Long-Term Development Perspectives of Selected Groups of Engineering Materials Used in the Automotive Industry

• Autorzy: Tański T. , Dobrzańska-Danikiewicz A. D. , Labisz K. , Matysiak W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0290

Warianty tytułu

PL

Długoterminowe perspektywy rozwoju wybranych grup materiałów inżynierskich stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the article is to present the results of comparative quantitative analysis of selected materials (steel, magnesium and aluminium alloys) and manufacturing technologies, to indicate their development outlooks and to present its application opportunities particularly in the automotive industry. Moreover in this article describes the application of the computer-integrated prediction of development for objectivised selection of a material and surface treatment technology, so that product properties can be achieved as are expected by a client. In a broad array of applications of the computer-integrated prediction of development in the field of material engineering, including materials surface engineering, experiment planning can be distinguished, usually including the selection of: a research material, surface treatment technology, construction solution and/or methods to review the final outcome achieved against the anticipated outcome. A material for the planned materials science experiments and its surface treatment technology, the application of which contributes most to meeting the high requirements set by a prospect product used, was selected in this work using a dendrological matrix of technology value. The dendrological matrix falls into to a group of contextual matrices allowing presenting graphically a quantitative assessment of the factor, phenomenon or process investigated while taking into account two analysis factors placed on the X and Y axis of the matrix. An evaluation classifying the three groups of materials analysed, i.e. casting magnesium alloys, casting aluminium alloys, constructional steels and their surface treatment technologies, to the individual quarters of the matrix was made based on the results of own materials science and heuristic experiments supported with a review of the literature. Considering the three groups of materials subjected to an expert assessment using a dendrological matrix being inherent part of materials surface engineering development prediction methods. Aluminium cast alloys has achieved here the best position. It was further demonstrated that laser treatment is a technology with the highest potential and attractiveness in the context of applying aluminium casting alloys for surface treatment. The metallographic examinations carried out give grounds to state that the ceramic powder alloying or feeding process will be carried out successfully in case of the aluminium alloy substrate, the powder particles will be distributed uniformly in the investigated surface layer, and that the particular layers is without cracks and failures and tightly adhere to the cast aluminium material matrix. With regard to the above, dynamic development achieved by exploitation of numerous application and development opportunities, especially strong prospects in the automotive industry, aviation industry, military sector, sport sector and in civil engineering is a recommended by appliance of long-term action strategy.

PL

Głównym założeniem artykułu jest przedstawienie wyników opracowanej ilościowej analizy porównawczej wybranych grup materiałów inżynierskich (stali, stopów magnezu i aluminium) oraz technologii ich obróbki, w celu określenia perspektyw rozwoju oraz możliwości zastosowania badanych materiałów w szczególności w przemyśle motoryzacyjnym. Ponadto w artykule opisano zastosowanie analizy komputerowej pozwalającej na prognozowanie dalszego rozwoju opisywanych grup materiałów oraz technologii ich obróbki powierzchniowej, pozwalającej na uzyskanie oczekiwanych przez klienta własności produktu. W szerokim wachlarzu zastosowań komputerowo-zintegrowanej predykcji rozwoju w dziedzinie inżynierii materiałowej, w tym inżynierii powierzchni, wyróżnić można poszczególne stadia planowania eksperymentu, obejmujące zazwyczaj dobór m.in.: materiału do badań, technologii obróbki powierzchniowej materiałów, zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych i/lub metody oceny wyników końcowych oraz ich porównanie z wynikami podlegającymi predykcji. Materiały do badań oraz technologie ich obróbki powierzchniowej, których zastosowanie w szerokim zakresie zaspokaja wysokie wymagania klientów odnosnie aplikacji, zostały wyselekcjonowane przy użyciu matrycy dendrologicznej uwzględniającej założone parametry technologiczne. Matryca dendrologiczna zaliczana jest do grupy macierzy kontekstowych pozwalających na graficzna prezentacje oceny ilościowej danego współczynnika, zjawiska lub badanego procesu, biorąc pod uwagę dwa czynniki analizy umieszczone na osiach X i Y matrycy. Klasyfikacja trzech grup analizowanych materiałów, w tym odlewniczych stopów magnezu, stopów aluminium i stalikonstrukcyjnych oraz technologii ich obróbki powierzchniowej, do poszczególnych ćwiartek matrycy dendrologicznej dokonano na podstawie wyników badań własnych materiałów oraz eksperymentów heurystycznych wspieranych studium literaturowym. Na podstawie wykonanej analizy ilościowej, prezentowanej w artykule najwyżej ocenione zostały odlewnicze stopy aluminium. Stwierdzono także, że obróbka laserowa jest technologią o najwyższym potencjale i atrakcyjności w kontekscie obróbki powierzchniowej odlewniczych stopów aluminium. Przeprowadzone badania metalograficzne dają podstawę do stwierdzenia, że stopowanie lub wtapianie laserowe z zastosowaniem proszków ceramicznych będzie realizowane z powodzeniem w przypadku podłoża aluminiowego, cząstki proszku będą rozprowadzane równomiernie w badanej warstwie powierzchniowej, poszczególne warstwy będą pozbawione wad i pęknięć oraz będą ściśle przylegały do osnowy aluminiowej. Mając na uwadze powyższe przesłanki należy pamiętać, że dynamiczny rozwój w zakresie aplikacji oferowanych w szczególności przez branżę motoryzacyjną, przemysł lotniczy, sektor wojskowy, sportowy oraz sektor z zakresu inżynierii lądowej bardzo często wymaga stosowania strategii związanej z działaniem długoterminowym.

