Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental and numerical two- and three-dimensional investigation of porosity morphology of the sintered metallic material

Madej L., Legwand A., Mojzeszko M., Chraponski J., Roskosz S., Cwajna J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1520--1534

EN

A through scale investigation of a porosity shape and morphology after sintering of the Distalloy AB powder is the goal of the paper. First, the classical two dimensional analysis of porosity geometrical aspects is presented with the use of the systematic scanning technique (SST) and the light microscopy (LM). Then, a three dimensional investigation is realized with the non-destructive computed tomography (CT) technique. Advantages and limitations of the approach are evaluated within the work. Finally, to investigate small pores which are beyond the computed tomography resolution, the destructive serial sectioning technique was applied. The developed three dimensional reconstruction algorithm of two dimensional images of obtained cross sections is also presented. Finally, an example of possible practical application of obtained three dimensional digital representation of porosity in sintered samples, during the finite element (FE) modelling of deformation conditions is presented.

2

Wykorzystanie koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału w modelowaniu zachowania mikrostruktury materiału porowatego pod obciążeniem

Madej Ł., Legwand A., Perzyński K., Roskosz S., Chrapoński J., Cwajna J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 8

287--289

PL

Celem niniejszej pracy jest wykorzystanie koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału podczas modelowania numerycznego zachowania się spieków metalicznych w warunkach obciążenia. Aby uzyskać informacje o mikrostrukturze analizowanego materiału porowatego wykonano badania techniką tomografii komputerowej. Tak uzyskane dane zostały wykorzystane do przygotowania trójwymiarowego modelu numerycznego, który w sposób bezpośredni uwzględnia niejednorodność mikrostruktury podczas dalszych symulacji. W ramach pracy opracowano program komputerowy, który przekształca dane pochodzące bezpośrednio z tomografu na binarny obraz trójwymiarowy, stanowiący cyfrową reprezentację materiału. Tak przygotowany model mikrostruktury został następnie poddany dyskretyzacji siatką elementów skończonych, i stanowi dane wejściowe do obliczeń numerycznych. Jako przykład testowy wykorzystania zaproponowanego podejścia, w pracy wybrano próbę swobodnego spęczania.Wyniki ilustrują wpływ porowatości na występowanie niejednorodności w uzyskiwanych rozkładach odkształceń czy naprężeń oraz umożliwiają precyzyjną analizę zamykania się porów w trakcie deformacji.

EN

The main goal of the present work is development of reliable numerical model of sintered metallic microstructures based on the digital material representation concept. To recreate morphology of the investigated porous material a computed tomography technique was used. To transfer the obtained measurement data into the digital form a series of numerical algorithms have been developed within the research. Obtained digital representation of microstructure morphology is then subjected to discretization procedure required for further numerical simulation of material behavior under loading conditions. As a case study a simple compression test was selected in the present work. Examples of obtained results, revealing various heterogeneities occurring during deformation are also presented within the paper.

3

Evaluation of Carbides in Turbine Blade Made of IN713C Superalloy After Hot Isostatic Pressing

Kościelniak B., Roskosz S., Cwajna J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

247--252

EN

The IN713C is nickel-based superalloy, used to produce low pressure turbine blades in a process of investment casting. However, porosity which is formed during the casting, decreases mechanical properties of IN713C. Therefore, to eliminate porosity, a process of hot isostatic pressing was applied. Nonetheless, HIP also least to some changes in the microstructure of tested material. The main aim of this paper is to characterize the morphology of carbides before and after hot isostatic pressing. Microstructural characterization was carried out with the use of a scanning electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer and an electron backscatter diffraction detector. The size and shape of carbides were evaluated by quantitative metallography methods methods. The results show that the amount, size and heterogeneity of arrangement of the carbides increased after application of HIP treatment.

