Fizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Szilárdtestfizika
zsűri
Fizika 1
Kutatóhely
TTK Szilárdtest Fizika Tanszék (Debreceni Egyetem)
projekt kezdete
2019-12-01
projekt vége
2023-05-31
aktuális összeg (MFt)
23.244
FTE (kutatóév egyenérték)
2.80
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A kutatás fő célkitűzése az alakemlékező ötvözetek fázisátalakulása közben tapasztalható aszimmetria vizsgálata akusztikus emissziós mérésekkel. A folyamatos jel rögzítéssel lehetőség nyílik az egyes zajesemények frekvenciatérbeli tulajdonságainak vizsgálatára. Az adaptív szekvenciális k-közép algoritmussal ezek alapján meghatározható, hogy a folyamat során milyen források aktívak, és ezek hogyan befolyásolják az aszimmetriát. A kutatás másik fő célja az acélok szívós-rideg átmenetének vizsgálata. Hasonló módszerek alkalmazásával vizsgálni fogom, hogy a felület karcolása közben detektálható zaj statisztikus tulajdonságai mikor változnak, milyen hőmérsékletnél van váltás a zajt okozó fizikai folyamat jellegében.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Az első alapkérdés, hogy magyarázható-e a martenzites átalakulások aszimmetriája azzal, hogy a két irány közben más fizikai folyamatok aktívak, és ha igen, akkor ezek hogyan befolyásolják az aszimmetria irányát. A második rész alapkérdése, hogy az acélok szívós-rideg átmenete közben tapasztalható szerkezeti változások mérhetőek-e valamilyen zajmérési technikával (legalább olyan pontossággal, mint a Charpy-féle ütőmunka vizsgálatával).
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Az alakemlékező ötvözetek aszimmetriája jelentősen befolyásolja az ilyen anyagokból készült eszközök működését, így ennek megértése alapvető fontosságú. Az alakemlékező ötvözetek a funkcionális anyagok egy jelentős csoportját alkotják, így számos jelenlegi és jövőbeli alkalmazási lehetőséggel bírnak. Ennek ellenére az aszimmetria kérdése csak az utóbbi 1-2 évben került előtérbe. Az alkalmazni kívánt módszer új, és egyre jobban elterjed. A szívós-rideg átmenet vizsgálatakor jelentős problémát okoz a hagyományos Charpy tesztekhez a kellő számú mintadarab kimunkálása az adott acélszerkezetből. Erre kívánok egy olyan megoldást találni, mely zajmérésből, csaknem roncsolásmentesen, a minta felületének kismértékű karcolásával az választ az anyag viselkedésére.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A kutatás első részének célja , hogy a funkcionális anyagok egy csoportját alkotó alakemlékező tulajdonságokkal bíró anyagok működésének fizikai alapjait minél jobban megismerjük. Ezáltal biztosítható, hogy a már eddig is sok hétköznapi, illetve orvosi és űrkutatási célokra alkalmazott anyagok tulajdonságait javíthassuk, az alkalmazási lehetőségeket tovább bővítsük. A kutatás második célkitűzése pedig egy sok esetben nélkülözhetetlen, acélok, acélszerkezetek minősítésére használt mérési módszer helyett egy egyszerűbb, gyorsabb és gazdaságosabb módszer fizikai alapjait lefektessük.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The main purpose of this projest is the investigation of the asymmetry between the forward and reverse phase transformation of shape memory alloys with acoustic emission measurements. The measurements will carried out with continous signal recording in order to investigate the properties of the noise events in frequency domain. Using these properties, with the adaptive sequential k-means clustering method, the determination of the active noise sources during the transformation is possible, and we will able to find the physical differences between the two directions. In the second part I will investigate the ductile-brittle transition of steels. Using similar methods, I will investigate, that how the properties of the acoustic emission during the scratching of the surface will change with changing the temperature. I will looking for a specific temperature, where crossing this temperature, the source of the noise emission changes, and I will comapre this temperature with the ductile-brittle transition temperature.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The first fundamental question is that can the asymmetry of the martensitic transformation explained with the differend active noise sources in the two directions, and if yes, how these sources influence the sign of the asymmetry. In the secon part, the question is that is it possible to measure the ductile-brittle transition temperature with noise measurement methods (as precisely as the Charpy impact test can).
