A Tanszék kutatási, fejlesztési
és vállalkozási tevékenysége

A Tanszék hagyományos profiljából következik, hogy kutató-fejlesztő munkái főként az anyagtudomány és anyagvizsgálat, a képlékenyalakítás, a hőkezelés, valamint a hegesztés területeire esnek. A Tanszéknek hagyományosan jók az ipari kapcsolatai, bár az a megbízások terén visszaesés volt tapasztalható a 90-es évek elejétől. A Tanszék kutatás-fejlesztési filozófiája fontosnak tartja az OMFB, OTKA, OM és egyéb pályázati forrásokból alap- és alkalmazott kutatási feladatok kidolgozását. A következőkben vázolt területeken a Tanszék aktív publikációs tevékenységet fejt ki rangos bel- és külföldi folyóiratokban, valamint hazai és nemzetközi konferenciákon. Az érdeklődő hallgatóknak lehetőségük van Tudományos Diákköri munkát végezni, vagy szakdolgozatot készíteni az aktuális tanszéki témákban.

 Hőkezelési és felületkezelési eljárások számítógépes tervezése, szimulációja

(Dr. Réti Tamás, Dr. Bagyinszki Gyula, Dr. Réger Mihály)

 A kutatások fő területe a hőkezelési és felületkezelési eljárások alkalmazásakor végbemenő (anyagszerkezeti átalakulással járó) termikus folyamatok matematikai modellezése, elsődlegesen a mikroszerkezet és a tulajdonságok előrejelzése céljából. A kutatási tevékenység mindenek előtt a következő technológiákat érinti: edzés, megeresztés, cementálás, betétedzés, nitridálás, lézeres felületedzés, lézeres felrakás (cladding).

 A kutatás-fejlesztési tevékenység arra irányul, hogy a hőkezelt, illetve felületkezelt munkadarabok anyagtulajdonságai (keménység-eloszlás, karbon-eloszlás, szilárdság, szövetszerkezet, felületi rétegek szerkezete, vetemedés, stb.) a gyakorlati célokat kielégítő pontossággal előre becsülhetők, tervezhetők legyenek. Ennek érdekében olyan matematikai modellek és szimulációs algoritmusok kifejlesztésére került sor, amelyek felhasználásával - fémtani-fizikai elvekre támaszkodva - a termék tulajdonságai és a technológiai paraméterek közötti kapcsolat leírható. A modell-paraméterek becsléséhez, valamint a szimulációs eljárások pontossági ellenőrzéséhez kísérletileg meghatározott mérési eredmények szolgálnak alapul. A mikroszerkezet minősítésében, nevezetesen a szövetképek értékelésében kulcs szerepet játszik a digitális képfeldolgozás korszerű módszereinek alkalmazása.

 A témakörben folytatott, közel két évtizedes kutatási tevékenység eredményeként különféle anyagtudományi modelleket és szimulációs eljárásokat dolgoztunk ki. A fontosabb eredményeket, amelyekről hazai és külföldi konferenciákon és szaklapokban folyamatosan beszámoltunk, mintegy száz publikáció tartalmazza. A kidolgozott modellek és szimulációs módszerek alapját képezték hőkezelési (edzési, megeresztési) és felületkezelési (lézeres felüledzés, felületi ötvözés) technológiák tervezésére hivatott számítógépes programoknak, szoftvereknek. Az utóbbiak az oktatásban is fontos szerephez jutottak, ugyanis a kifejlesztett szimulációs eljárások zöme beépült az informatikai és részben a gépészmérnöki képzés gyakorlati tananyagába is.

Az elmúlt időszakban számos, hazai és nemzetközi együttműködésre alapozott kutatási projektben vettünk részt, zömmel témavezetőként. Az OTKA támogatások elsősorban az anyagtudományi-matematikai modellek elméleti megalapozásához járultak hozzá. A konkrét kísérleti munkák elvégzését, a mérési eredmények feldolgozását és értékelését, valamint a modellek megbízhatósági ellenőrzését az FKFP és OMFB által nyújtott támogatások segítették. A nemzetközi kapcsolatok kialakítására, és külföldi intézményekkel folytatott közös kutatásra a fentieken kívül TéT pályázat keretében kínálkozott még lehetőség.