Słowa kluczowe

EN

engineering materials; surface treatment; automotive industry; dendrological matrix; heuristic investigations

PL

materiały inżynierskie; obróbka powierzchniowa; branża motoryzacyjna; matryca dendrologiczna; heurystyka

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 4
• Strony: 1717--1728
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tański T.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 40-100 Gliwice, Poland

autor

Dobrzańska-Danikiewicz A. D.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 40-100 Gliwice, Poland

autor

Labisz K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 40-100 Gliwice, Poland

autor

Matysiak W.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 40-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] L. A. Dobrzański, A. Grajcar, W. Borek, Microstructure evolution of C-Mn-Si-Al-Nb high-manganese steel during the thermomechanical processing, Materials Science Forum 638, 3224-3229 (2010).
• [2] L. A. Dobrzański, W. Borek, Hot-rolling of advanced high-manganese C-Mn-Si-Al steels, Materials Science Forum, Materials Science Forum 706-709, 2053-2058 (2012).
• [3] A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, Computer integrated development prediction methodology in materials surface engineering, Open Access Library 1(7) (2012), (in Polish).
• [4] A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, P.Rytlewski, K. Moraczewski, M. Stepczynska, Development perspectives of selected technologies of polymer surface layers modification, Archives of Materials Science and Engineering 52(1), 23-46 (2011).
• [5] J. Żmudzki, Material conditionings of functional efficiency of mucous-borne complete denture, Open Access Library 4(10) (2012) (in Polish).
• [6] L. A. Dobrzański, A. J. Nowak, A. Pusz, M. Górniak, The preparation of aramid fibres in silicone based composite materials, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 45(2), 125-131 (2011).
• [7] T. Tański, Characteristics of hard coatings on AZ61 magnesium alloys, Journal of Mechanical Engineering 59(3), 165-174 (2013).
• [8] L. A. Dobrzański, M. Pawlyta, A. Hudecki, Conceptual study on a new generation of the high-innovative advanced porous and composite nanostructural functional materials with nanofibres, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 49(2), 550-565 (2011).
• [9] T. Węgrzyn, R. Wieszała, Significant alloy elements in welded steel structures of car body, Archives of Metallurgy and Materials 57(1), 45-52 (2012).
• [10] T. Węgrzyn, Proposal of welding methods in terms of the amount of oxygen, Archives of Materials Science and Engineering 47(1), 57-61 (2011).
• [11] T. Węgrzyn, J. Piwnik, B. Łazarz, R. Wieszała, D. Hadrys, Parameters of welding with micro-jet cooling, Archives of Materials Science and Engineering 54(2), 86-92 (2012).
• [12] A. A. Thompson, A. J. Strickland, Strategic Management. Concepts and Cases, R.D. Irwin, Homewood, Ill. Boston,1987.
• [13] A. D. Little, Strat´egie et technologie, Document ADL, Davos, 1981.
• [14] C. W. Hofer, Conceptual Constructions for Formulating Corporate and Business Strategies, Intercollegiate Case Clearing House, Boston, 1977.
• [15] B. D. Henderson, The Product Portfolio, The Boston Consulting Group, Perspectives 66 (1970).
