Nem lehet eléggé hangsúlyozni, mennyire fontos a számítógépes műszaki tervezési (computer aided engineering, CAE) és a végeselemes modellezési (finite element analysis, FEA) feladatoknál a pontos anyagtulajdonságok alkalmazása. A Key to Metals fémesanyag-adatbázisban a fémek leggyakoribb mechanikai tulajdonságai mellett számos speciális jellemző is megtalálható.

Fáradási adatok

A ciklikus terhelésre vonatkozó adatokat a Key to Metals saját szabadalmazott eljárásával dolgozza fel, legyen szó alakváltozásról vagy feszültségről. Az adatbázis fejlesztői forrásanyagok százait használták fel, hogy nagy mennyiségű ciklikus terhelési adatot gyűjtsenek össze. A feszültség-alakváltozás adatok gyakran nem túl felhasználóbarát formában állnak rendelkezésre, és nem ritka az sem, hogy olyan anyagból származnak, amelyet adott kísérleti feltételek mellett vizsgáltak, például meghatározott hőmérséklet, alakváltozási sebesség vagy hőkezelési eljárás esetén, így egy konkrét mérnöki feladatnál vagy szimulációnál jelentkező eltérő feltételek között nem lehet kiküszöbölni a hibalehetőségeket.

A fáradási adatoknál – szintén szabadalmazott eljárások alkalmazásával – több mint 3600 fémötvözet fáradási adataihoz jutottak, több adatsorral, és ahol rendelkezésre álltak, különféle hőkezelési és terhelési paraméterekkel, ami összesen több mint 20 000 adatsort jelent. Ahol ez lehetséges volt, az adatok statisztikai paramétereit, valamint grafikai megjelenítését is megadja a rendszer (1). Az alkalmazott diagramok interaktívak, és a felhasználó az egér mozgatásával tudja megtekinteni az alakváltozás vagy a feszültség értékeit a ciklusszámok függvényében. 

Törésmechanikai és kúszási adatok

A Key to Metals adatbázis Extended Range kiegészítő moduljának két további funkciója segítségével – még több specialitásként – törésmechanikai és kúszási adatokat kaphatunk. A törésmechanikai adatok a K_IC és a Paris-egyenlet adatait tartalmazzák, valamint statikus adatokat ott, ahol ilyenek rendelkezésre állnak (2).

A kúszási paramétereken folyási feszültségi és tartamszilárdsági adatokat érthetünk az idő függvényében több mint 6500 fémötvözetre vonatkozóan, valamint Larson-Miller-diagramokat és a maradék élettartam meghatározásához szolgáló módszereket (3). 

Származtatott speciális anyagtulajdonságok

A kísérleti adatok annyira kis számban állnak rendelkezésre, hogy még egy olyan hatalmas adatbázis is, mint a Key to Metals Extended Range, amely több ezer fémötvözet adatait tartalmazza, csak a mintegy kétszázezerre becsült szabványos és gyakori ötvözet viszonylag kis részénél tartalmaz speciális anyagtulajdonságokat. A feszültség-alakváltozás vagy a fáradás vizsgálatának költségeit és (vagy) időigényét figyelembe véve nyilvánvaló, hogy egy ötvözet speciális tulajdonságainak becslése, akár csak mint a további kalkulációk és szimulációk kiindulási pontja, kiemelkedően nagy gyakorlati alkalmazhatósággal és fontossággal bírhat a mérnöki munka során.

A speciális anyagtulajdonságok számítására jelenleg rendelkezésre álló módszerek általában többé-kevésbé megbízható empirikus egyenletek alkalmazását feltételezik, ami többnyire igencsak időigényes és nehéz feladat. Alternatív vagy kiegészítő megoldásként a Key to Metals adatbázis lehetővé teszi egy ötvözet ismeretlen speciális tulajdonságainak gyors és könnyű becslését hasonló ötvözetek különleges tulajdonságaiból kiindulva.

