Dr hab. inż. M arcin K napiński Częstochowa, 05.03.2018 Prof. nadzw yczajny
Politechnika C zęstochow ska W ydział Inżynierii Produkcji i Technologii M ateriałów
Recenzja
pracy doktorskiej m gr inż. Przem ysław a Snopińskiego pt.: „K ształtow anie struktury i w łasności odłew niczych stopów A ł-M g w procesach obróbki ciepłnej i intensywnego
odkształeenia p łastycznego” opracow ana na złecenie D ziekana W ydziału M eehanieznego Technołogieznego Połiteehniki Śłąskiej
dr hab, inż. A nny T im ofiejezuk prof. Poł. Śł. z dnia 07 łutego 2018 roku.
1, Zakres rozpraw y
Stopy metali lekkich, do których należą m iędzy innymi Al i M g stanow ią obecnie bardzo w ażną grupę m ateriałów konstrukcyjnych. U zyskiw ane w ysokie w łasności w ytrzym ałościow e oraz plastyczne tych stopów przy relatyw nie niskiej masie um ożliw iają ich zastosow anie w przem yśle m aszynow ym i transportow ym , a szczególnie w branży lotniczej i motoryzacyjnej. Od w ielu lat prow adzone są prace badaw cze ukierunkow ane na w ytw arzanie materiałów 0 rozdrobnionej w sposób kontrolow any strukturze, gwarantującej w zrost własności w ytrzym ałościow ych. M ateriały ułtradrobnoziarniste charakteryzują się w stosunku do ieh klasycznych odpow iedników około dw ukrotnie w iększą w ytrzym ałością, przy nieznacznym spadku ciągliw ości, a w obniżonych tem peraturach zachow ują w łaściw ości plastyczne. Najczęściej stosow anym sposobem uzyskiw ania kontrolow anego rozdrobnienia struktury są procesy przeróbki plastycznej um ożliw iające w prow adzenie do m ateriału dużych odkształceń plastycznych bez istotnej zm iany ich kształtu. W ażnymi czynnikam i w tego typu procesach są: podatność m ateriału do w prow adzania odkształcenia plastycznego oraz stan naprężeń podczas odkształcania, które pow inny sprzyjać zachow aniu ciągłości m ateriału podczas przeróbki. Istotnym staje się zatem stan struktury m ateriału przed rozpoczęciem operacji odkształcenia plastycznego, który m ożna kształtow ać za pom ocą odpow iednio dobranej obróbki cieplnej.
D oktorant w swojej rozpraw ie podjął się analizy złożonego i interesującego problem u naukowego, jak im je st m ożliw ość uzyskiw ania m ateriałów o zwiększonej w ytrzym ałości 1 wysokich w łasnościach plastycznych w oparciu o trudno odkształcalne stopy aluminium serii 5xxx. Jako m etodę uzyskiw ania takich m ateriałów A utor zaproponow ał połączenie procesów obróbki ciep łn ej: przesycania i sztucznego starzenia z intensywnym odkształceniem plastycznym zadaw anym w procesie przeciskania m ateriału przez kanał kątowy (ECAP). Swoje badania przeprow adził dla dw óch w ybranych stopów alum inium serii 5xxx: AlMg3 i AlMgS o zróżnicow anej zaw artości m agnezu. Swoje badania rozpoczął od określenia funkcji opisujących proces krystalizacji w ybranych stopów, w ykorzystując w tym celu m etodę analizy term iczno-deryw acyjnej (ATD). W kolejnym etapie analizow ał wpływ param etrów obróbki cieplnej: przesycania oraz sztucznego starzenia na kształtow anie m ikrostruktury i w łasności m echanicznych badanych m ateriałów . Przeprow adzone w tym etapie analizy um ożliw iły A utorow i w ybór najlepszych z punktu w idzenia uzyskiwanych własności m ateriału schem atów obróbki cieplnej. Param etry te w ykorzystał w kolejnym etapie badań, podczas którego analizow ał łączny w pływ obróbki cieplnej i intensywnego
odkształcenia plastycznego na zm iany strukturalne stopów oraz uzyskiw ane własności m echaniczne. O dkształcenia plastyczne zadaw ał w procesie przeciskania próbek okrągłych przez kanał kątow y o kącie 120° oraz przez zm odyfikow aną m atrycę o przekroju kw adratow ym , kącie 90° i skręcającym kanale w yjściow ym (kąt skręcenia 30°). W pierwszym wariancie jednokrotne przeciśnięcie m ateriału przez kanał pow odow ało w prowadzenie do m ateriału odkształcenia rzeczyw istego o w artości około 0,6, natom iast w w ariancie drugim około 1,0. D oktorant w ykonał szereg badań m ikrostruktury uzyskanych w wyniku eksperym entów m ateriałów , w ykorzystując do tych celów: m ikroskopię optyczną, elektronow ą - skaningow ą i prześw ietleniow ą w raz z analizam i składu chem icznego w ydzieleń (ED S), orientacji krystalograficznej ziaren (EBSD), rentgenow ską analizę fazową za pom ocą dyfraktom etru. B adania struktury uzyskanych stopów A utor uzupełnił analizą w łasności m echanicznych w ykonaną za pom ocą m aszyny w ytrzym ałościow ej, tw ardościom ierza R ockw ella i m ikrotw ardościom ierza Yickersa.
