Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy (AF)

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy (AF) Vliv tvorby povrchových vrstev na korozní odolnost ocelí Diplomová práce Vedoucí práce: Doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracoval: Jakub Mejta Brno 2007 1

2

3

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv tvorby povrchových vrstev na korozní odolnost ocelí vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis diplomanta. 4

Poděkování: Dovoluji si tímto poděkovat především Doc. Ing. Michalovi Černému, CSc. za odborné vedení, cenné rady a připomínky při řešení mé diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat panu Neumannovi za pomoc při zhotovování zkušebních vzorků. 5

ABSTRAKT V předložené práci je zpracována teoretická problematika tvorby povrchových vrstev při obrábění, jejichž vlastnosti se podílejí na vlastnostech konečného povrchu součásti. Bylo prováděno ověření vlivu obrábění na stav napětí v povrchových vrstvách, a to porovnáním měření povrchových pnutí u součástí obrobených na soustruhu s tupým a ostrým nožem. Zkoušeným materiálem byla vybrána ocel ČSN 11500 (E 295). Dílce byly po obrobení vystaveny působení korozního prostředí a byla srovnávána jejich korozní odolnost. Na základě experimentů bylo vyhodnoceno, že součásti obrobené otupeným nožem vykazují nižší korozní odolnost než součásti obrobené nožem ostrým. S tímto faktem korespondují také výsledky měření pnutí v povrchových vrstvách daných součástí, prováděném paralelně na VUT v Brně. Klíčová slova: zbytková napětí, povrchová vrstva, koroze, tupý nůž ABSTRACT In this submitted work are elaborated the theoretical problems of cutting conditions effect on a formation of surface layer, which participates on the condition of the component surface. The effect of cutting on the tension in surface layers examination was carried out. The observation of the surface layer tensions in the component machined by sharp and dull cutting edge was compared. As tested material, the steel ČSN 11500 (E 295) was chosen. After cutting the components were exposed to the corroding medium and the resistance to corrosion was compared. On the basis of the observation was evaluated, the components machined by dull cutting edge have inferior corrosion resistance than the components machined by sharp cutting edge. Corresponding to this fact, the measurement of the surface layer tensions in these components was provided in parallel in VUT Brno. Key words: residual stress, surface layer, corrosion, dull cutting edge 6

Obsah: 1. TVORBA POVRCHOVÝCH VRSTEV Z POHLEDU OBRÁBĚNí 1.1 Mechanika procesu řezání 1.2 Termomechanika procesu řezání 1.3 Řezný nástroj 1.3.1 Geometrie břitu nástroje 1.3.2 Nástrojové materiály 1.3.3 Otupení nástroje 1.5 Vlastnosti povrchové vrstvy 1.5.1 Struktura povrchové vrstvy 1.5.2 Geometrické vlastnosti povrchové vrstvy 1.5.3 Fyzikální vlastnosti povrchové vrstvy 1.5.4 Zpevnění povrchové vrstvy 1.5.5 Pnutí v povrchových vrstvách 1.5.5.1 Druhy zbytkového pnutí 1.5.5.2 Vznik zbytkového pnutí 2. MĚŘENÍ POVRCHOVÝCH PNUTÍ MATERIÁLU 2.1 Rentgenová difrakční metoda 3. KOROZE 3.1 Koroze chemická 3.2 Koroze elektrochemická 3.2.1 Atmosférická koroze 3.2.2 Koroze mezikrystalická 3.2.3 Koroze transkrystalová 3.2.4 Koroze bludnými proudy 3.2.5 Koroze extrakční 3.2.6 Koroze selektivní 3.3 Typy korozního napadení 3.3.1 Koroze rovnoměrná 7

3.3.2 Koroze nerovnoměrná 3.3.2.1 Koroze skvrnitá 3.3.2.2 Koroze důlková a bodová 3.3.2.3 Nitkové napadení 3.3.2.4 Podpovrchové napadení 3.4 Korozní trhliny a lomy 3.5 Rychlost koroze 3.6 Koroze uhlíkových ocelí a litin 3.6.1 Koroze uhlíkových ocelí a litin v různých korozních prostředích 3.7 Parametry určující korozní odolnost 4. CÍL PRÁCE 5. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE 5.1 Materiál a zkušební vzorky 5.1.1 Materiál 5.1.2 Zkušební vzorky 5.2 Zkušební metody 5.2.1 Měření zbytkového napětí 5.2.1.1 Úvod do metodiky měření 5.2.1.2 Metoda sin 2 Ψ 5.2.1.3 Hloubka průniku záření 5.2.1.4 Určení napětí nelineární experimentální závislosti ε γψ (sin 2 ψ) 5.2.1.4 Určení rozložení napětí v povrchových vrstvách s kolmým gradientem napětí 5.2.2 Urychlená korozní zkouška 5.3 Vlastní měření 5.3.1 Měření pnutí v povrchových vrstvách 5.3.2 Urychlená korozní zkouška 6. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE 7. ZÁVĚR 8

