20 – 650°C, suh in mazan kontakt, območje obremenitev: 50-5000 N, območje drsnih hitrosti: 0.001 – 1 m/s

• Tribološko preizkuševališče pri izmeničnem drsnem kontaktu – HTR2

preizkušanje pri sobni temperaturi, suh in mazan kontakt, vrste kontakta: točkovni, linijski in ploskovni, maksimalna obremenitev 1000 N, območje frekvence: 0,01 – 50 Hz, območje pomika: 1-100 mm

Projekti in reference

Projekti:

1. ARRS-SLO L2-7599 – Aplikativni projekt; Nova generacija jekel odpornih proti lezenju, modificiranih z nanodelci (SIJ Metal Ravne; 2016-2019)
2. RRI-TRL3-6 program MARTINA; Materiali in tehnologije za nove aplikacije - WP: Razvoj novih visokotrdnostnih jekel; (2016-2019)
3. M-ERA.Net – HEAMODEL; Visokoentropijske zlitine z napovedljivimi mehanskimi lastnostmi na osnovi računalniškega modeliranja (2017-2020)
4. ARRS-SLO J2-9211 – Temeljni projekt; Izboljšanje lastnosti kovinskih materialov z globokim kriogenim podhlajevanjem (2018-2021)
5. COMET – Austrian Research Program; Samomazalne navarjene plasti za visokotemperaturno preoblikovanje lahkih zlitin (2021-2022)
6. Norway Grants - Climate Change Mitigation and Adaptation – CIRCI; Krožno gospodarstvo v industriji – uporaba načel krožnega gospodarstva v industrijskih procesih (2022-2024)
7. NewSkin Open Innovation Test Bed - Demo-case collaboration; Nano-laserska modifikacija površine CrVN-prevlek za uporabo pri visokotemperaturnem preoblikovanjus (2023-2024),
8. ARIS-CEA NC-24004 – Temeljni projekt; Razumevanje mehanizmov vodikove krhkosti v aditivno izdelanih nerjavnih jeklih (2024-2025) 

Ekspertize in sodelovanje z industrijo:

• Armas (Slovenija): Analiza loma jekel za vojaško industrijo
• DeMartin (Švica): Tribološke raziskave modificiranih Cr in hibridnih DLC prevlek
• Hidria Rotomatika (Slovenija): Inženiring aktivnih elementov precizno štancnih orodij
• Hilti (Lihtenštajn): Tribološka karakterizacija prevlek in maziv za elemente ročnih orodij in sidrnih vijakov
• Impol (Slovenija): Merilna negotovost, Tribološko testiranje maziv za valjanje folij, Analiza obrabnih mehanizmov in procesa napredovanja poškodb izsekovalnega orodja
• KOVIS (Slovenija): Odpornost jeklenih litin na termično utrujanje
• MARSi (Slovenija): Vpliv toplotne obdelave na lastnosti AM maraging jekla
• Pankl (Avstrija): Nosilnost DLC prevlek za aplikacijo v motošportu
• Precision Resources Slovenija: Toplotna obdelava in podhlajevanje orodij za fino štancanje
• SIJ Metal Ravne (Slovenija): Izdelava naprednih diagramov popuščanja orodnih jekel
• Štore Steel (Slovenija): Razvoj in testiranje visokotrdnostnih vzmetnih jekel
• UNIOR (Slovenija): Optimiranje vakuumske toplotne obdelave in modificiranje kovaških vložkov iz jekel za delo v vročem

Ekipa

prof.dr. Bojan Podgornik (vodja)

dr. Marko Sedlaček

dr. Venu Yarasu

Matevž Mali (MR)

Branko Zvonar