Przedstaw iona do recenzji praca doktorska zaw iera 191 stron, łącznie ze spisem treści, streszczeniam i w dw óch języ k ach oraz bibliografią. Zam ieszczono w niej 104 rysunki, 32 tablice oraz przyw ołano cytow ania 205 źródeł, pochodzących z szerokiego przedziału czasow ego, przy czym blisko połow a cytow anych prac pow stała w ostatnich 10-ciu łatach. Pośród m ateriałów źródłow ych znajduje się 5 pozycji w spółautorskich Doktoranta. Przyw ołano rów nież 2 źródła internetow e, nie podano jednak daty pobrania inform acji z zasobów. Pom ijając spis treści i w ykaz literatury, pracę podzielono na 6 num erow anych rozdziałów. Pierw szy i dw a ostatnie zaw ierają odpow iednio: w stęp oraz podsum ow anie i wnioski. Drugi rozdział zaw iera przegląd literaturowy obejm ujący trzy podrozdziały dotyczące: alum inium i jeg o stopów, m echanizm ów odkształcenia plastycznego oraz m ateriałów ultradrobnoziarnistych i ich w ytwarzania. W rozdziale 3 zatytułow anym „Badania w łasne” opisane są analizow ane stopy, um ieszczono tezę pracy oraz m etodykę prow adzonych procesów, badań i analiz. W rozdziale 4 A utor przedstaw ił w czterech w yróżnionych podrozdziałach analizę w yników w spom nianych wyżej badań doświadczalnych.
Podjęta tem atyka pracy oraz jej aspekt naukow y pozw alają stw ierdzić, źe rozw ażana problem atyka nadaje się do opracow ania w formie rozpraw y doktorskiej. Ponadto przeprow adzone przez A utora procesy obróbki cieplnej oraz przeróbki plastycznej i w ykonane badania struktury i w łasności m echanicznych uzyskanych m ateriałów pozw alają zakw alifikow ać tem atykę pracy do dyscypliny inżynieria m ateriałow a w dziedzinie nauk technicznych.