1. TVORBA POVRCHOVÝCH VRSTEV Z POHLEDU OBRÁBĚNÍ 1.1 Mechanika procesu řezání Obrábění je charakterizováno oddělováním určité vrstvy materiálu z obrobku řezáním. Řezání, při kterém se tato nedeformovaná vrstva na obrobku mění v třísku je procesem plastické deformace. Plastická deformace je ovlivňována druhem a vlastnostmi obráběného materiálu a podmínkami, za kterých proces probíhá, z nichž nejdůležitějšími jsou deformační rychlost a teplota. Výsledným projevem této plastické deformace je oddělení třísky formou lomu (Obr. 1.). Obr. 1 Oblast plastické deformace Pod vlivem vnějšího působení sil vznikají uvnitř polykrystalů v technických kovech normální a tečná napětí jak uvnitř zrn, tak i na hranicích mezi nimi. Dosáhnou-li tečná napětí při růstu vnější síly hodnoty kritického napětí τ K v některé z kluzových rovin zrna vhodně orientovaného k působící síle, dojde uvnitř tohoto zrna k plastickému kluzu, tj. k vnitrokrystalické deformaci. Dislokace, které se přitom pohybují, narazí na hranici zrna. Je-li to hranice s malou odchylkou v orientaci od předchozího zrna, dojde 9

k přestupu vyvolaného kluzu přes tuto hranici. Tento přestup přes hranici zrna potřebuje ale vynaložení větší energie, což se projeví zvětšením vnějšího zatížení. Znamená to tedy, že ve srovnání s monokrystaly má polykrystalická látka větší deformační odpor a proces plastické deformace je ovlivněn kromě výše uvedeného také hustotou hranic, tj. jemností zrn. Narůstání působící vnější síly při plastické deformaci vede k porušení soudržnosti deformovaného materiálu a při obrábění probíhá formou lomu. Lom nastává po překročení kritické hodnoty napětí a může proběhnout buď kluzem (tvárný lom) nebo dvojčatěním. Jednou z forem kluzového mechanismu je šíření trhliny a vzniká tak stejný lom. U tvárných materiálů se může v místě koncentrace napětí vytvořit plastické pásmo, které zabrání dalšímu šíření trhliny. U křehkých materiálů je napětí koncentrováno v jednom místě jen částečně tlumeno a tak se vzniklá trhlina může dále šířit (křehký lom). Druh a charakter lomu bude závislý u kovových materiálů je závislý na jejich krystalické stavbě, velikosti zrna a podmínkách deformace. [5] 1.2 Termomechanika procesu řezání Tepelné procesy jsou těsně svázány s ostatními fyzikálními jevy charakterizujícími obrábění kovových i nekovových materiálů. Obecně je šíření tepla popsáno dvěma základními rovnicemi, a to rovnicí základní tepelné bilance, kde je celková tepelná energie součtem tepla ekvivalentního deformační práci odebírané vrstvy (včetně práce vynaložené na pohyb třísky) a tepla odpovídajícího třecí práci na styčných plochách nástroje. Další rovnicí vyjadřující rozložení teploty v pevném tělese (obrobku, nástroji a třísce) v závislosti na poloze a čase obrábění je parciální diferenciální rovnice. Matematické formulace při popisu reálného obrábění musíme doplnit o počáteční a okrajové podmínky. Počáteční podmínky popisují počáteční rozložení teplot v tělese a okrajové podmínky popisují přestup tepla na povrchu těles. Obecně lze schéma procesu obrábění z pohledu termomechaniky popsat pomocí Obr. 2, kde v zóně A dochází k plastické deformaci materiálu, přičemž zóna A zasahuje do třísky a obrobku. V zóně B dochází k pružně-plastickým až pružným deformacím. Tříska se pohybuje po čelní ploše břitu, přitom dochází k zadírání kovu vlivem tření, což je doprovázeno sekundárními deformacemi. Teplo se uvolňuje hlavně v zóně A, 10

částečně v zóně B. [6] Obr. 2 Schéma procesu řezání z pohledu šíření tepla 1.3 Řezný nástroj Řezný nástroj odebírá třísku tím, že jeho břit vniká do materiálu obrobku. Řezný nástroj musí být tvrdší, než je tvrdost obráběného materiálu, musí být odolný proti mechanickému a tepelnému namáhání a břit musí být jednoznačně určen úhly a rozměry tak, aby byl podle nich vyrobitelný a po otupení obnovitelný ostřením. Řezný nástroj sestává z těla, pomocí kterého se nástroj upíná a břitu. [6] 1.3.1 Geometrie břitu nástroje Geometrií břitu se rozumí soustava prvků definující břitovou část nástroje. Břit je tvořen zpravidla třemi plochami: čelem, po němž odchází tříska, hřbetem, tj. plochou přikloněnou k řezné ploše obrobku a vedlejším hřbetem, tj. plochou přikloněnou k obrobené ploše. Ostří je průsečnicí čela a hřbetu, vedlejší ostří je průsečnice čela s vedlejším hřbetem. Průsečík obou ostří tvoří špičku břitu. 11

Geometrie břitu nástroje z hlediska výroby jednoznačně určuje břit. Poloha jednotlivých ploch určujících geometrii břitu je vztahována k soustavě základních rovin vytvořených souřadnicovým systémem x, y, z, viz. Obr. 3. Obr. 3 Geometrie břitu soustružnického nože Geometrie břitu z hlediska odebírání třísky definujeme vzhledem k řezné ploše obrobku. Na Obr. 4 jsou znázorněny pracovní úhly při převýšení bodu ostří a o hodnotu h nad osu obrobku, což vede ke značným změnám velikostí pracovních řezných úhlů oproti úhlům nástroje. Odebírání třísky závisí také na velikosti pracovních úhlů nástroje, proto se navrhují řezné úhly s ohledem na úhly pracovní. 12