Főbb hazai partnerek: Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet, Dunaferr Rt., Dunaferr Kutatóintézet, Dunaferr Acélművek Kft., Miskolci Egyetem, Szent István Egyetem, Széchenyi István Egyetem.

Külföldi partnerek: Brisbane University (Ausztrália), CETIM Institute (Franciaország), University of Birmingham (Anglia), Instituto Superior Tecnico (Portugália), Instituto Superior Tecnico (Portugália), Jiao Tong University (Kína).

 Kristályosodási, öntési folyamatok kísérleti vizsgálata és matematikai modellezése, különös tekintettel az acélok folyamatos öntési technológiájára

(Dr. Réger Mihál, Dr. Réti Tamás, Dr. Pomázi Lajos)

 A kutatás három fő irányban folyik. Az első nagy terület a folyamatosan öntött termékek belső, ún. primer szerkezetének információ-tartalma alapján rekonstruálni a kristályosodás éppen aktuális körülményeit. Ebben a témakörben nagyban támaszkodunk a digitális képfeldolgozás, képelemzés eredményeire. A másik fő irány a nem állandósult állapotú kristályosodás paraméterei és a kialakult dendrites szerkezet jellemzői közötti összefüggésrendszer tisztázása, mely alapvetően átlátszó modellanyagon végzett kristályosítási kísérleteken alapul. A harmadik terület a folyamatos öntés során lezajló folyamatok matematikai modellezése, mely a technológia összetettségéből adódóan számos részfolyamat (hőtani, áramlástani, alakváltozási, mikro- és makroszegregációs stb.) modellezéséből áll össze. A kutatások fő célja a folyamatos öntés során végbemenő összetett folyamatok tisztázása, azok matematikai modellezése, elsősorban a technológia optimalizálása és a gyártott termék minőségjavítása érdekében.

 Az eddigi kutatások alapján olyan kinetika függvényt definiáltunk, mellyel jellemezhető a nem állandósult állapotú kristályosodási viszonyok között kialakuló dendrites szerkezet a kristályosodási paraméterek, elsősorban a hőmérsékleti gradiens és hűlési sebesség függvényében. Létrehoztuk az Acélművek Kft. folyamatos öntőgépének hőtani modelljét, a számítási eredmények és a mérési adatok összevetése jelenleg folyik. Kidolgoztunk egy számítási eljárást, mellyel az oszlopos-egyenlőtengelyű kristályosodás átmenetének helyzete az öntött terméken belül nagy biztonsággal becsülhető. Az utóbbi években a folyamatos öntéssel készült termékek makrodúsulási jelensége áll a kutatások középpontjában. A Miskolci Egyetem Koordinációs Kutatási Központján keresztül megvalósuló tevékenység eredményeként olyan olvadékáramlás-intenzitási modell kidolgozására került sor, mellyel a nemkívánatos olvadékáramlások becsülhetők. Ez a csökkentett makrodúsulású termékgyártás technológiájának kidolgozásához nélkülözhetetlen.

 A kutatási munka eddigi eredményeire építve „Increase of slab caster productivity and contribution to new grade industrialisation through improved quantitative assessment of axial segregation” címmel EU pályázatot nyújtottunk be a Research Fund for Coal and Steel-hez az Arcelor Research SA és a Voestalpine Stahl GmbH partnereként. EUREKA pályázatba is bekapcsolódtunk szlovén témavezetéssel, magyar, szlovák, lengyel és finn közreműködéssel. Az elmúlt években több hazai és nemzetközi együttműködésben megvalósított kutatási projektben vettünk részt a kristályosodási folyamatok modellezésével kapcsolatosan. Ebből a szempontból kiemelkedő a finn kutatócsoporttal, valamint a nemzetközi COST akció keretében végzett kutatás és együttműködés.

Hazai partnerek: Dunaferr Rt. Kutatóintézet, Dunaferr Acélművek Kft., Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet (BAYATI), Miskolci Egyetem Fémtani Tanszék.