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The asymmetry of the martensitic transformation of shape memory alloys highly influences the behaviour of the devices made from these materials, therefore understanding the asymmetry is essential. Shape memory alloys represent an important group of functional materials, and they will have countless present and future applications. Nonetheless, the question of the asymmetry became important just in the last years. The clustering method is also new, and it has more and more applications. In case of measuring the ductile-brittle transition temperature with Charpy impact test, it is a huge problem to produce enough samples from the actual metal structure. Using noise measurement methods I will lay down the physical principles of a new method, which determines the ductile-brittle transition temperature, in a (semi) non-destructive way.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The aim of the first part of this project is to understand the behaviour of the shape memory alloys, a group of functional materials. Knowing the properties of these materials are essential in order to improve the number of innovative applications, like medical or aerospace applications. The second purpose of the project is to lay down the physical principles of a new, fast, and economical method for qualifying steel structures.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A projekt során különböző fémek, illetve fémötvözetek szerkezeti átalakulásait tanulmányoztam akusztikus emisszió mérésével. A vizsgált minták többsége alakemlékező ötvözet volt, melyek egyik részénél az ausztenit és martenzit fázis közti átalakulást, másik részénél a martenzit fázis ikerhatárjainak szakaszos mozgását tanulmányoztam. Sor került még ón képlékeny deformációjának vizsgálatára is, különböző hőmérsékleteken. Az akusztikus emisszió rendkívül érzékeny technika, ezáltal sok esetben olyan zajesemények is rögzítésre kerülnek, amelyek nem a mintából, hanem esetlegesen a környezetből származnak, illetve a vizsgált mintából jövő impulzusok is származhatnak különböző fizikai jelenségektől, amiket a pontosabb eredmények érdekében célszerű külön-külön vizsgálni. Az egy mérés során érzékelt, de különböző forrásból származó jelek szétválogatását adaptív klaszteranalízissel végeztem, ezáltal értékes, új információkat kaptam a vizsgált minták viselkedéséről.
kutatási eredmények (angolul)
During the project, I studied the structural transformations of various metals and metal alloys using acoustic emission measurements. The majority of the examined samples were shape memory alloys, where I investigated the transformation between the austenite and martensite phases in one part, and the intermittent motion of martensite phase twin boundaries in another part. I also conducted investigations on the plastic deformation of tin at different temperatures. Acoustic emission is an extremely sensitive technique, which means that in many cases, noise events are recorded that do not originate from the sample but possibly from the surrounding environment. Furthermore, the impulses coming from the examined sample can also arise from various physical phenomena, which should be separately examined for more accurate results. I performed the separation of signals detected during a measurement but coming from different sources using adaptive cluster analysis, thus obtaining valuable new information about the behavior of the examined samples.
Daróczi L., Elrasasi T.Y., Arjmandabasi T., Tóth L.Z., Veres B., Beke D.L.: Change of acoustic emission characteristics during temperature induced transition from twinning to dislocation slip under compression in polycrystalline sn, MATERIALS 15: (1) 224, 2022
Kamel S.M., Samy N.M., Tóth L.Z., Daróczi L., Beke D.L.: Denouement of the Energy-Amplitude and Size-Amplitude Enigma for Acoustic-Emission Investigations of Materials, MATERIALS 15: (13) 4556, 2022
Tóth L.Z., Daróczi L., Elrasasi T.Y., Beke D.L.: Clustering Characterization of Acoustic Emission Signals Belonging to Twinning and Dislocation Slip during Plastic Deformation of Polycrystalline Sn, MATERIALS 15: (19) 6696, 2022
Bronstein Emil, Tóth László Zoltán, Daróczi Lajos, Beke Dezső László, Talmon Ronen, Shilo Doron: Tracking Twin Boundary Jerky Motion at Nanometer and Microsecond Scales, ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS Epub: pp. 1-11., 2021
Beke Dezső László, Daróczi Lajos, Mohareb Samy Nora, Tóth László Zoltán, Bolgár Melinda: On the thermodynamic analysis of martensite stabilization treatments, ACTA MATERIALIA 200: pp. 490-501., 2020
