ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Degradace nízkolegovaných ocelí v. abrazivním a korozivním prostředí

Transkript

1 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Degradace nízkolegovaných ocelí v abrazivním a korozivním prostředí

2 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Odborný Curiculum Vitae Curiculum Vitae Michal Černý Ing. - strojní technologie 1980 CSc doc. - teorie stavby strojů 1994 Zaměstn stnání Ústav fyzikáln lní metalurgie AVČR MZLU Brno VUT FSI ÚK

3 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Výuka Výuka Strojírensk renská technologie Části a mechanizmy strojů Koroze a ochrana proti korozi Statika, Kinematika, Dynamika, Pevnost pružnost Základy konstruování

4 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Publikační činnost Publikační činnost 21 - oponované výzkumné zprávy 28 - vědecké konference 34 - vědeckéčasopisy 65x - vedoucí diplomových prací 3x - školitel doktorského studia + populárn rně naučné články + organizace mezinárodn rodních konferencí v rámci r CONMET, s. r. o.

5 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Odborné zaměření Odborné zaměř ěření - nízkocyklová únava materiálu (13 / 6 Cr,, Ni, Mo) - křehký lom iniciace štěpného lomu ocel + PMMA ( rychlost deformace < 5 m/s) - šířen ení štěpného lomu ocel + PMMA (rychlost trhliny vs součinitel intenzity napětí) - zastavení štěpných trhlin ocel (studium lomové houževnatosti ocelí s ohledem na rychlost štěpení) - lineárn rní lomová mechanika lepených spojů - měření rychlosti trhlin při p štěpném m porušen ení

6 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Odborné zaměření - dynamika křehkk ehkého ho lomu ( rychlost deformace m/s ) - dynamické charakteristiky materiálů - kompaktace slinování za studena - výtrže - kumulační průrazy razy pancéřových materiálů studium procesu průniku paprsku kovu - vysokonapěť ěťové zatěž ěžování do 10 3 GPa - měření rychlosti trhlin v nekovových materiálech (litý čedič,, sklo, slída, apod.) a jejich iniciace

7 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Odborná školní činnost Odborná činnost na MZLU - výuka, výuka, výuka, - výzkumné záměry + diplomové práce + doktorské studium - degradace materiálu strojních součást stí s pohledu synergetického působení koroze (svary, povlaky organické a anorganické,, znalectví, řešení výrobních problémů apod.) - degradace materiálu strojních dílcd lců z pohledu synergetického působení koroze a povrchových nebo vnitřních nehomogenit,, resp. koroze a působení vnější šího či i vnitřního napěť ěťového zatížen ení apod.

8 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Opotřebení materiálů Abrazivní degradace oceli Definice opotřeben ebení ČSN definuje opotřeben ebení jako trvale nežádouc doucí změnu povrchu, způsobenou vzájemným působenp sobením m funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a opotřebov ebovávajícího se média. m Projevuje se jako odstraňov ování nebo přemisp emisťování částic z opotřebov ebovávaného povrchu mechanickými účinky doprovázenými i jinými vlivy (např.. chemickými, elektrickými).

9 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Druhy opotřebení Druhy opotřeben ebení Podle ČSN se opotřeben ebení rozděluje na tyto základnz kladní druhy: Abrazivní Erozivní Adhezivní Kavitační Korozivní Vibrační Únavové

10 ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení Základní modely abrazivního opotřebení a interakce dvou těles b interakce tří těles

11 Zkušební materiál Zkoušený materiál Zkušebn ební tělesa jsou vyrobena z pásovp sové oceli 40 x 6 ČSN Křemíkchromová ocel (dle EN ocel 54SiCr6) byla zvolena z důvodu d dostatečné zakalitelnosti a prokalitelnosti. Tepelné zpracování ohřev (0C) výdrž (min) ochlazení Tvrdost HV Struktura Žíhání na měkko m v dodaném m stavu 190 ferit + Žíhání normalizační 870 ± vzduch 240 globulárn rní perlit vzduch 240 ferit + lamelárn rní perlit Zušlecht lechtění 500 ± vzduch 399 sorbit Kalení 850 ± olej 629 martenzit + zbyt. austenit)