2. Ocena rozpraw y
Rozpraw a doktorska m gr inż. Przem ysław a Snopińskiego napisana je st poprawnym językiem technicznym w klasycznym układzie odpow iadającym tego typu opracowaniom. W prowadzenie literaturow e do zagadnień badaw czych zam ieszczono na 42 stronach i obejmuje ono trzy podrozdziały pośw ięcone: ogólnym w iadom ościom o stopach aluminium, wybranym zagadnieniom dotyczącym m echanizm ów odkształcenia plastycznego metali 0 średniej w ielkości ziaren poniżej 1 pm oraz sposobom w ytw arzania i charakterystyce m ateriałów ultradrobnoziarnistych. O pracow any przegląd literaturow y w sposób właściwy wprowadza czytelnika do zagadnień poruszonych w części badawczej pracy. Kolejny rozdział, zatytułow any „B adania w łasne” A utor pośw ięcił na opis materiału, który poddał analizom , sform ułow aniu tezy pracy oraz przedstaw ieniu technik badaw czych 1 analitycznych, które w ykorzystał w pracy. B adania prow adził na dw óch stopach aluminium w gatunkach A lM g3 i AlM gS, których skład chem iczny zbadał przed rozpoczęciem dalszych analiz. W pracy na stronie 48 znajduje się sform ułow anie, że „A nalizę składu chem icznego w ykonano ... na próbkach reprezentatyw nych dla całej partii badanego m ateriału” . Nie
podano natom iast w jak im stanie był m ateriał dostarczony do badań, ani w jak i sposób owa reprezentatyw ność została zachowana. Jako cel pracy D oktorant zdefiniow ał ustalenie wpływu zespołu odpow iednio dobranych zabiegów obróbki cieplnej i intensywnego odkształcenia plastycznego na w łasności m echaniczne stopów alum inium . Aby zrealizować cel pracy zaproponow ał przeprow adzenie następujących badań: analizy term iczno-deryw acyjnej, analizy m ikrostruktury (m ikroskop optyczny i SEM ), analizy m ikrostruktury (TEM ), składu fazow ego i chem icznego (analiza rentgenow ska, TEM oraz EDS), orientacji krystalograficznej ziaren (EBSD ), w ielkości odkształceń sieciowych i krystalitów (analiza rentgenow ska) oraz badania w łasności m echanicznych stopów. W podrozdziałach 3.3 do 3.10 precyzyjnie opisał m etodykę prow adzenia poszczególnych badań. N atom iast w podrozdziale 3.2 A utor po dość obszernym w prow adzeniu przedstaw ił tezę pracy, która brzmi: „własności w ytrzym ałościow e oraz plastyczność stopów A l-M g serii 5xxx m ożna kształtować w procesach obróbki cieplnej oraz poprzez kontrolow ane rozdrobnienie ziarna z w ykorzystaniem m etody przeciskania przez kanał kątow y” . Postaw iona teza pracy sugeruje w mojej opinii utylitarność rozw iązania polegającego na odpow iednim doborze obróbki cieplnej oraz zastosow ania m etod SPD w tem peraturze otoczenia w celu uzyskania kom ercyjnego produktu o podw yższonych w łasnościach m echanicznych. Jednak ten aspekt w pracy nie został rozw inięty i A utor ograniczył się do rozw ażań naukow ych, wyjaśniając w nikliwie zjaw iska zachodzące w strukturze obrabianych cieplnie i odkształcanych plastycznie stopów alum inium .
W yniki swoich badań przedstaw ił m erytorycznie popraw nie w rozdziale czwartym pracy. Jednakże sposób prezentacji m ateriału przyjęty w tym rozdziale w istotny stopniu utrudnia czytanie pracy. A utor na początku każdego z podrozdziałów dokonuje analizy uzyskanych wyników badań pow ołując się jednocześnie na zdjęcia struktur, odnośne wykresy, czy też dane liczbow e zaw arte w tabelach, które konsekw entnie um ieszcza skom asow ane na końcu każdego podrozdziału. Z m usza tym samym czytelnika do nieustannego „przem ieszczania się” pom iędzy kolejnym i stronam i pracy w celu konfrontacji wywodu A utora z podaw anym i przez niego w innym m iejscu pracy danymi. Stw arza tym samym wrażenie, że część pokazanych obrazów m ikrostruktury nie została skom entow ana w pracy.
Bardzo interesującym i są wyniki badań zam ieszczone w podrozdziałach 4.3 i 4.4 dotyczące w pływ u połączonych procesów : przesycania, intensyw nego odkształcenia plastycznego i sztucznego starzenia (stan T8) oraz przesycania, sztucznego starzenia i intensywnego odkształcenia plastycznego (stan T9). N a podstaw ie w ykonanych analiz A utor w>'kazał znaczny w pływ skum ulow anego odkształceni plastycznego na strukturę stopów oraz własności m echaniczne, które szczególnie w zakresie w ytrzym ałości uległy znacznem u zwiększeniu. W rozdziale 4.4 D oktorant dokonał analizy w pływ u zm odyfikow anego kształtu matrycy ECA P na strukturę i w łasności m echaniczne stopów. Przeprow adził rów nież porów nania z procesem prow adzonym w klasycznej matrycy. Pew nym niedom ów ieniem jest brak w yjaśnienia, czy przeciskanie w klasycznej m atrycy było prow adzone z wykorzystaniem kanału i próbek cylindrycznych oraz innego kąta kanału, czy też m atryca klasyczna użyta do porównań była rów nież w yposażona w kanał o przekroju kw adratow ym i kąt 90°, a pozbaw iona jedynie w yjściow ej części skręcającej. Problem ten je st istotny z uwagi na wielkość odkształcenia zadaw aną próbkom podczas pojedynczego przejścia przez kanał.