• [16] T. V. Tarasova, Prospects of the use of laser radiation for raising the wear resistance of corrosion-resistant steels, Metal Science and Heat Treatment 52(5-6), 284-288 (2010).
• [17] N. Radek, J. Konstanty, Cermet ESD coatings modified by laser treatment, Archives of Metallurgy and Materials 57, 3, 665-670 (2012).
• [18] W. Piekarska, M. Kubiak, Z. Saternus, Numerical modelling of thermal and structural strain in laser welding process, Archives of Metallurgy and Materials 57, 4, 1219-1227 (2012).
• [19] T. Węgrzyn, J. Piwnik, R. Burdzik, G. Wojnar, D. Hadrys, New welding technologies for car body frame welding, Archives of Materials Science and Engineering 58(2), 245-249 (2012).
• [20] L. A. Dobrzański, K. Labisz, M. Piec, A. J. Lelatko, A. Klimpel, Structure and Properties of the 32CrMoV12-28 steel alloyed with WC Powder using HPDL Laser, Materials Science Forum 530-531, 334-339 (2006).
• [21] A. Klimpel, D. Janicki, A. Lisiecki, Z. Wilk, Laser welding technologies: High power diode laser application examples, Welding International 24(9), 689-698 (2010).
• [22] L. A. Dobrzański, T. Tański, J. Trzaska, Optimization of heat treatment conditions of magnesium cast alloys, Materials Science Forum 638-642, 1488-1493 (2010).
• [23] T.Tański, L. A. Dobrzański, L. Čížek, Influence of heat treatment on structure and properties of the cast magnesium alloys, Journal of Advanced Materials Research 15-17, 491-496 (2007).
• [24] M. Staszuk, L. A. Dobrzański, T. Tański, W. Kwaśny, M. Musztyfaga, The effect of PVD and CVD coating structures on the durability of sintered cutting edges, Archives of Metallurgy and Materials 59, 1, 269-274 (2014).
• [25] K. Labisz, Microstructure and mechanical properties of high power diode laser (HPDL) treated cast aluminium alloys, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 45, 4, 314-324 (2014).
• [26] D. Dube, M. Fiset, A. Couture, I. Nakatsugawa, Characterization and performance of laser melted AZ91D and AM60B, Materials Science and Engineering A 299, 38-45 (2001).
• [27] Y. Jun, G. P. Sunb, S. S. Jia, Characterization and wear resistance of laser surface melting AZ91D alloy, Journal of Alloys and Compounds 455, 142-147 (2008).
• [28] K. G. Watkins, M. A. Mc Mahon, W. M Steen, Microstructure and corrosion properties of laser surface processed aluminium alloys: a review, Materials Science and Engineering: A 231(1-2), 55-61 (1997).
• [29] T. Tański, K. Labisz, Electron microscope investigation of PVD coated aluminium alloy surface layer, Solid State Phenomena 186, 192-197 (2012).
• [30] L. A. Dobrzański, T. Tański, Influence of aluminium content on behaviour of magnesium cast alloys in bentonite sand mould, Solid State Phenomena 147-149, 764-769 (2009).
• [31] T. Tański, Determining of laser surface treatment parameters used for light metal alloying with ceramic powders, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 45, 5, 333-343 (2014).
• [32] A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, T. Tański, J. Domagała-Dubiel, Unique properties, development perspectives and expected applications of laser treated casting magnesium alloys, Archives of Civil and Mechanical Engineering 12(3), 318-326 (2012).