4

Effect of hot isostatic pressing on the microstructure of turbine blade airfoil made of nickel-base superalloy

Chmiela B., Kościelniak B., Cwajna J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

241--245

EN

Turbine blades are flight safety parts in the jet engine. Therefore they should be characterized by very good mechanical properties, especially high creep resistance and fatigue strength at high temperature. The mechanical properties of blades made of nickel-based superalloys depend on the microstructure of the casting and its porosity [1,2]. The aim of this paper is evaluation of effect of hot isostatic pressing (HIP) on microstructure of blade airfoil made of IN713C superalloy in four important zones: (i) leading edge, (ii) trailing edge, (iii) suction side and (iv) pressure side. HIP treatment was carried out proving some significant microstructural changes. Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis reveals some structural changes what may facilitate diffusion processes leading to simplify of a heat treatment (solution treatment and aging).

5

Digital Material Representation Model of Porous Microstructure Based on 3D Reconstruction Algorithm

Madej Ł., Mojżeszko M., Chrapoński J., Roskosz S., Cwajna J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

563--569

EN

Development of the Digital Material Representation (DMR) model, based on 3D reconstruction algorithm and serial sectioning, is the main goal of the present paper. Details on the serial sectioning and image processing algorithms are presented first. Serial sectioning is realized on the basis of light microscopy (LM). Then concept of 3D reconstruction and developed algorithms are presented. Two approaches, based on shape coefficients and the flood fill algorithms, are developed to identify corresponding features on subsequent 2D images. Then, the interpolation algorithm to reconstruct 3D volume between 2D images is presented. Finally, obtained 3D model is an input for finite element mesh generation software for subsequent finite element calculations.

6

ATD and DSC Analysis of IN-713C and ZhS6U-VI Superalloys

Binczyk F., Cwajna J., Gradoń P.

Archives of Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 17, iss. 1

13--16

EN

Paper presents the results of ATD and DSC analysis of two superalloys used in casting of aircraft engine parts. The main aim of the research was to obtain the solidification parameters, especially Tsol and Tliq, knowledge of which is important for proper selection of casting and heat treatment parameters. Assessment of the metallurgical quality (presence of impurities) of the feed ingots is also a very important step in production of castings. It was found that some of the feed ingots delivered by the superalloy producers are contaminated by oxides located in shrinkage defects. The ATD analysis allows for quite precise interpretation of first stages of solidification at which solid phases with low values of latent heat of solidification are formed from the liquid. Using DSC analysis it is possible to measure precisely the heat values accompanying the phase changes during cooling and heating which, with knowledge of phase composition, permits to calculate the enthalpy of formation of specific phases like γ or γ′.

7

Application of Modified Cores for Grain Refinement in Castings of Aircraft Turbine Blades

Binczyk F., Cwajna J., Gradoń P.

Archives of Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 17, iss. 3

19--22

EN

Paper presents the results of research on modified surface grain refinement method used in investment casting of hollow, thin-walled parts made of nickel based superalloys. In the current technology, the refining inoculant is applied to the surface of the wax pattern and then, it is transferred to the ceramic mould surface during dewaxing. Because of its chemical activity the inoculant may react with the liquid metal which can cause defects on the external surface of the cast part. The method proposed in the paper aims to reduce the risk of external surface defects by applying the grain refiner only to the ceramic core which shapes the internal surface of the hollow casting. In case of thin-walled parts the grain refinement effect is visible throughout the thickness of the walls. The method is meant to be used when internal surface finish is less important, like for example, aircraft engine turbine blades, where the hollowing of the cast is mainly used to lower the weight and aid in cooling during operation.

8

Influence of Modification and Casting Technology on Structure of IN-713C Superalloy Castings

Binczyk F., Cwajna J., Gradoń P., Mańka M.