Obr. 4 Pracovní úhly nástroje Úhel hřbetu α ovlivňuje hlavně velikost tření na hřbetě nástroje a závisí na vlastnostech obráběného materiálu, na řezné rychlosti, průřezu třísky a zejména na posuvu. Větší úhel hřbetu se volí při obrábění materiálů o vyšší pevnosti, při malých posuvech a velké řezné rychlosti. Úhel řezu δ ovlivňuje nejvíce tvoření třísky. Při jeho zvětšování rostou plastické deformace v oblasti tvoření třísky a roste tření na čele nástroje: roste tak řezný odpor a otupování břitu je intenzivnější. Úhel nastavení κ určuje polohu ostří vzhledem k obrobku a určuje tvar průřezu třísky: při zmenšování úhlu nastavení se zvětšuje štíhlost třísky, zvětšování úhlu nastavení způsobuje intenzivnější otupení břitu. Úhel nastavení vedlejšího ostří κ 1 má největší vliv na drsnost obrobené plochy. Čím menší je úhel κ 1, tím hladší je obrobená plocha. Tento úhel také ovlivňuje složky řezného odporu. Úhel sklonu ostří λ ovlivňuje pevnost břitu a směr odchodu třísky. Při záporném úhlu λ dochází k prvnímu záběru ostří s obráběným materiálem za špičkou ostří, čímž je špička chráněna před přímými nárazy. Záporné úhly se používají při obrábění materiálů o vysoké pevnosti, při hrubování a zejména při přerušovaném řezu. Poloměr zaoblení ostří r má vliv hlavně na drsnost obrobku. Při větší hodnotě r 13

dosáhneme hladší plochy a zmenšení opotřebení nástroje. S rostoucím r roste radiální složka řezného odporu a náchylnost ke chvění. [6] 1.3.2 Nástrojové materiály Řezný nástroj je namáhán mechanicky a tepelně. Mechanické namáhání je odvozeno od řezných sil, jimiž je břit namáhán. Tepelné namáhání je vyvoláno teplem, které je z místa tvoření třísky břitem odváděno. Aby nástroj odolával uvedeným namáháním, musí mít hodnotu tvrdosti takovou, aby mohl břit vnikat do obráběného materiálu. Zároveň musí nástroj vykazovat dostatečnou pevnost a houževnatost k zachycení sil na nástroj působících a k zabránění vzniku deformace či poškození nástroje. Nástroj musí být zhotoven z materiálu odolného proti opotřebení za zvýšených teplot. Těmto kriteriím odpovídají pro strojní obrábění nástroje zhotovené z oceli legované např. W, Cr, Mo, V a převážně oceli rychlořezné, které jsou bohatěji legované wolframem a chromem a řada z nich je karbidotvorných (W, V). Dalším vhodným nástrojovým materiálem jsou slinuté karbidy a pro polohrubování a hlazení se taktéž využívá některých nekovových řezných materiálů (kermety, karbidové oxidy, oxidy hliníku). [12] Z důvodu zvyšujících se požadavků na vlastnosti nástrojových materiálů jsou vyvíjeny tzv. složené, nebo sendvičové materiály, kde materiál s vyšší houževnatostí tvoří podklad pro vrstvu velmi tvrdého a otěruvzdorného materiálu (např. Coronite). [14] 1.3.3 Otupení nástroje Otupení nástroje, které slouží ke stanovení hodnoty trvanlivosti pro jednotlivé případy obrábění, posuzujeme podle velikosti opotřebení břitu. Hodnoty opotřebení, při kterém považujeme nástroj za otupený, vyjadřují tzv. kriterium otupení. Volba přípustné míry opotřebení se posuzuje buď z hlediska technologického, nebo z hlediska ekonomického. Vliv opotřebení na přesnost obrobené plochy se uplatňuje především při dokončovacích operacích (přesné soustružení, vyvrtávání, vystruhování atp.), kde kriteriem otupení je tzv. radiální opotřebení. Trvanlivost břitu nástroje závisí na mnoha činitelích, jako jsou např. řezné podmínky 14

(řezná rychlost v, hloubka řezu t, posuv s), geometrie břitu (α, γ, κ, λ, r), rozměr a tvar nástroje, materiál břitu i obrobku, řezné prostředí (chlazení), druh namáhání (řez plynulý, přerušovaný) a v neposlední řadě i způsob obrábění. [12] 1.5 Vlastnosti povrchové vrstvy Povrchová vrstva je vrstva materiálu, omezená skutečným geometrickým povrchem obrobené součásti a zahrnující tu část materiálu od geometrického povrchu dovnitř která má fyzikální a často také chemické vlastnosti materiálu před obráběním, viz. Obr.5. Obr. 5 Zjednodušený diagram struktury povrchové vrstvy po mechanickém zpracování 1.5.1 Struktura povrchové vrstvy Povrchový film, který je situován přímo pod geometrickým povrchem, tvoří oblast absorbovaných částic plynu, kapaliny nebo tuhých částic (např. částice vzduchu, nástrojového materiálu, zašpinění apod.). Navíc tato oblast obsahuje film kysličníků a jejich sloučenin obráběného kovu a vylomené částice krystalové mřížky. Celková tloušťka této oblasti je velmi malá, obvykle nepřesahuje 0.008 µm. Základní část povrchové vrstvy tvoří plasticky deformovaná oblast obráběného 15