Külföldi partnerek: Helsinki University of Technology, Oulu University, Finn-magyar TéT együttműködés.

 Többesfázisú acélok átalakulási tulajdonságainak feltérképezése

(Dr. Réger Mihály, Dr. Réti Tamás, Borossay Béla, Varga Péter)

 A többesfázisú, növelt szilárdságú és nagy alakváltozó képességű acélok fejlesztése a nemzetközi acélkutatások egyik központi témája. Egy NKFP pályázati forrás segítségével Magyarországon is üzemi kísérletekre és kiterjedt vizsgálatokra került sor az ilyen típusú acélok hazai gyártásának bevezetése céljából. E nagy téma egyik részterülete, a többes fázisú acélok átalakulási viselkedésének feltérképezése a gyártástechnológia kidolgozásának egyik kulcskérdése. A kutatások fő célja olyan átfogó, egyszerű, nagy információ-tartalommal bíró eljárás kidolgozása, mellyel a többes fázisú acélok átalakulási tulajdonságai nagy hűlési sebesség intervallumban, interkritikus kiinduló állapotból (ferrit/ausztenites) feltérképezhető.

 Új eljárást, az ún. interkritikus Jominy-vizsgálatot dolgoztuk ki a fenti problémakör megközelítésére. Az eljárás lényege, hogy hagyományos Jominy-vizsgálatot végzünk interkritikus kiinduló állapotból, vagyis a kiinduló szövet ferritet és ausztenitet is tartalmaz a hőmérséklettől függő arányban. A Jominy-próbatest hevítését, hőntartását és lehűlését két beépített termoelemmel nagy pontossággal mérjük, majd egy matematikai modell segítségével a mérési adatokból a teljes próbatest időtől függő hőmérséklet-eloszlását meghatározzuk. A Jominy-próbatest részletes metallográfiai vizsgálata után a különböző lehűlési görbék és a kialakult szövetszerkezet nagy biztonsággal összerendelhető. A későbbiek folyamán megszakított Jominy-vizsgálatokat is tervezünk, szintén interkritikus tartományból, melynek során a próbatestben kialakuló hőmérséklet-változás megközelíti azokat a viszonyokat, melyek a melegen hengerelt szalagban - a hűtősoron és a csévélés közben - kialakulnak.

 Hazai partnerek: Dunaferr Rt. Innovációs Menedzsment, Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet (BAYATI), Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, MTA Anyagtudományi Kutatócsoport, Silco Rt.

Külföldi együttműködés: Helsinki University of Technology, Jiao Tong University Shanghai, Kínai-magyar TéT együttműködés, COST 526, „Automatic Process Optimization in Materials Technology” (APOMAT) részvétel a Management Committee és a Working Group 2 munkájában, Working Group 2 „Liquid-Solid Processing”.

 Lokális kopásvizsgálati eljárások fejlesztése

(Kovács Tünde, Dr. Réti Tamás, Dr. Sárossy György, Ivancsó László, Dr. Réger Mihály)

 Tanulmányoztuk a különböző elvű vizsgálatokat, és arra a következtetésre jutottunk, hogy a kopási folyamatok modellezése akkor kedvező, ha minél rövidebb idejű, minél egyszerűbben kiértékelhető vizsgálatokkal juthatunk eredményhez. A hagyományos gömb/sík elvű vizsgálatok reprodukálhatóságát számos bizonytalansági tényező teszi nehézkessé. Célunk ezen tényezők kiküszöbölése, az eddig fejlesztett készülékek előnyeinek megtartása mellett. A kutatások fő célja kifejleszteni egy olyan gömb/sík érintkezés elvén alapuló eljárást, mely rövid idő alatt reprodukálható és kis szórású, egyszerűen kiértékelhető eredményeket ad, konstans paraméterek mellett.