Archives of Foundry Engineering

|

2016

|

Vol. 16, iss. 3

11--14

EN

The paper presents the results concerning impact of modification (volume and surface techniques), pouring temperature and mould temperature on stereological parameters of macrostructure in IN713C castings made using post-production scrap. The ability to adjust the grain size is one of the main issues in the manufacturing of different nickel superalloy castings used in aircraft engines. By increasing the grain size one can increase the mechanical properties, like diffusion creep resistance, in higher temperatures. The fine grained castings. on the other hand, have higher mechanical properties in lower temperatures and higher resistance to thermal fatigue. The test moulds used in this study, supplied by Pratt and Whitney Rzeszow, are ordinarily used to cast the samples for tensile stress testing. Volume modification was carried out using the patented filter containing cobalt aluminate. The macrostructure was described using the number of grains per mm2, mean grain surface area and shape index. Obtained results show strong relationship between the modification technique, pouring temperature and grain size. There was no significant impact of mould temperature on macrostructure.

9

Surface Modification of Cored, Thin Walled Castings of Nickel Superalloy IN-713C

Binczyk F., Cwajna J., Gradoń P., Mańka M., Findziński R.

Archives of Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 15, iss. 3

17--20

EN

In current casting technology of cored, thin walled castings, the modifying coating is applied on the surface of wax pattern and, after the removal of the wax, is transferred to inner mould surface. This way the modification leading to grain refinement occur on the surface of the casting. In thin walled castings the modification effect can also be seen on the other (external) side of the casting. Proper reproduction of details in thin walled castings require high pouring temperature which intensify the chemical reactions on the mould – molten metal interface. This may lead to degradation of the surface of the castings. The core modification process is thought to circumvent this problem. The modifying coating is applied to the surface of the core. The degradation of internal surface of the casting is less relevant. The most important factor in this technology is “trough” modification – obtaining fine grained structure on the surface opposite to the surface reproduced by the core.

10

The Relationship Between the Solidification Parameters and Chemical Composition of Nickel Superalloy IN-713C

Binczyk F., Gradoń J., Cwajna J., Szymszal J.

Archives of Foundry Engineering

|

2014

|

Vol. 14, iss. 4

5--10

EN

The paper presents the results of studies on the development of correlation of solidification parameters and chemical composition of nickel superalloy IN-713C, which is used i.a. on aircraft engine turbine blades. Previous test results indicate significant differences in solidification parameters of the alloy, especially the temperatures Tliq and Tsol for each batch of ingots supplied by the manufacturer. Knowledge of such a relationship has important practical significance, because of the ability to asses and correct the temperatures of casting and heat treatment of casts on the basis of chemical composition. Using the statistical analysis it was found that the temperature of the solidification beginning Tliq is mostly influenced by the addition of carbon (similar to iron alloys). The additions of Al and Nb have smaller but still significant impact. Other alloying components do not have significant effect on Tliq. The temperature Teut is mostly affected by Ni, Ti and Nb. The temperature Tsol is not in any direct correlation with the chemical composition, which is consistent with previous research. The temperature Tsol depends primarily on the presence of non-metallic inclusions present in feed materials and introduced during the melting and casting processes.

11

Application of EBSD technique to investigation of modern materials for aero engines turbine blades

Chmiela B., Sozańska M., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 3

140--144

EN

Aero engine turbine blades are ﬁight safety critical components and are ﬁrst and foremost characterized by superior mechanical properties. The mechanical properties can be improved by replacing equiaxed (EQ) polycrystalline blades by directionalÍy solidiﬁed (DS) and single crystal blades (SX). During directional solidiﬁcation, many defects may form, e.g. freckles and stray grains. By comoining the techniques of scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray microanalysis (EDS), and electron backscatter diffraction (EBSD), these defects can be comprehensively evaluated. Freckles are casting defects appearing on the surface of DS and SX castings and take the form of long chains of equiaxed grains aligned parallel to gravity. Freckles form mainly because of thermosolutal convection and buoyancy forces in the mushy zone, which in turn are caused by density inversion in the interdendritic liquid. Other casting defects are stray grains as a result of poor efﬁciency of the helical grain selector. Obtained results reveal some new details about freckle formation and stray grains formation mechanisms.