materiálu v důsledku účinku sil z technologického procesu. Tloušťka této oblasti se může měnit od několika setin až po několik desetin milimetru, v závislosti na metodě a podmínkách obrábění. V mnoha případech, zvláště po obrábění, je viditelná zřetelně vláknitá struktura stlačené oblasti. Je to výsledek účinku sil tření mezi obráběným materiálem a nástrojem. Kromě plastické deformace, vytvořené mechanickými silami, může rozložení teplotního pole také ovlivnit mikrostrukturu. Výsledkem tepla, vytvořeného v technologickém procesu, se mohou objevit různé transformace struktury povrchové vrstvy, jako je kalení a popouštění, fázové přeměny, změny velikosti zrna apod. Hloubka tepelných účinků obvykle při obrábění dosahuje pouze části stlačené vrstvy. U procesu, jako je vyjiskřování, přesahuje tepelně ovlivněná vrstva téměř celou povrchovou vrstvu a může překročit 1 mm. Povrchová vrstva obráběné součásti a její jakost je charakterizována jejími fyzikálními vlastnostmi a geometrickými vlastnostmi obrobeného povrchu. [14] 1.5.2 Geometrické vlastnosti povrchové vrstvy Geometrické vlastnosti obrobeného povrchu jsou podmiňovány nerovností povrchu (drsnost povrchu, hodnocenou běžně podle střední celkové výšky a vlnitost, odlišující se od drsnosti povrchu podstatně většími mezerami nerovností) a geometrickou strukturou povrchu, zahrnující uspořádání stop po nástroji a možné poruchy povrchu, jako jsou rýhy, trhliny, vylomení, štěrbiny. Geometrické vlastnosti obrobeného povrchu jsou výsledkem geometrické a kinematické reprodukce tvaru špičky nástroje v obráběném materiálu (včetně vibrací), vnějšího tření mezi špičkou nástroje a materiálem součásti a tvorby nárůstku při obrábění jistých materiálů a v jistém rozsahu podmínek obrábění. Geometrické charakteristiky povrchu patří mezi topografické údaje, kterých dnes existuje celá řada. Z celé řady faktorů charakterizujících integritu povrchu bylo dříve normalizováno pouze hodnocení drsnosti povrchu. [14] 16

1.5.3 Fyzikální vlastnosti povrchové vrstvy Fyzikální vlastnosti povrchové vrstvy jsou podmiňovány mikrostrukturou a vláknitou strukturou, jejím rozlišením a velikostí v povrchové vrstvě, plastickou deformací nebo stlačením a doprovodnými změnami tvrdosti a pevnosti (povrchové zpevnění) a nakonec výsledným napětím (také tzv. konečná nebo napětí po obrábění) a jejich rozložení v povrchové vrstvě a základním materiálu. Příčiny změn vlastností základního materiálu a vytvoření povrchové vrstvy jsou napěťové pole, vytvořené řeznými silami, teplotní pole jako výsledek vývinu tepla energií řezného procesu a vnější a vnitřní tření. [14] V důsledku řezného procesu dochází ke změnám mechanických vlastností povrchové plochy, k nímž patří zejména strukturní změny, různé vady, zpevnění, zbytková napětí apod. 1.5.4 Zpevnění povrchové vrstvy Zpevnění primární vrstvy je způsobeno zejména tím, že oblast primárních plastických deformací často zasahuje pod úroveň budoucího povrchu. Další vliv na zpevnění povrchové vrstvy souvisí se skutečností, že reálné ostří není tvořeno přímkou, ale je určitým způsobem zaobleno. V bezprostřední interakci břitu s materiálem obrobku se realizuje negativní úhel čela a budoucí povrch obrobené plochy nevzniká řezáním, ale tvářením. S uvedeným jevem souvisí určitá minimální hodnota jmenovité tloušťky řezu, která je ještě pro dané řezné podmínky realizovatelná, viz. níže. Zpevnění povrchové vrstvy obrobené plochy lze kvantifikovat hodnotou mikrotvrdosti HV. Typické průběhy mikrotvrdosti v závislosti na vzdálenosti od povrchu jsou na následující straně znázorněny na Obr. 6. Na Obr. 6a je znázorněn průběh výhodný z hlediska funkčních vlastností povrchu součásti. Největší mikrotvrdost HV je na povrchu, pak pozvolně klesá. Hloubka zpevněné vrstvy h z je relativně velká. Na Obr. 6b je sice povrchová vrstva dost vysoká, ale prudký pokles tvrdosti je spojen s nebezpečím odlupování povrchové vrstvy. Průběh na Obr. 6c znázorňuje povrch, u kterého proběhla plastická deformace, přičemž plasticita materiálu byla plně vyčerpána. 17