Hasonló anyagok kínálata

Például, ha a felhasználó a SUS 304 Japan jelölésű korrózióálló acél folyási feszültség-folyási alakváltozási adataira kíváncsi, akkor erre vonatozóan nincs kísérleti adat. Egy csillag jelzi azonban az adatbázisban, hogy létezik adat hasonló anyagokra, és a hivatkozásra kattintva megtekinthetjük ezeknek az anyagoknak a listáját (4).

A hasonló anyagokat a Key to Metals kereszthivatkozási táblázatai szolgáltatják, amelyek szabványosító testületek (Standards Development Organizations, SDO), szakirodalmak és egyéb források minősítése alapján tekinthetők hasonlónak. A legtöbb esetben vegyi és metallurgiai hasonlóságok alapján döntenek az SDO-k az egyezésről, ami nem garantálhatja a mechanikai tulajdonságok tekintetében az egyezéseket, habár a speciális ciklikus adatok esetében végzett felmérés azt mutatta, hogy a kereszthivatkozási táblák alkalmazásával legalábbis más módszerekkel összehasonlítható becslések nyerhetők.

Annak érdekében, hogy a felhasználóknak jobb lehetőségeket kínáljanak az anyagok egyezésének eldöntésében, az adatbázis fejlesztői megalkották az egymás melletti összehasonlítást (5). A hasonlónak gondolt anyag (a példa esetében az európai X 5 CrNi 18 10 ausztenites korrózióálló acél) közvetlenül az eredetileg kiválasztott anyag (ebben az esetben a japán SUS 304 acél) mellett tekinthető meg; ha a felhasználó úgy ítéli meg, hogy a hasonlóság megfelelő a saját céljai esetében, akkor megtekintheti és felhasználhatja a hasonló anyag folyási feszültség-folyási alakváltozás adatait (6).

Hasznos kiindulópont

Mivel több mint 10 millió kereszthivatkozási adatsor áll könnyen rendelkezésre a Key to Metals adatbázisban, e megközelítés alkalmazása meglehetősen egyértelmű, és ennek köszönhetően további 20 000 fémötvözetre vonatkozóan állnak rendelkezésre speciális anyagtulajdonságok. Természetesen a hasonló anyagokból származtatott tulajdonságok alkalmazása nem lehet a végső megoldás és nem használható a kísérletek helyettesítésére, de hasznos kiindulópontként szolgálhat a további kutatásoknál és szimulációknál.

Hogy elősegítsék a hasonló anyagminőségek keresését a klasszikus kereszthivatkozások rendszerén túlmenően, kifejlesztették a bizonytalan halmazok elméletén alapuló SmartCross2 modult. Ezt úgy alkották meg, hogy egy bizonyított, szabadalmazott eljárás alkalmazásával a program képes legyen ismeretlen egyező anyagminőségek felderítésére vegyi összetétel, mechanikai tulajdonságok vagy ezek bármilyen kombinációjának használatával, a felhasználó különösebb szakértelme nélkül. Ha a hasonlónak gondolt anyagok listája rendelkezésre áll (7), lehetőség van az anyagok egymás melletti összehasonlítására, és használhatjuk a feszültség-alakváltozás vagy más egyéb speciális anyagtulajdonságot is a leírtak közül.

A legátfogóbb információforrás

Egy évvel a kifejlesztését követően a Key to Metals adatbázis Extended Range kiegészítő modulja nagyon jó visszajelzéseket kapott és népszerű a CAE feladatokat végző, illetve a szélesebb mérnöki társadalomban. A rendelkezésre álló feszültség-alakváltozás diagramoknak, ciklikus tulajdonságoknak, idő- és hőmérsékletfüggő fizikai és mechanikai tulajdonságoknak köszönhetően a világ legátfogóbb információforrásává vált a fejlett szimulációs feladatok támogatásánál.

A további kísérleti adatok felkutatása és beépítése mellett az Extended Range adatbázis későbbi fejlesztései közé tartozik majd az új idő-, hőmérséklet- és terhelésfüggő összefüggések, statikus és dinamikus tulajdonságok, hiányzó anyagtulajdonságok becslésére szolgáló módszerek és egyenletek, valamint nemfémes anyagok (például polimerek és kerámiák) szerepeltetése.