PL

Łopatki turbin silników lotniczych są elementami krytycznymi o bezpośrednim wpływie na bezpieczeństwo lotu, dlatego muszą charakteryzować się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Właściwości mechaniczne mogą zostać ulepszone dzięki zastępowaniu łopatek polikrystalicznych o ziarnach równoosiowych (EQ) łopatkami kierunkowo krystalizowanymi (DS) i monokrystalicznymi (SX). Podczas kierunkowej krystalizacji mogą pojawić się wady odlewów, takie jak frekle (freckles) czy obce ziarna (stray grains). Połączenie technik elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM), mikroanalizy rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS) oraz dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (EBSD) umożliwia kompleksowy opis tych wad. Frekle to powierzchniowe wady odlewów DS i SX mające postać łańcuchów równoosiowych ziaren ułożonych równolegle do kierunku działania grawitacji. Frekle są skutkiem działania sił wyporu hydrostatycznego i konwekcji w streﬁe ciekło-stałej, które wynikają z inwersji gęstości ciekłego stopu w obszarach międzydendrytycznych. Innym przykładem wad są obce ziarna, będące skutkiem małej sprawności śrubowego selektora ziarna. Otrzymane wyniki ujawniają pewne nowe szczegóły dotyczące powstawania frekli i obcych ziaren.

12

The influence of impurities in feed ingots on the quality of castings made from nickel superalloy IN-713C

Binczyk F., Cwajna J., Sozańska M., Gradoń P.

Archives of Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 13, iss. 4

5--8

EN

The paper presents the results of research on the impact of impurities in the feed ingots (master heat) on the precipitation of impurities in the ATD thermal analysis probe castings. This impurities occur mostly inside shrinkage cavities and in interdendritic space. Additionally, insufficient filtration of liquid alloy during pouring promotes the transfer of impurities into the casting. The technology of melting superalloys in vacuum furnace prevents the removal of slag from the surface of molten metal. Because of that, the effective method of quality assessment of feed ingots in order to evaluate the existence of impurities is needed. The effectiveness of ATD analysis in evaluation of purity of feed ingots was researched. In addition the similarities of non-metallic inclusions in feed ingots and in castings were observed.

13

Badania odporności korozyjnej powłok stopowych cynk-kobalt metodą NSS

Maciej A., Nawrat G., Piotrowski J., Krząkała A., Stój J., Cwajna J.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 4

143-147

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących określenia właściwości antykorozyjnych galwanicznych powłok stopowych cynk-kobalt na podłożu stalowym. Badania odporności korozyjnej tych powłok przeprowadzono w komorze solnej metodą NSS (neutral salt spray). Na ich podstawie stwierdzono, że spośród badanych powłok monolitycznych najlepsze właściwości antykorozyjne wykazuje powłoka otrzymywana w neutralnej kąpieli o większej zawartości kobaltu (0,04 mol/dm3). Natomiast powłoki wielowarstwowe osadzane w tej samej kąpieli charakteryzują się znacznie lepszą odpornością korozyjną, porównywalną do powłok cynk-nikiel oraz powłok kadmowych.

EN

The results of investigations applying to determination the anticorrosion properties of galvanic zinc-cobalt alloy coatings on steel substrate are presented in this paper. The corrosion resistance studies of the coatings were carried out in salt chamber by NNS (neutral salt spray) method. On the basis of the research, it was found that among all monolithic coatings the best anticorrosion properties exhibit the one fabricated in neutral bath with a higher content of cobalt (0,04 mol/dm3). The multilayer coatings deposited in the bath are characterized by much better corrosion resistance, comparable to zinc-nickel and cadmium coatings.