a) b) c) Obr. 6 Charakteristické průběhy zpevnění v povrchové vrstvě HV mikrotvrdost l p vzdálenost od povrchu h z hloubka zpevněné vrstvy Další silové působení způsobilo vznik trhlin na povrchu. Toto se promítá do poklesu tvrdosti, někdy může být tvrdost dokonce nižší než původní tvrdost materiálu. [8] Z řezných podmínek nejvíce ovlivňuje zpevnění řezná rychlost, tloušťka odřezávané vrstvy (resp. posuv), méně šířka odřezávané vrstvy (resp. hloubka řezu). Z geometrie břitu ovlivňuje zpevnění úhel řezu (resp. úhel čela), úhel hřbetu, poloměr ostří, otupení nástroje a poloměr špičky. Zvětšuje-li se řezná rychlost, oblast primární plastické deformace se zmenšuje a natáčí směrem doprava, klesá její vliv na velikost zpevnění povrchu. Proto spolu se zvětšující se rychlostí se zmenšuje stupeň zpevnění a hloubka zpevněné vrstvy. Tloušťka odřezávané vrstvy, resp. posuv, významně ovlivňují oblast primární plastické deformace. Se zvětšující se tloušťkou se sice střední šířka oblasti primární plastické deformace zmenšuje, ale se zřetelem na to, že při větší tloušťce odřezávané vrstvy neumožní větší deformovaná vrstva materiálu, aby se deformace materiálu více rozšířily k vnějšímu povrchu třísky. Tyto stísněné deformační poměry se projeví u ostří větším rozšířením oblasti primární plastické deformace. Tím oblast primární plastické deformace u větší tloušťky odřezávané vrstvy zasáhne hlouběji do obráběného materiálu. Stupeň a hloubka zpevnění proto rostou se zvětšující se tloušťkou odřezávané 18

vrstvy. Zvětšuje-li se úhel řezu, rozšiřuje se oblast primární plastické deformace a natáčí se směrem do materiálu obrobku. Tím se zvětšuje stupeň zpevnění a hloubka zpevněné vrstvy. Také při zmenšování úhlu hřbetu dochází ke zvětšování zpevnění a hloubky zpevněné vrstvy. Poloměr ostří ovlivňuje střední hodnotu úhlu řezu. Se zvětšováním poloměru ostří se zvětšuje střední hodnota úhlu řezu, rozšiřuje se oblast primární plastické deformace a natáčí se do obráběného materiálu. Hloubka zpevněné vrstvy a stupeň zpevnění se s rostoucím poloměrem ostří zvětšují. Obdobný vliv má i opotřebení břitu. Stupeň zpevnění a hloubka zpevněné vrstvy rostou se zvětšováním poloměru špičky a se zmenšováním úhlu nastavení. Je to dáno růstem radiální složky řezné síly a rozšiřováním oblasti primární plastické deformace ve směru radiálním. Zpevnění povrchové vrstvy obrobené plochy má značný vliv na funkční vlastnosti povrchu součásti. Zpevněná povrchová vrstva, která je dobře soudržná se základním materiálem a která není mechanicky porušena, zvyšuje odolnost proti opotřebení a také únavovou pevnost povrchu. [14, 2] 1.5.5 Pnutí v povrchových vrstvách Podle doby trvání lze posuzovat napětí okamžitá (časová) a zbytková (trvalá). První druh napětí vzniká okamžitě po odstranění příčin, které jej vyvolaly a pokud vzniklá napětí nepřesáhla mez kluzu. Příkladem tohoto druhu napětí může být napětí způsobené rozdílem teplot v různých místech součásti a vznikající při teplotním vyrovnání, tzv. tepelné pnutí. Dočasný charakter může mít i vnitřní napětí vznikající během ohřevu nebo ochlazování kovu, ve kterém dochází k nehomogenní deformaci z důvodu nerovnoměrné fázové transformace. Vzniklé napětí se nazývá fázové (strukturální) pnutí. Druhý druh napětí (zbytková) přetrvávají i po odstranění příčin. 19

1.5.5.1 Druhy zbytkového pnutí Podle objemu, ve kterém dosahují vnitřní pnutí rovnováhy, se rozlišují zbytková napětí: I. druhu (makroskopická), u kterých se dosáhne rovnováhy v makroobjemech, tj. v relativně rozsáhlé oblasti součásti. Porušením silové, případně momentové rovnováhy (rozříznutí obrobku) dojde ke změně makroskopických rozměrů. Vznikají jako důsledek výrobních operací např. hrubování nevyžíhaného odlitku odstraní povrchovou vrstvu, stav napjatosti se změní a výrobek se deformuje. Další příčinou je např. kalení, kdy na rozsah těchto pnutí má vliv zejména způsob ponořování výrobků do kalící lázně. Stejně jako minimální makropnutí, tak zvyšují toto pnutí i nevhodně zvolené tvary kalených předmětů. U plastických ocelí se toto makropnutí snižuje postupnou plastickou deformací. Tento proces je označován jako tzv. relaxace napětí. II. druhu (mikroskopická), která se vyrovnávají v oblasti několika zrn, či subzrn. Vznikají fázovou transformací nebo deformací kovu, kdy různá zrna či subzrna vykazují rozdílné elastické napěťové stavy. Orientace těchto pnutí se neváže ke geometrii výrobku. V celém objemu se pnutí II. druhu mohou vzájemně vyrovnat. Někdy jsou tato pnutí označována jako homogenní mikroskopická pnutí. III. druhu (submikroskopická), která se vyrovnávají v objemu několika atomových vzdáleností, nemají žádný vztah k tvaru výrobku. Tato nehomogenní pnutí jsou výsledkem elastické distorze mřížky při rozměrech zlomku nanometru do hodnoty mřížkového parametru. Charakteristickými příklady jsou bodové mřížkové poruchy (vakanace, intersticiální či substituční atomy). Také napjatost vyvolaná hranovou dislokací nebo koherentním rozhraním matrice vyloučeného precipitátu způsobuje mikroskopická pnutí. 20

