A hazai innováció elősegítése szempontjából példaértékű EU H2020 pályázatot nyertek el az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) kutatói. A három évre szóló, közel 150 millió forintos pályázati támogatást az EK Neutronspektroszkópiai Laboratóriumának munkatársai kapták egy új roncsolásmentes ipari anyagvizsgálati (elfogadott) szabvány továbbfejlesztésére és magyarországi bevezetésére. Az új eljárással csökkenthetővé válhat az anyagfelhasználás, megbízhatóbbak lehetnek a termékek, mindez pedig jelentős költségmegtakarítást eredményezhet. Az EASI-STRESS nevű projektben négy kiemelkedő európai kutatási infrastruktúra (KI), egy egyetem, két kutatásközvetítő cég és hét csúcsvállalat vesz részt partnerként. Ez utóbbiak közül négynek jelentős hazai iparági kapcsolódásai is vannak.

A munkában többek között olyan ismert cégek leányvállalatai működnek közre, mint az Airbus, a Rolls-Royce, a Siemens, a francia atomerőmű-gyártó EDF, a Győrben autóipari beszállító üzemmel rendelkező NEMAK, a világ legnagyobb acélgyártója, az Acelor-Mittal, vagy a világ vezető 3D fémnyomtató cége, a Volum-E.

Az EASI-STRESS projektben közreműködő egyik kutatási infrastruktúra az EK csillebérci kampuszán működő Budapesti Kutatóreaktor. Balra a 10 megawatt teljesítményű atomreaktor épületegyüttese, jobbra a reaktortömb és a neutrondiffrakciós berendezések.

A projekt célja különféle anyagok és alkatrészek belső feszültségének roncsolásmentes röntgen- és neutrondiffrakciós vizsgálata, a mérési módszerek, illetve az erre szolgáló eszközök elterjedésének az előmozdítása, továbbá a különböző kísérleti módszerekkel mért eredmények egységes értelmezése, valamint az új mérési szabványok ismertetése az ipari szereplőkkel szoros együttműködésben. Ez a módszer lehetővé teszi a különböző használati eszközök gyártása során keletkező belső feszültségek kialakulásának, illetve az eszközök használat közbeni változásának a jobb megértését a mért adatok közvetlen összehasonlítása, és a jelenlegi ipari tervezési/modellezési eszközökbe való beépítése révén. Az új módszer ipari bevezetésével egyrészt felderíthetők az alkatrészek gyártásánál keletkező hibák, így például nyomon követhető a hegesztések, vagy a mechanikai behatások miatt bekövetkező mikrorepedések kialakulása és terjedése. Másrészt – minőségbiztosítási eljárásként történő alkalmazással – a környezeti hatások miatt a tárgyak használata közben bekövetkező anyagfáradásra (pl. ridegedés, repedésgócok kialakulása), és ezáltal a tárgyak élettartamára vonatkozóan lehet következtetéseket levonni.

A gyártási folyamatok paraméterei nagymértékben befolyásolják az anyagszerkezetet. Öntvényeknél például a megszilárdulás sebessége kihat az ötvözeti anyagok atomjainak elhelyezkedésére, és amennyiben nem az ideális kristályszerkezet alakul ki, akkor az anyagon belül feszültség marad. Röntgendiffrakcióval az alkatrészek felületén, neutronokkal pedig az anyagok mélységében is láthatóvá válik a kristályrács mikroszerkezete, annak torzulása, és ebből kiszámítható a belső feszültség. (Röntgen esetén a feszültség két irányát, neutron esetén mindhárom irányt mérhetjük.)

Az EK Budapesti Neutron Centrumának (BNC) munkatársai jelentős tapasztalattal rendelkeznek a neutrondiffrakciós feszültséganalízisben. A bal oldali kép a BNC egyik spektrométerének mintaasztalát mutatja, melyen egy gázturbinakerék élettartam-hosszabbításához a mikro (fázis) szerkezet roncsolásmentes vizsgálata folyik. A jobb oldali képen olyan kísérleti összeállítás látható, amelyben a neutronnyalábban a minta hajlítására, és így a neutrondiffrakciós mérés közbeni keltett feszültség mérésére alkalmas eszközt helyeztek el.

A modern gépalkatrészek előállításakor sokszor egyszerre alkalmaznak hőkezelést és alakformálást. Sokkomponensű ötvözeteknél az alkalmazott eljárásoktól függ a darabban a fémszerkezeti összetétel, így benne a maradékfeszültség is. A gyártástervezésben átfogó programcsomagokat fejlesztettek ki az ilyen folyamatok modellezésére, és ezek kísérleti validálása elengedhetetlen feltétele a tervezési eredmények tényleges gyártásba vitelének. A diffrakciós feszültségmeghatározás az egyik leginformatívabb roncsolásmentes kísérleti módszer. Az ilyen mérési eljárások szabványosítása teszi lehetővé a hatékony ipari szintű alkalmazást. Ezeknek az ismereteknek a fémes és kerámia alkatrészek tervezési folyamatába történő beépítése csökkentheti az anyagfelhasználást, illetve megbízhatóbb és hosszabb élettartamú termékeket eredményezhet, ami egyben jelentős költségmegtakarítást is jelent.

A projekt keretében az ipari cégek és a méréseket végrehajtó kutatók közösen meghatározzák, majd a cégek előállítják a validálásra alkalmas vizsgálati mintákat, illetve azokat rendelkezésre bocsátják a mérésekre. A diffrakciós méréseket a KI-k végzik: a röntgenvizsgálatokat az egyetemi röntgenlaborokban (korlátozottan), illetve a két legnagyobb európai szinkrotronforrásnál (ESRF-Grenoble, HZG-Hamburg), a neutronos kísérleteket pedig a világ legjelentősebb neutronkutató intézetében (ILL-Grenoble), valamint az ELKH EK égisze alatt működő Budapesti Neutron Centrumban (BNC) valósítják meg. A Manchesteri Egyetem mellett dán és francia tech-transzfer cégek (DTI, CETIM) gondoskodnak a modellezés-validálás összehangolásáról, továbbá a mérési eljárás és a modellezés szabványba vitelének feladatairól.