 A kifejlesztett berendezés lehetőséget nyújt pontszerű koptatás elvégzésére. A próbatest sík, míg a koptatást végző alkatrész gömb geometriájú, így az érintkezés a kísérlet kezdetén pontszerű. A berendezés lehetőséget biztosít arra, hogy adott terhelés (normálerő), adott fordulatszám, és elhanyagolható mértékben változó felületi érdesség mellett vizsgáljuk a próbatestek viselkedését. A koptatógolyó felületi érdessége azért nem változik, mert a golyó bolygómozgást végez, ezáltal elhanyagolható a felületi érdesség változása. A fordulatszám biztonsággal átadható a kúpos behajtással és csapágytámasz segítségével. A normálerő a függőleges terhelés miatt, valamint a célszerűen kialakított műszerkaros megfogás miatt állandó. A próbatesten bekövetkező kopás és súrlódási tényező változás a terhelést nem változtatja meg. Ez az eljárás rövid vizsgálati idővel, nagyszámú, kis szóródású mérési eredményt produkál, mely megbízható eredményt ad kopásállósági összehasonlító vizsgálatok elvégzésére.

 Hazai partnerek: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Anyagtudomány és Technológia Tanszék, Miskolci Egyetem Polimermérnöki Tanszék.

Külföldi együttműködés: Instituto Superior Tecnico (Portugália).

 Alakító szerszámacélok károsodásállóságának javítása felületkezeléssel

(Dr. Bagyinszki Gyula, Dr. Réti Tamás, Dr. Czinege Imre, Dr. Réger Mihály, Kovács Tünde)

 A képlékenyalakítás területén alkalmazott szerszámok ill. anyagaik igen nagy igénybevételeknek vannak kitéve. Ezeknek az igénybevételeknek jelentős része a munkafelületre koncentrálódik, ezért a szerszámok működő felületének mechanikai és termikus ellenálló-képességét, anyagának károsodásállóságát kell javítani. A megfelelő szilárdság - szívósság arány hőkezeléssel történő beállítását követően a felületi keménység ill. az azzal összefüggő kopásállóság növelése, valamint az adhéziós ill. a súrlódási tényező kedvezőbbé tétele együttesen felületkezeléssel érhető el. A műszaki és gazdasági szempontokat egyaránt kielégítő eredményesség elérésének, a szerszámélettartam növelésének, a karbantartási igény csökkentésének ill. a szerszámmal gyártott termékek megfelelő minőségének lényeges feltételei:

-     az alakító szerszámacélok tulajdonságainak ismerete ill. az azok alapján történő helyes anyagkiválasztás, figyelembe véve a szerszámmal alakítandó anyagok sajátosságait is;

-     a szerszámacéloknál alkalmazható hőkezelési és felületkezelési eljárások technológiai jellemzőinek ismerete, beleértve a geometriai tűrésekre (alak- és méretpontosságra) gyakorolt hatásokat is;

-     a felületkezeléssel összefüggő előkészítés, bevonatolás ill. kérgesítés, valamint az utókezelés helyessége, továbbá a kialakítandó felületi bevonat/kéreg alkalmazási jellemzőinek ismerete.

Ezen ismeretek összegyűjtése, rendszerezése, feldolgozása alapját képezheti egy szakértői tudásbázisnak, amelynek segítségével a konstrukciós és technológia tervezői munka hatékonysága, megbízhatósága javítható. Kutatásaink ilyen szakértői rendszer kidolgozására irányulnak.

Hazai partner: Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet (BAYATI).

 Anyagvizsgálati célú eszközök fejlesztése és gyártása

(Dr. Sárossy György, Dr. Czinege Imre, Ivancsó László)

 A különleges célú anyagvizsgáló berendezésekkel kapcsolatos fejlesztések területén a Tanszéknek komoly hagyományai vannak. Az itt elért eredmények mindig a hazai iparban felmerült igények kielégítéséhez kapcsolódnak, így ennek megfelelően olyan különleges megoldású, illetve speciális rendeltetésű anyagvizsgáló eszközök kifejlesztésére, tervezésére, gyártására került sor, amelyek vagy hiányoztak a bel- és külföldi piacról, vagy a piaci áraknál lényegesen olcsóbban előállíthatók. Példaként az alábbi, saját fejlesztésű anyagvizsgáló rendszereket lehet megemlíteni:

-        DÁVID-szakítógép (golyósorsós, keretes szakítógép, elektronikus erő- és nyúlásméréssel), elsősorban törésmechanikai vizsgálatokhoz;

-        kombinált elmozdulás-mérő család, mely lehetőséget teremt a szakítóvizsgálat során durva és finomnyúlás-mérésre hosszirányban, valamint az alakváltozás mérésére keresztirányban is;

-        szakítógépeken és egyéb anyagvizsgáló berendezéseken alkalmazható elektronikus útadó család, 1, 2, 5, 10, 50 és 100 mm-es méréshatárral;

-        golyóscsapágy-anyagok fárasztó vizsgálatára készített berendezés;

-        golyósorsók fárasztására kialakított berendezés;

-        a Paksi Atomerőmű reaktorainak ultrahangos és keménységmérési vizsgálataira kifejlesztett manipulátor-rendszer, valamint egyéb atomerőművi vizsgáló célberendezések.

 Képlékenyalakítás

(Dr. Sárossy György, Dr. Horváth László, Dr. Czinege Imre)

 A fémek képlékenyalakítása során az alakítógép és a munkadarab egy sajátos rendszert alkot. A két tényező együttműködésének eredményeként alakulnak ki a hidegalakított termék tulajdonságai. A kutatási-fejlesztési tevékenység ezért két irányban, az alakítógépre és az alakítási folyamatra koncentrálva folyhat. A főbb kutatások az alábbiakban foglalhatók össze:

-        az alakítógépek pontosságának, megbízhatóságának mérésére, minősítésére szolgáló rendszer folyamatos fejlesztése, a képlékenyalakító eljárások elemzése, értékelése az erő-út diagramok alapján;

-        a speciális képlékeny alakító eljárások és szerszámok fejlesztése (finomkivágás, precíziós darabolás);

-        a képlékenyalakítási folyamatok számítógépes szimulációja és gyártmány- illetve szerszámtervezése.

 Hegesztés

(Dr. Kovács Mihály, Dr. Gáti József, Dr. Bagyinszki Gyula)

 A hegesztés bonyolult hőfolyamat, melynek végeredményét, a hegesztett kötés ill. varrat tulajdonságait, nagyon sok tényező befolyásolja. A szerteágazó kutatási lehetőségek közül az elmúlt időszakban az alábbiakkal értünk el eredményeket:

-        impulzusos AWI-hegesztés megvalósítása inverteres áramforrással,

-        nagyszilárdságú, finomszemcsés acélok hegeszthetőségének tisztázása,

-        termikus vágással készített felületek minőségvizsgálata és összehasonlítása,

-        keverék védőgázok technológiai viselkedésének és alkalmazásának elemzése,

-        nagy energiasűrűségű (elektronsugaras és lézeres) hegesztések vizsgálata,

-        polimerek hegesztése, csőkötések vizsgálata.

 Oktatásfejlesztés

(Szakcsport Kollektíva)

 Az oktatásfejlesztés területén a Tanszék részt vett a LEONARDO DA VINCI-projektben, ahol az akkreditált iskolai rendszerű felsőfokú szakképzés és az egyetemi mérnökképzés tanterveinek, tananyagának korszerűsítése folyik nemzetközi tapasztalatok felhasználásával, valamint a HOBEON holland-magyar együttműködésben. Célja a felsőoktatás és a szakképzés területén történő együttműködés elősegítése. A programot mind a holland, mind a magyar kormány támogatta.

 A tanszék a Dunaújvárosi Főiskola, a Széchenyi István Egyetem és a Kecskeméti Főiskola illetékes tanszékeivel létrehozott konzercium keretében a 2001. évi Apertus pályázaton elnyert támogatással multimédiás (Interneten ill. CD-ROM-on elérhető) tananyagok fejlesztését is végezte három modulban, úgymint:

-        1. Alapanyaggyártó technológiák;

-        2. Hegesztéstechnika;

-        3. Képlékenyalakító technológiák.