Všechny tyto tři druhy zbytkových napětí se zpravidla vyskytují u reálných výrobků současně a vzájemně se ovlivňují. Např. nárůst mikropnutí může vést až ke vzniku makropnutí. V běžné praxi se rozumí pod pojmem zbytková pnutí pouze napětí I.druhu. [8, 14, 11, 1, 2] 1.5.5.2 Vznik zbytkového pnutí Podmínkou vzniku zbytkových napětí v povrchové vrstvě je nerovnoměrná plastická deformace. Základní mechanismy vzniku zbytkových napětí jsou: - nerovnoměrná plastická deformace vyvolaná mechanickými silami, - teplotní roztažnost při nerovnoměrném ohřevu nebo ochlazování součásti, - nerovnoměrné strukturální změny materiálu v tuhém stavu, které doprovází změna objemu (dochází k nim za vysokých teplot, např. broušení), - chemické procesy (vznikají chemické sloučeniny s odlišnou hustotou v důsledku difuze a působení řezného prostředí může dojít k absorpci nových látek z obráběcího nástroje a z řezného prostředí do povrchové vrstvy obrobku). Pokud převažuje při obrábění plastická deformace (bez výrazného tepelného účinku), v naprosté většině případů dochází k vytvoření tlakového napětí na povrchu. Toto je z hlediska funkce součásti výhodné, se zřetelem na to, že případné zárodky trhlin jsou tlakem zavírány. Při současném tepelném a mechanickém zatěžování povrchu je horní, nejteplejší část povrchové vrstvy, při obrábění plasticky zkrácena. Při chladnutí se pak v této zkrácené vrstvě tvoří tahové napětí, což je z hlediska funkční vlastnosti povrchu nevýhodné, protože může dojít k únavovým lomům a vzniku trhlin. Oba mechanismy (tepelný a mechanický) se mohou dále kombinovat se strukturálními změnami v tuhém stavu a chemickými procesy. Strukturní a chemické změny působí buď zvětšení objemu materiálu, kterému brání okolní materiál, který zůstává nezměněn (vzniká v takto ovlivněném materiálu tlakové pnutí), nebo dochází ke zmenšení objemu materiálu a tím k tahovému pnutí v povrchových vrstvách. 21

Při reálných technologických procesech obrábění se mohou uplatňovat všechny čtyři mechanismy. V těchto případech je průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě složitý. Jako příklad průběhu zbytkových napětí je uveden průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě lopatky turbokompresoru po různých technologických operacích na Obr.7. [8, 14, 11, 2] Obr.7 Průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě lopatky turbokompresoru z oceli 10Ch17N2 po jednotlivých technologických operacích a) kování b) hrubé frézování c) jemné frézování d) broušení e) balotinování 22

2. MĚŘENÍ POVRCHOVÝCH PNUTÍ MATERIÁLU Některé z tenzometrických metod umožňují měřit napětí vložená i zbytková. Řada z nich dovoluje získat pouze kvalitativní informace, některé ovšem slouží k získání informací i kvantitativního charakteru. Podle míry zásahu do celistvosti měřeného materiálu se tenzometrické metody dělí na destruktivní (založené na měření deformací vyvolaných odstraněním části objemu napjatého objektu), polodestruktivní (jejichž aplikací dojde ke znehodnocení nadbytečného objemu, záměrně přidávaného při výrobě součástky poškozený materiál se po měření odstraní) a nedestruktivní, kdy se součástky měřením nepoškodí. Z nedestruktivních způsobů analýzy zbytkového pnutí v povrchových vrstvách polykrystalických látek, kterými běžné technické kovy jsou, se nejspolehlivěji osvědčuje rentgenová tenzometrie. 2.1 Rentgenová difrakční metoda Rentgenová difrakční analýza je metoda založená na interakci rentgenového záření s elektrony atomů spočívající v pružném (bezfotonovém) rozptylu. Díky pravidelnému periodickému uspořádání atomů v krystalické fázi dochází po rozptylu a následné interferenci rentgenového záření ke vzniku difrakčních maxim, jejichž poloha, intenzita a tvar závisí na druhu atomů a dokonalosti jejich uspořádání v trojrozměrném prostoru. Studium tohoto difrakčního obrazce pak umožňuje zpětně studovat nejen krystalické složení materiálu a jeho mikrostrukturu, ale také zjistit nehomogenity makroskopických i mikroskopických napětí v povrchové vrstvě. Výsledky získané měřením rentgenografickou tenzometrií neodráží stav napětí v celém zkoumaném materiálu, ale vztahují se jen k povrchové vrstvě, jejíž tloušťka je určená hloubkou proniknutí rentgenových paprsků do materiálu. Rentgenografická měření se provádí pomocí difraktometru se zářením CrK α rentgenografickou metodou sin 2 ψ, jež je blíže popsána v kapitole 5.2.1. 23

