Minden anyag kifárad egyszer

Nehéz megmondani, hogy egy gép alkatrésze pontosan mennyi ideig lesz alkalmas arra, hogy ellássa a feladatát. A gépgyártó a maximális biztonságra törekszik, ezért mindig csak azzal az időtartammal számol, amíg – a jelenlegi tudásunk szerint – egy alkatrész biztosan működőképes marad. Yves Nadot professzor, a franciaországi ENSMA Intézet Anyagfizikai Tanszékének Igazgatóhelyettese és Gróza Márton, a Budapesti Műszaki Egyetem doktorandusza, a Knorr-Bremse Rail Systems Budapest ösztöndíj programjának keretében, immár féléve azon dolgoznak, hogy egy olyan módszert és egy olyan szoftvert állítsanak elő, amely a vasúti fékek öntöttvas alkatrészeinek anyagminőségtől függő kifáradásáról ad meglehetősen pontos képet a gyártónak. Ennek révén sokat javul majd a minőségellenőrző munkatársak hatékonysága, mivel pontosabban tudják majd előre jelezni, hogy melyik alkatrész nem felelne meg a rendkívül magas elvárásoknak.

Jellemző életkép: vasúti munkás ütögeti fémkalapáccsal a vonatok kerékabroncsát. Az ilyenkor hallható pengő hang magassága ad számára visszajelzést arról, hogy az alkatrész anyagában keletkezett-e olyan repedés, amely megakadályozza annak biztonságos használatát. Ezt az egyszerű módszert egyelőre még nem szeretné senki sem száműzni a mindennapi gyakorlatból, ám minél mélyrehatóbb tudásunk van az egyes anyagok kifáradásáról, annál biztonságosabbá tehető a vasúti közlekedés és annál gazdaságosabbá tehető egy termék és annak a legyártása is. Az anyagkifáradás elismert kutatójával, Yves Nadot professzorral készítettünk interjút a témáról.

Hogy kerül egy nemzetközi hírű szilárdságtan kutató a Knorr-Bremse budapesti fejlesztő és gyártó központjába? Hogyan került kapcsolatba a vállalattal?

Yves Nadot: Az én kutatási területem tipikusan alkalmazott tudomány, vagyis akkor tudok valódi előrehaladást elérni, ha láthatom, hogy a kidolgozott módszerek hogyan vizsgáznak a gyakorlatban. A Knorr-Bremse Rail Systems Budapestnél komoly termékfejlesztés zajlik, ezért erre itt remek lehetőségem adódik. Másfelől, egy doktorandusz hallgató, Gróza Márton keresett meg a Budapesti Műszaki Egyetemről tavaly augusztusban, aki az öntöttvas alkatrészek kifáradásáról megkezdett kutatásához kérte a segítségemet. Először csak leveleztünk, majd kihasználva a Knorr-Bremse Budapest Ösztöndíj Programját, a megfelelő finanszírozást is elnyertük a kutatási programunk megvalósításához, egyben Márton doktori disszertációjának elkészítéséhez. 2016. szeptembere óta tartjuk a kapcsolatot rendszeresen emailen és telefonon Mártonnal. Most, fél év után került sor az első látogatásomra itt Budapesten, az egyik személyes konzultációnk részeként, illetve Márton is járt már nálam, Franciaországban.

Miért éri meg egy vállalatnak egy doktorandusz disszertációjának és a közös kutatási programjuk támogatása?

Y. N: Ebben az együttműködésben mindenki jól jár. Mi, akik a kutatást végezzük, a támogatás fejében azt vállaltuk, hogy leteszünk az asztalra egy olyan módszert, amivel a Knorr-Bremse Budapestnél zajló gyártás és termékfejlesztés valóban hatékonyabb lesz. Doktorandusz kollégám várhatóan színvonalas tudományos folyóiratokban ismertetheti a kutatásunk eredményeit, jómagam tovább gazdagíthatom tudásomat az öntöttvas kifáradásáról, hiszen korábban én is az öntöttvasban előforduló hibák anyagkifáradásra tett hatásának kutatásával kezdtem tudományos karrieremet. A közös munka során nagyon izgalmas megtapasztalni, hogy a korábbi ismereteinkhez képest ma mennyivel pontosabbak tudunk lenni az azóta felhalmozott tudás segítségével.