14

Identification and evaluation of freckles in directionally solidified casting made of PWA 1426 nickel-based superalloy

Chmiela B., Sozańska M., Cwajna J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 2

559-564

EN

Manufacturing of modern aero engine turbine blades made of nickel-based superalloys is very complex and expensive. The thrust and performance of new engines must address constantly more demanding requirements. Therefore, turbine blades must be characterised by very good mechanical properties, which is possible only if the blades are free of casting defects. An important innovation has been the launching of directionally solidified (DS) and single crystal (SX) turbine blades. But, manufacturing procedures and the chemical composition of many superalloys promote the formation of casting defects that are characteristic only for directional solidification. One of these defects is freckles. Freckles are small equiaxed grains in the form of long chains parallel to the solidification direction and are located on the surface of the casting. Freckles decrease the mechanical properties of DS and SX blades; therefore, they should be always unambiguously identified to improve the manufacturing process. This work presents the possibilities of identifying and evaluating freckles in DS casting made of PWA 1426 superalloy by combining the scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalysis (EPMA) and electron backscatter diffraction (EBSD) techniques.

PL

Wytwarzanie łopatek turbin nowoczesnych silników lotniczych jest bardzo złożone i kosztowne. Stale rosną też wymagania dotyczące ciągu i sprawności nowych silników. Dlatego łopatki turbin musza charakteryzować się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy łopatki nie wykazują wad odlewniczych. Ważną innowacją w wytwarzaniu łopatek było wprowadzenie łopatek kierunkowo krystalizowanych (DS) i monokrystalicznych (SX). Skład chemiczny wielu nadstopów i proces wytwarzania łopatek stanowią czasem czynniki sprzyjające powstawaniu wad odlewniczych, charakterystycznych tylko dla procesu kierunkowej krystalizacji. Przykładem takiej wady są frekle. Wada ta ma postać małych, równoosiowych ziaren tworzących łańcuchy, przeważnie równoległe do kierunku krystalizacji. Wada ta znacznie obniża właściwości mechaniczne łopatek DS i SX, dlatego powinna być zawsze jednoznacznie identyfikowana w celu usprawnienia procesu ich wytwarzania. W pracy przedstawiono możliwości identyfikacji i oceny wady frekle w kierunkowo krystalizowanym odlewie z nadstopu niklu PWA 1426 przy użyciu elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM), mikroanalizy rentgenowskiej (EPMA) i dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (EBSD).

15

Evaluation of metallurgical quality of master heat IN-713C nickel alloy ingots

Binczyk F., Cwajna J., Roskosz S., Gradoń P.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 4

5-10

EN

The paper presents the results of evaluation of the metallurgical quality of master heat ingots and of the identification of non-metallic inclusions (oxides of Al., Zr, Hf, Cr, etc.), which have been found in the shrinkage cavities formed in these ingots. The inclusions penetrate into the liquid alloy, and on pouring of mould are transferred to the casting, especially when the filtering system is not sufficiently effective. The specific nature of the melting process of nickel and cobalt alloys, carried out in vacuum induction furnaces, excludes the possibility of alloy refining and slag removal from the melt surface. Therefore, to improve the quality of castings (parts of aircraft engines), it is so important to evaluate the quality of ingots before charging them into the crucible of an induction furnace. It has been proved that one of the methods for rapid quality evaluation is an ATD analysis of the sample solidification process, where samples are taken from different areas of the master heat ingot. The evaluation is based on a set of parameters plotted on the graph of the dT/dt derivative curve during the last stage of the solidification process in a range from TEut to Tsol.

16

Quantitative evaluation of y' phase in CMSX-4 superalloy

Szczotok A., Rzychoń T., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

686-690

EN

In the present paper methodology of y' phase occurring in monocrystalline CMSX-4 superalloy evaluation and the results of these investigations carried out with two techniques on the same material. Analysis of y' phase precipitates by means of traditional quantitative metallography using image analysis (Fig. 1, 2, Tab. 1÷5) and determination of the phase concentration using Rietveld method based on X-ray diffraction analysis (Fig. 3÷5, Tab. 6) were described.