3. KOROZE Poškozování kovů je důsledkem účinků určitých procesů tzv. stresorů na kovový materiál. Korozní poškození pak představuje obsáhlou skupinu poruch, vzniklých chemickým či fyzikálně chemickým působením prostředí na povrch kovů. Příkladem chemické koroze je oxidace oceli při vyšších teplotách, kdy na povrchu vznikají okuje. Příkladem fyzikálně-chemického poškození je koroze elektrochemická, k níž dochází pouze za přítomnosti elektrolytu a povrch je rozrušován působením elektrochemického proudu. Nejčastěji se s elektrochemickou korozí setkáváme v podobě koroze atmosférické. 3.1 Koroze chemická U obecných kovů probíhá za normální teploty přímé slučování s kyslíkem velmi pomalu a v omezeném rozsahu. Za vyšších teplot však rychlost oxidace roste v závislosti na rostoucí teplotě. Na počátku procesu oxidace kovů dochází ke slučovaní vrstvy povrchových atomů s kyslíkem a tvoří se oxidická vrstva o tloušťce jedné molekuly. Je-li oxidická vrstva porézní, pronikají atomy kyslíku jejími póry tak dlouho, až dojde k vytvoření souvislé vrstvy. Rychlost oxidace je v tomto počátečním stadiu konstantní. Další oxidace probíhá buď rozpuštěním kyslíku v oxidické vrstvě a jeho difundací k povrchu kovu, s kterým se sloučí, nebo rozpuštěním kovu v oxidické vrstvě, jeho difundací na povrch vrstvy a sloučením s atmosférickým kyslíkem. Běžné konstrukční oceli oxidují za vyšších teplot velmi intenzivně, vlivem vysoké difuzní rychlosti kyslíku i železa za prostupu oxidickou vrstvou. Průběh oxidace kovů závisí na vlastnostech oxidické vrstvy. Při menším měrném objemu oxidické vrstvy než je měrný objem kovu, jak je tomu např. u Mg, Zn a Fe, se nevytváří souvislá oxidická vrstva a rychlost oxidace zůstává za normálních teplot konstantní. Při větším měrném objemu oxidické vrstvy než je měrný objem kovu (Cu, Pb, Sn, Ni, Cr, Al) může vzniknout ochranná vrstva a nastává zpomalení oxidace. V závislosti na měrném objemu oxidické vrstvy ve srovnání s měrným objemem kovového materiálu vznikají v oxidické vrstvě vnitřní pnutí. Dosáhnou-li tato vnitřní 24

pnutí mezní hodnotu, pak oxidická vrstva popraská. Tlakové pnutí, vznikající v soustavě, kde má oxidická vrstva větší měrný objem než je měrný objem kovového materiálu, způsobuje v oxidické vrstvě vzájemné překrývání okrajů trhlin a s rostoucí tloušťkou vrstvy se rychlost oxidace zmenšuje a může dojít k jejímu úplnému zastavení. Kovový povrch je tak chráněn proti oxidaci vlastní oxidickou vrstvou. Ochranná schopnost oxidické vrstvy závisí na jejich vlastnostech (kritické tloušťce, plasticitě, prostupnosti a spékavosti). Tahové pnutí, vznikající v soustavě, kde je měrný objem oxidické vrstvy menší než měrný objem kovu, dochází naopak k oddalování okrajů trhlin a k obnažování kovového povrchu, nevytváří se souvislá oxidická vrstva a rychlost oxidace zůstává konstantní. [6] Vzniklé vrstvy korozních produktů mají velmi často iontový charakter a proto můžeme probíhající děje do určité míry považovat za elektrochemické. Přesto jsou tyto procesy zejména z metodických důvodů charakterizovány jako chemické. [13] 3.2 Koroze elektrochemická Pokud je korozním prostředím elektrolyt, má korozní reakce elektrochemickou povahu a je nejčastějším druhem koroze. Přenos hmoty ve formě vzniklého kovového iontu, vzniklého korozí a přenos náboje ve formě elektronů uvolněných během katodické reakce se tedy odehrává na elektricky vodivém rozhraní kov/elektrolyt. Rozpouštění kovů je realizováno anodickou reakcí: Fe Fe 2+ + 2e - Redukční reakcí je ve vodných prostředích nejčastěji redukce kyslíku nebo hydroxoniového kationu korozní reakce s kyslíkovou nebo vodíkovou depolarizací: ½O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - 2H + + 2e - H 2 (kyslíková depolarizace) (vodíková depolarizace) Vzhledem k elektrochemické povaze dějů je pro korozní reakce velmi důležitý tzv. elektrodový potenciál, který vyjadřuje, zda v daném korozním systému je či není 25

tendence pro průběh korozních dějů. [13] Většina případů elektrochemické koroze se týká porušení povrchu jediného materiálu, stýkajícího se s elektrolytem. Anody a katody jsou tvořeny různými body téhož kovového povrchu. Nejjednodušším příkladem elektrochemické koroze, podmíněným vznikem oblastí s různou reaktivitou, je heterogenní materiál s izolovanými nečistotami o vyšším elektrodovém potenciálu (Obr. 8). Obr.8 Oblasti o různé reaktivitě vytvořené rozptýlenými nečistotami Je-li přepětí materiálu katod tak malé, že se na nich může vyloučit kyslík ve formě bublinek, nebo je-li v elektrolytu rozpuštěn kyslík, který se může sloučit s vodíkem na vodu, bude rozpouštění základního materiálu v elektrolytu intenzivnější. Nejsou-li splněny tyto podmínky, nemůže elektrochemická koroze vzniknout. 3.2.1 Atmosférická koroze Koroze atmosférická je korozí elektrochemickou, způsobenou vlhkým vzduchem. Korodovaný materiál se stýká se vzduchem a má tedy k dispozici přebytek kyslíku. Kontrolním faktorem je vodivost vrstvy elektrolytu, který kondenzoval na povrchu. Rychlost atmosférické koroze závisí hlavně na vlhkosti atmosféry a na její čistotě, resp. na obsahu příměsí rychlost koroze zvyšujících, jako jsou např. sirné sloučeniny, které zvyšují elektrickou vodivost elektrolytu a podporují vznik snadno rozpustných anodických produktů. [6] 26

