Pomiary naprężeń własnych tytanu Ti6Al4V po procesach kulowania na potrzeby inżynierii biomedycznej

• Autorzy: Bańczerowski Jakub , Mońka Grzegorz , Skalski Konstanty

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.9725

Warianty tytułu

EN

Measurements of Ti6Al4V titanium residual stresses after shot-peening processes for needs of biomedical engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów naprężeń własnych odpowiednio przygotowanych próbek tytanu Grade 5 (Ti6Al4V). Próbki były uprzednio kulowane śrutem stalowym o średnicach 0,6 mm, i 1,2 mm i twardości 640 HV. Przeprowadzono pomiary naprężeń własnych metodą Waismana-Philipsa polegającą na pomiarze strzałki ugięcia próbki w próbie trawienia stopu tytanu Ti6Al4V w roztworze kwasu fluorowodorowego (HF) i siarkowego (H2SO4). Badanie przeprowadzono na stanowisku zaprojektowanym i wykonanym wcześniej w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej (IMP). W celu oceny wpływu parametrów procesu kulowania na próbki wykonano pomiary chropowatości ich powierzchni przed trawieniem. Wyznaczenie wartości i rozkładów naprężeń własnych sprowadza się, jak nadmieniono, do określenia zmian krzywizny w funkcji zmian grubości badanej próbki, a następnie wykonaniu niezbędnych obliczeń. Wyniki pomiaru przemieszczeń w funkcji czasu oraz grubości próbek uzyskane po trawieniu posłużyły do wyznaczenia wartości naprężeń własnych w funkcji odległości od powierzchni próbki. Obliczenia wykonano przy pomocy programu NWW 11.

EN

The paper presents results of measurements of residual stresses of the properly prepared Grade 5 titanium (Ti6Al4V) samples. The samples previously underwent the process of shot-peening with steel shots with 0.6 mm, and 1.2 mm in diameter and 640 HV hardness. Measurements of residual stresses were carried out using the Waismman-Philips method consisting in measuring the sample deflection arrow in the etching test of Ti6Al4V titanium alloy in the solution of hydrofluoric acid (HF) and sulfuric acid (H2SO4). Tests were carried out on the stand designed and constructed earlier at the Institute of Precision Mechanics (IMP). In order to assess the impact of the shot-peening process parameters on the samples, roughness measurements of the surface before etching were carried out. Determining the values and distributions of the residual stresses is reduced, as mentioned, to determining the changes in curvature as a function of changes in the thickness of the sample tested, and then conducting the necessary calculations. The results of the measurement of displacements as a function of time and thickness of the samples obtained after etching were used to determine the value of residual stresses as a function of distance from the sample surface. Calculations were conducted with using the NWW.11 program.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia własne; kulowanie; metoda Waismana-Phillipsa; głębokie trawienie; tytan Ti6Al4V

EN

residual stresses; shot-peening; Waisman-Phillips method; deep etching; Ti6Al4V titanium

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 4
• Strony: 10--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bańczerowski Jakub

• Politechnika Warszawska

autor

Mońka Grzegorz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej

autor

Skalski Konstanty

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej

Bibliografia

• 1. Shengping Wang, Yongjun Li, Mei Yao, Renzhi Wang: Compressive residual stress introduced by shot peening. „Journal of Materials Processing Technology” 1998, vol. 73, issues 1–3, p. 64–73.
• 2. Ronald W. Lindsey, Zbigniew Gugala, Loren L. Latta, Pat. US 9,364,330 B2, Jun. 14, 2016.
• 3. Laëtitia Salou, Alain Hoornaert, Guy Louarn, Pierre Layrolle: Enhanced osseointegration of titanium implants with nanostructured surfaces: An experimental study in rabbits. „Acta Biomaterialia” 2015, vol. 11, p. 494–502.
• 4. Brice D.A., Bahr D.F.: Self-Peening of Titanium Alloys with Ti-Based Shot. „Shot-Peeener” 2019, vol. 33, issue 4.
• 5. Shijuan Dai, Yuntian Zhu, Zhaowen Huang: Microstructure evolution and strengthening mechanisms of pure titanium with nano-structured surface obtained by high energy shot peening. „Vacuum” 2016, vol.125, p. 215–221.
• 6. Unal O., Karaoglanli A.C., Ozgurluk Y., Doleker K.M., Maleki E., Varol R.: Wear Behavior of Severe Shot Peened and Thermally Oxidized Commercially Pure Titanium. [In:] Öchsner A., Altenbach H. (eds), Engineering Design Applications. Advanced Structured Materials, vol. 92, Springer 2019.
• 7. Rossini N.S., Dassisti M., Benyounis K.Y., Olabi A.G.: Methods of measuring residual stresses in components. „Materials and Design" 2012, vol. 35, p. 572–588.
• 8. Piekarski R.: Zastosowanie metody prądów wirowych do pomiaru naprężeń własnych wywołanych wybranymi obróbkami powierzchniowymi, rozprawa doktorska 2002, Politechnika Warszawska – Wydział Inżynierii Produkcji.
• 9. Golański D., Kujawińska M., Chmielewski T., Dymny G., Zimmerman J.: Badania naprężeń własnych w powłokach metalowych natryskiwanych na podłoże ceramiki Al2O3. „Przegląd Spawalnictwa” 2015, vol. 87, nr 9, s. 70-76.
• 10. Arasimowicz A., Piekarski R.: Pomiar naprężeń własnych metodą usuwania warstw w technologicznych warstwach wierzchnich. „Postępy Nauki i Techniki" 2011, nr 6.
• 11. Waisman J.W., Phillips A.: Proceedings of the Society XI/2, 1952.
• 12. Brzezinski M.R., Mońka G., Nejman M.: Modernizacja stanowiska wyznaczania naprężeń własnych w warstwie wierzchniej metali według koncepcji Waisman-Phillips. „Inżynieria Powierzchni” 2016, nr 2, s. 36-41.
• 13. Chmielewski T., Golański D., Gontarz G.: Pomiar naprężeń własnych powłok metalicznych natryskiwanych termicznie. „Przegląd Spawalnictwa” 2011, nr 12, s. 59-64.
• 14. Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1985.
• 15. Brodrick R.F.: Protective Shot Peening of Propellers. Wright Part I, II, III. Air Development Center, Technical Report, 55-56, 1955.
• 16. Lechun Xie, Yan Wen, Ke Zhan, et al.: Characterization on surface mechanical properties of Ti–6Al–4V after shot peening. „Journal of Alloys and Compounds” 2016, vol. 666, p. 65–70.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).