12 Zkušební zařízení Z Zkušební zařízení podle Bonda Ke zjišťování odolnosti proti opotřebení ve volném abrazivu byl použit Bondův bubnový přístroj. Zkušební tělesa v počtu dvou, čtyř, či osmi kusů se uchytí v rotoru (ω 2 = 64,4 s -1 ). Rotor je uložen ve zkušebním bubnu, který se otáčí ve stejném smyslu (ω 1 = 7,3 s -1 ).

13 Průběh zkoušky Použité abrazivní médium Kamenná drť Bratčický písek Pararula zemina z okolí Krahulova Průběh zkoušky Objem každého média činil cm 3. Velikost opotřebení byla vyhod - nocována na základě úbytku hmotnosti zkušebních těles v intervalech 15, 30, 60, 120 a 240 min. Vážení očištěných vzorků se provádělo na elektronických vahách s přesností 0,001g.

14 Výsledky zkoušky Průměrné opotřebení jednotlivých tepelných zpracování Opotřebení (mg) Žíháno na měkko Pararula Bratčický písek Kamenná drť Doba zkoušky (min) Opotřebení (mg) Žíháno normalizačně Pararula Bratčický písek Kamenná drť Doba zkoušky (min) Zušlechtěno Kaleno Opotrebení (mg) Pararula Bratčický písek 100 Kamenná drť Doba zkoušky (m in) Opotřebení (mg) Pararula Bratčický písek 100 Kamenná drť Doba zkoušky (min)

15 Výsledky zkoušky Celkové průměrné opotřebení v jednotlivých abrazivech Opotřebení (mg) Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno Kamenná drť Opotřebení (mg) Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno Bratčický písek Doba zkoušky (min) Doba zkoušky (min) Pararula Opotřebení (mg) Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno Doba zkoušky (min)

16 Závěr zkoušek abrazivní opotřebení materiálů Závěr Uvedené výsledky objektivně potvrdily výraznou ingerenci chemického a s tím souvisejícího i strukturního složení oceli při hodnocení její odolnosti proti abrazivnímu opotřebení. Synergie obsahu chemických prvků v oceli a jejich uplatnění při aplikaci řízeného tepelného zpracování se zvýrazňuje s existencí participace dalších mechanických a chemických působení ( ohybová a tlaková namáhání, interaktivní rázy, koroze apod. ) na celkové degradaci. Erudovaný výběr ocelového konstrukčního materiálu by z tohoto pohledu provozní exploatace součásti měl být jedním z výchozích bodů predikce životnosti a ekonomického zhodnocení využití strojního zařízení nejen při půdní aplikaci.

17 Korozní poškození materiálů Korozní poškození vybraných struktur Rozdělení koroze dle druhů korozních dějů Chemická Elektrochemická Biologická

18 Rozdělení koroze Rozdělení koroze dle druhu korozního poškození Rovnoměrná Nerovnoměrná» skvrnitá,» důlková,» bodová,» nitková,» mezikrystalová,» transkrystalová,» selektivní,» extrakční, apod.

19 Cíl experimentu Cíl experimentu Cíl našeho experimentu spočívá v porovnání agresivity koroze na nechráněnou ocel , která je tepelně zpracována: žíháním na měkko, žíháním normalizačním, zušlechtěním, kalením.

20 Zkoušený materiál Zkoušený materiál Tepelné zpracování Ohřev ( o C) Výdrž (min) Ochlazení Tvrdost HV Struktura žíhání na měkko dodáno z válcoven 190 ferit + globulární perlit žíhání normalizační 870 ± vzduch 240 ferit + lamelární perlit zušlechtění 850 ± ± olej vzduch 399 sorbit kalení 850 ± olej 629 martenzit + (zbyt. austenit)

21 Zkouška solnou mlhou Zkouška provedena dle normy ČSN ISO 9227 (korozní zkouška v umělých atmosférách v solné mlze) Zařízení použité pro náš experiment je korozní komora se solnou mlhou. Objem zkušební komory činí 0,7 m 3. Teplota při rozprašování neutrálního chloridu sodného je 35±2 C. Roztok musí mít koncentraci chloridu sodného dle ČSN ±5 g/l. Hodnota ph je v rozmezí 6,5 až 7,2.