Pracę kończą dw a rozdziały zaw ierające podsum ow anie i w nioski z przeprow adzonych badań, które napisane są popraw nie i nie zaw ierają błędów m erytorycznych.
Poniżej przedstaw iam kilka uw ag krytycznych dotyczących sform ułow ań i zapisów w tekście pracy:
str 39 - nie m ów im y o intensyw ności odkształcenia zastępczego, a o intensywności odkształcenia rzeczyw istego lub odkształceniu zastępczym ;
str 39 - wzór (6) w Polsce funkcję cotangens zapisujem y skrótem ctg, a nie cot\
str 53 i wiele innych - szybkość chłodzenia podana w jednostce: °C/s’’, pow inno być: °C/s lub ° C s -';
str 54 - w opisie w zoru (11) podano dwie różne wartości funkcji fs (t) dla t = tN',
str 55 i 56 - podano szybkość odkształcenia 40 m m /m in, pow inno być: szybkość przeciskania, rzeczyw ista szybkość odkształcenia w tym procesie je st dość trudna do wyliczenia;
str 74-76 - w podpisach rysunków pow tórzono oznaczenia a, b, c, brak opisu do oznaczeń d, e, f;
str 102 - rys. 62a obszar próbki oznaczony cyfrą 1 w podpisie rysunku cyfra 3;
str 133 - w jęz. polskim nie istnieje term in „stopień odkształcenia”, m ożna mówić o wielkości odkształcenia plastycznego.
Pomim o w idocznej bardzo dużej staranności opracow ania rozpraw y A utor nie ustrzegł się w kilkunastu m iejscach w pracy drobnych błędów literow ych i interpunkcyjnych, które pow inny być popraw ione w przypadku dalszych publikacji fragm entów lub całości rozprawy. Przedstaw ione powyżej pytania i uwagi, m ające charakter polem iki, nie obniżają mojej ogólnej dobrej oceny rozpraw y doktorskiej.
3. W niosek końcowy
Biorąc pod uw agę aktualność tem atyki rozpraw y doktorskiej, jej znaczenie poznawcze oraz um iejętności A utora, który:
- w ykazał dobre opanow anie w arsztatu naukow ego w zakresie projektow ania procesów obróbki cieplnej i przeróbki plastycznej, analizy struktury ultradrobnoziam istych m ateriałów z w ykorzystaniem m ikroskopii optycznej i elektronowej oraz standardow ych metod badania w łasności m echanicznych,
- sform ułow ał i rozw iązał sam odzielnie określony problem naukow y, zgodnie z postaw ioną tezą oraz zastosow ał do jego rozw iązania w łaściw ie dobrane m etody badawcze,
- udow odnił, że za pom ocą połączonych procesów obróbki cieplnej i dużych odkształceń plastycznych m ożna uzyskać w trudnoodkształcalnych stopach A l-M g struktury ułtradrobnoziarniste, charakteryzujące się podw yższonym i w łasnościam i m echanicznym i, - na podstaw ie badań dośw iadezalnych i analiz teoretycznych uzupełnił w iedzę naukową
w zakresie istotnego w pływ u m echanizm ów um ocnienia roztw orow ego, dyslokacyjnego oraz zw iązanego z rozdrobnieniem ziarna na w zrost w łasności m echanicznych ultradrobnoziam istych stopów Al-M g,
- w przedstaw ionej rozpraw ie doktorskiej w ykazał ogólną w iedzę w obszarze projektow ania i badania struktury w ybranych m ateriałów m etalicznych, który to obszar przynależy do dyscypliny naukow ej inżynieria m ateriałow a,
stwierdzam, że przedstaw iona do recenzji praca doktorska spełnia w ym agania określone w Ustawie o stopniach naukow ych i tytule naukow ym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 m arca 2003 r. (Dz. U. N r 65, poz. 595 z późniejszym i zm ianam i) i wnioskuję o dopuszczenie m gr inż. Przem ysław a Snopińskiego do publicznej obrony tej rozprawy.
M arcin K napiński