PL

W artykule zaprezentowano metodykę oceny fazy y' występującej w monokrystalicznym nadstopie CMSX-4 i wyniki tej oceny przeprowadzonej dwoma technikami na tym samym materiale do badań. Przeprowadzono analizę wydzieleń fazy y' za pomocą tradycyjnej metalografii ilościowej (rys. 1, 2, tab. 1÷5) oraz pomiar stężenia fazy y' metodą Rietvelda opartą na dyfrakcji rentgenowskiej (rys. 3÷5, tab. 6).

17

A method for evaluation of the size of a grain on non-planar surfaces

Chmiela J., Słota D., Cwajna J., Roskosz S.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

681-685

EN

The paper presents a method for evaluation of the size of grain on non-planar surfaces. The methodology of geometric measurements of real non-planar surfaces, their approximation and calculation methodology for characteristic values of non-planar surfaces of grain are discussed here in details. In the calculation methodology, the values of the norm of gradient of the function approximating a discreet set of geometric measurements have been taken into account. A detailed analysis was carried out to examine the relations between the average value of the norm of gradient in the grain regions and the degree of size diversity among the areas with non-planar grain surfaces, and the size of grain areas in the plane of projection.

PL

W pracy przedstawiono metodę oceny wielkości ziarna na powierzchniach niepłaskich. Szczegółowo omówiono metodykę pomiarów geometrycznych rzeczywistych powierzchni niepłaskich, ich aproksymację oraz metodykę obliczeń charakterystycznych wielkości niepłaskich powierzchni ziaren. W metodyce obliczeń uwzględniono wartości normy gradientu funkcji aproksymującej dyskretny zbiór pomiarów geometrycznych. Szczegółowej analizie poddano związki między średnią wartością normy gradientu w obszarach ziaren a stopniem zróżnicowania wielkości pól niepłaskich powierzchni ziaren oraz wielkością pól ziaren na płaszczyźnie rzutu.

18

Verification of the stereometric-fractal description of overlaps in sialon ceramics' fractures

Stach S., Roskosz S., Cybo J., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

239-243

EN

A quantitative description of overlaps on fractures in sialon ceramics, is presented in the paper. A conventional analysis, aiming at the determination of the percentage share of overlaps on the basis of quantitative fractography, was preceded by stereometric/fractal analyses. They enabled the selection of representative sections of samples and then, the production of transverse microsections in those places for an analysis of the fractures' profiles using the light microscopy method and fractographic image analysis. Based on the compared results from both methods, a successful verification was made of the research methodology developed earlier for sintered carbides and proven for a chromium-molybdenum steel.

PL

W pracy dokonano ilościowego opisu przesłonięć na przełomach nowoczesnego materiału inżynierskiego - ceramiki sialonowej. Konwencjonalną analizę, mającą na celu określenie udziału procentowego przesłonięć na podstawie fraktografii ilościowej, poprzedzono badaniami stereometryczno-fraktalnymi. Badania te umożliwiły zarazem wybór reprezentatywnych przekrojów próbek, a następnie wykonanie w tym miejscu zgładów poprzecznych do analizy profili przełomu metodą mikroskopii świetlnej i faktograficznej analizy obrazu. Na podstawie porównania wyników obu metod zweryfikowano pomyślnie metodykę badawczą wcześniej opracowaną dla węglików spiekanych i sprawdzoną dla stali chromowo-molibdenowej.

19

The morphology, texture and structure orientation of polyethylene formed via work hardening and electron irradiation

Duda P., Cybo J., Maszybrocka J., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