22 Zkušební zařízení Komora se solnou mlhou

23 Metodika laboratorních zkoušek Metodika laboratorních zkoušek Příprava 15 kusů vzorků od každého tepelného zpracování. Vážení jednotlivých vzorků a výpočet povrchu. Celková doba zkoušky činí 50 dní. Interval měření dílčích výsledku je 10 dní. Vážení a výpočet korozních úbytků.

24 Vzorek před zkouškou Broušený povrch vzorku před zkouškou makroskopické pozorování broušeno na horizontální stolové brusce drsnost povrchu Ra = 0,8 µm

25 Vzorek v průběhu zkoušení Povrch vzorku po 2 hodinách zkoušky Povrch je rovnoměrně napaden korozí

26 Průběžné výsledky zkoušky Povrch zkušebního vzorky po 10 dnech Celkově napadený povrch Největšího úbytku má ocel žíhaná normalizačně. Její úbytek činil 278,225 g/m 2. Nejmenší úbytek ze své hmotnosti zaznamenala ocel žíhaná na měkko, které po 10 dnech v prostředí solné mlhy ztratila 228,278 g/m 2 ze své hmotnosti.

27 Průběžné výsledky zkoušky Povrch zkušebního vzorky po 20 dnech V rovnoměrně zkorodovaném povrchu se začínají vytvářet ložiska důlkové koroze Největší úbytek má stále ocel žíhaná normalizačně 445,449 g/m 2 Nejmenší úbytek má opět ocel žíhaná na měkko 395,273 g/m 2.

28 Průběžné výsledky zkoušky Povrch zkušebního vzorky po 30 dnech Povrch vzorku je pasivován korozními zplodinami, vrstva není homogenní objevují se praskliny, dutiny póry Největší úbytek zaznamenala ocel žíhaná normalizačně 690,568 g/m 2 Nejmenší hmotnostní úbytek má opět ocel žíhaná na měkko 627,189 g/m 2.

29 Průběžné výsledky zkoušky Povrch zkušebního vzorky po 40 dnech Povrch vzorku je pasivován korozními zplodinami, ale přesto korozní vrstva obsahuje velké množství hlubokých prasklin Největší úbytek má stále ocel žíhaná normalizačně 766,328 g/m 2 Nejmenší úbytek má opět ocel žíhaná na měkko 700,235 g/m 2.

30 Průběžné výsledky zkoušek Povrch zkušebního vzorku po 50 dnech Z obrázku je patrné nárůst nehomogenní vrstvy korozních zplodin Největšího úbytku má ocel žíhaná normalizačně. Její úbytek činil 795,817 g/m 2. Nejmenší úbytek ze své hmotnosti zaznamenala ocel žíhaná na měkko, které po 50 dnech v prostředí solné mlhy ztratila 732,819 g/m 2 ze své hmotnost.

31 Závěr Závěr Hmotnostní rozdíl mezi ocelí žíhanou na měkko a ocelí žíhanou normalizačněčiní za 50 dní v solance 62,998 g/m 2. S ohledem na plošně nejmenší mezifázové rozhraní u feritu a globulárního perlitu je korozní potenciál v průběhu reakce ustaven na nejnižší hodnotě. Galvanický mikročlánek je naopak nejaktivnější v kontaktu zrn feritu (anoda) a lamel perlitu (katoda), kde je plocha rozhraní maximální.

32 Makroskopický pohled na deformovanou zinkovou vrstvu Vstupní brány koroze pod tzv. protikorozní zinkovou vrstvou

33 Děkuji za pozornost