Forrás: Knorr-Bremse

Mire lesz majd használható az új módszer?

Y. N: Minden alkatrész, bármilyen tökéletesen legyen is legyártva, megmunkálva, az anyag alapvető tulajdonságai miatt, előbb-utóbb kifárad és – egyszerűen szólva – tönkremegy, eltörik. Ez ellen nem tudunk semmit sem tenni. Azért viszont igen, hogy ez minél később következzen be, illetve annak az ismerete, hogy ez a bizonyos kifáradás mikor következik be, nagyon fontos információ, ami segít meghatározni egy alkatrész élettartamát. Úgy is mondhatnám, hogy a mi módszerünk is a vasúti biztonság egy építőeleme. Mi most egy olyan szoftveren dolgozunk, amely nagyon egyszerűen, színkódok alkalmazásával ad visszajelzést a mérnököknek arról, hogy az alkatrész anyagában hol vannak mechanikailag jobban- illetve kevésbé kiterhelt zónák, ahol nagyon pontosan kell szemügyre venni az anyagminőséget, illetve ahol kicsit engedékenyebbek lehetnek az ellenőrzések során. A szoftver mögött álló összetett módszer meglehetősen pontos előrejelzést ad arról, hogy az anyagkifáradás mikorra várható. Ezt az információt a tervezés is figyelembe veszi majd az alkatrészek továbbfejlesztése során.

Mennyiben lesz egyedülálló ez a módszer? Lesz belőle szabadalom?

Y. N: Szabadalom nem születik a kutatásból, mivel az anyagok kifáradásával kapcsolatos tudományos ismeretek eddig is nyilvánosak voltak. Mindazonáltal, a Knorr-Bremse szert fog tenni egy olyan módszerre, amiről elmondható, hogy egyedülálló lesz a vasúti fékgyártásban. Az anyagok kifáradását természetesen más iparágakban is élénken kutatják. A módszer, aminek a kidolgozásán Mártonnal dolgozunk, sok tekintetben hasonló lesz ahhoz, amit az űrtechnológiában és a hadiiparban már elkezdtek alkalmazni. Mi ezeket a módszereket adaptáljuk most öntöttvasra és vasúti technológiára. A módszer sajátossága lesz az is, hogy – a szoftveres megoldásnak köszönhetően – nemcsak a hozzáértő mérnökök, specialisták, hanem bárki használhatja majd. Ráadásul, a szoftver minden alkatrész esetén egyedileg fogja majd figyelembe venni, hogy az hová lesz beépítve és milyen terheléseket kell elviselnie élettartama során.

Amikor arról beszélt, hogy a cég egy konkrét módszerben testet öltő eredményt vár el a kutatástól, esetleg meg lehet fogalmazni már most, például, számszerűsíthető megtakarítást, amely a módszer bevezetésétől várható?

Y. N: Ilyenekről korai volna még nyilatkozni, és a projekt ezt a célt nem is tűzte ki maga elé. A cél az, hogy a körülbelül három évre tervezett kutatás lezárultával egy olyan módszert adjunk a gyártás és a tervezés kezébe, amely beépíthető a mindennapi gyakorlatba és lehetőleg univerzálisan használható, vagyis alkalmazható többféle felhasználású alkatrészre. A módszer elsősorban a termelés és a minőségellenőrzés hatékonyságához járul majd hozzá, de feltétlenül hoz megtakarítást a jövőben azáltal is, hogy a tervezőmérnökök és a gyártástechnológusok még tovább finomíthatják a termékeket. Így az alkatrészeknek javul a gyárthatósága, kevesebb selejttel számolhatunk, miközben nő a teherbírásuk, vagy nem változik a mostanihoz képest.