198-203

EN

The paper presents a new method for shaping the structure and properties of polyethylene intended for endoprostheses' cups. The method consists in applying plastic strain to a semi-finished product of a cup (Chirulen) and its irradiation with an electron beam. As a result of a small, permanent deformation, performed in an area distant from the consolidation area and a high polymer orientation, a small degree of lamellar structure orientation and of crystalline phase texture were obtained. However, the deformation fulfilled its role as an effective initiator of changes in the UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) morphology. The share of low and high-molecular fractions changed in the samples produced. Electron irradiation provides the material's strengthening due to the structural changes, mainly polyethylene cross-linking. It caused a significant reduction of the low-molecular fraction's weight and polydispersity as well as an increased degree of UHMWPE's crystallinity by several percent. Also, an increase occurred within the degree of the structure's macroparticle spatial arrangement, which measures the absorption of a crystallinity band within the FT-IR spectrum (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). The most advantageous morphological changes occurred during simultaneous utilization of both formation factors. The authors' studies quoted in the paper have demonstrated that in those cases, polyethylene's resistance to wear and permanent deformation increased several times during the tribological process of the polymer-metal system. This should ensure a significant increase in the operational durability in the material intended for endoprostheses' cups.

PL

Artykuł prezentuje metodę kształtowania budowy i właściwości polietylenu przeznaczonego na panewki endoprotez. Metoda polega na zastosowaniu odkształcenia plastycznego półproduktu panewek (Chirulenu) oraz jego napromieniowaniu wiązką elektronów. W wyniku niewielkiej deformacji trwałej, przeprowadzonej w zakresie odległym od obszaru umocnienia i dużej orientacji polimeru, uzyskano nieznaczny stopień orientacji struktury lamelarnej i tekstury fazy krystalicznej. Odkształcenie spełniło jednak rolę efektywnego inicjatora zmian morfologii UHMWPE. W wytworzonych próbkach zmienił się udział frakcji nisko- i wysokomolekularnej. Napromieniowanie elektronami wzmocniło zmiany budowy na skutek usieciowania polietylenu. Zmniejszyło istotnie ciężar cząsteczkowy i polidyspersyjność frakcji niskomolekularnej oraz zwiększyło o kilka punktów procentowych stopień krystaliczności UHMWPE. Podwyższeniu uległ także stopień przestrzennego uporządkowania makrocząsteczek struktury, którego miarąjest absorpcja pasma krystaliczności w widmie FT-IR. Najkorzystniejsze zmiany morfologicznie wystąpiły podczas łącznego stosowania obu czynników kształtujących. Cytowane w artykule badania autorów wykazały, że w tych przypadkach zwiększyła się kilkukrotnie odporność polietylenu na zużycie i trwałą deformację podczas procesu tribologicznego systemu polimer-metal. Powinno to zapewnić znaczny wzrost trwałości eksploatacyjnej materiału przeznaczonego na panewki endoprotez.

20

The effect of forming the polyethylene structure of endoprosthesis cups on morphological changes in the upper layer during friction

Maszybrocka J., Cybo J., Duda P., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

192-197

EN

To increase resistance to wear and permanent deformation of polyethylene working in a polymer/metal couple (e.g. in human joint endoprostheses), the authors applied a new method. The method consists in changing the structure and properties of polyethylene subjected to preliminary work-hardening and irradiation with an electron beam. The assessment of the morphology obtained for the material variations produced has been presented in [11]. The paper describes the influence of the so-formed structure on the changing susceptibility of polymer's working surface and its upper layer to permanent deformation during a tribological process. It also shows the possibility of lamellar phase's rotation and reorientation in the context of polyethylene's resistance to wear.

PL

W celu poprawienia odporności na zużycie i trwałą deformację polietylenu pracującego w skojarzeniu polimer - metal (np. endoprotezy stawów ludzkich) zastosowano nową metodę. Polega ona na zmianie budowy i właściwości polietylenu poddanego wstępnemu zgniotowi i napromieniowaniu wiązką elektronów. Charakterystykę morfologii uzyskanej dla wytworzonych odmian materiału przedstawiono w [11]. Prezentowana praca opisuje wpływ tak ukształtowanej budowy na zmiany podatności powierzchni roboczej i warstwy wierzchniej polimeru do trwałej deformacji podczas procesu tribologicznego. Wskazuje także dla tych warunków na możliwość rotacji i reorientacji fazy lamelarnej w aspekcie poprawy odporności polietylenu na zużycie.