3.2.2 Koroze mezikrystalická Při rychlejší korozi hranic zrn než vlastního zrna vzniká mezikrystalická koroze, doprovázená zhoršením mechanických vlastností kovů a slitin. Korozní napadení může být omezeno pouze na hranice některých zrn nebo probíhá po hranicích všech zrn. Příčinou je precipitát vznikající na hranicích zrn, který tvoří podél těchto hranic pásmo tuhého roztoku, který je ochuzen oproti původnímu tuhému roztoku o chemickou složku podporující korozní odolnost. Precipitát má také značné vnitřní pnutí a ovlivňuje stav napjatosti v nejbližším okolí hranic zrn. K mezikrystalické korozi dochází také v případě, že spojitě vyloučená fáze na hranicích zrn se vyznačuje vyšší korozní odolností než samotná zrna, nebo v případě, že spojitě či nespojitě vyloučená fáze na hranicích zrn má vyšší korozní odolnost než samotná zrna. Další příčinou vzniku mezikrystalické koroze je (pokud hranice zrn homogenních tuhých roztoků neobsahují cizí fáze) rozdílná strukturní mřížka fáze, kdy se liší od mřížky uvnitř zrna vlivem krystalografické orientace stýkajících se zrn. Mezikrystalickou korozí je i koroze pod napětím. Vzniká všude tam, kde jsou vytvořeny technologií výroby podmínky pro vznik povrchových tahových napětí (svařování a nýtování konstrukcí, součástky vyrobené tvářením za studena) za působení korozních činidel. Kov tvářený za studena je z hlediska elektrochemického méně ušlechtilý, než kov žíhaný. [6] 3.2.3 Koroze transkrystalová Korozí může vzniknou síť trhlinek, procházejících zrny. Taková koroze vzniká např. u nerezavějících austenitických ocelí působením chloridů. Aktivním činitelem pro rozvoj transkrystalové koroze je vliv napětí vnitřní pnutí. [6] 27

3.2.4 Koroze bludnými proudy Dostane-li se kov do elektrického pole jiného zdroje stejnosměrného napětí, pak se na rozhraní kov-korozní prostředí vytvoří větší spád napětí a rychlost dílčích anodických a katodických reakcí může být podstatně vyšší. Tato koroze porušuje hlavně vodovodní a plynové potrubí a kabely uložené v blízkosti elektrizovaných stejnosměrným proudem. [6] 3.2.5 Koroze extrakční K extrakční korozi dochází, koroduje-li převážně pouze jedna chemická složka slitiny. V místě napadení dochází ke změně strukturní mřížky homogenních tuhých roztoků. Extrakční koroze je charakterizována koncentračním spádem chemické složky extrahované slitiny v místě koroze a je ovlivňována plastickou deformací a pružnou deformací vnějším napětím, které za spolupůsobení určitého prostředí vyvolává korozní lomy. [6] 3.2.6 Koroze selektivní K selektivní korozi dochází nejčastěji u slitin s dvou a vícefázovou strukturou v určitém prostředí tak, že je korozí napadena jen jedna fáze. Někdy však mohou korodovat jen některá zrna jednofázové struktury, např. jednotlivá plasticky deformovaná zrna, rozhraní nebo pásma zrn odlišné velikosti, pásma tvořená vměstky, segregáty nebo precipitáty, pak je mezikrystalová koroze v podstatě korozí selektivní. Selektivní koroze může vzniknou a probíhat i pod povrchem a to buď vlivem spojitosti fáze pod povrchem nebo difuzí korozního prostředí. Hlavní příčinou selektivní koroze je jak elastická deformace přítomná jako zbytkové pnutí, tak i plastická deformace, při níž se stýká korozní prostředí s nově vytvořeným kovovým povrchem. [6] 28

3.3 Typy korozního napadení Při provozní aplikaci kovů mohou jednotlivé děje ovlivňovat jejich chování samostatně, nebo ve vzájemné kombinaci (až synergicky). Podle rozsahu poškození rozeznáváme tzv. korozi celkovou, která probíhá po celém povrchu vystavením korozním prostředí a korozi místní, lokalizovanou, která probíhá intenzivněji pouze v některých částech exponovaného povrchu kovu. V některých případech dochází i ke korozi strukturní, kdy dochází k rozrušování vnitřní struktury materiálu.[13] Následně popsané typy korozního napadení lze schématicky znázornit na obrázku 9 a 10 (B a C). Na Obr. 9 na následující straně jsou znázorněny: A rovnoměrné napadení B nerovnoměrné napadení C skvrnité napadení D důlkové napadení E bodové napadení G podpovrchové napadení H selektivní napadení 29

Obr. 9 Druhy korozního napadení 30

Obr.10 Druhy korozního napadení, korozních trhlin a lomů J - mezikrystalové napadení K transkrystalové napadení L extrakční napadení M korozní trhliny a lomy 31

3.3.1 Koroze rovnoměrná Působením korozního prostředí na kov vzniká korozní děj, nejdříve na zvláště aktivních místech, jejichž aktivita závisí na korozních podmínkách. Rovnoměrné napadení kovu (koroze celková) nastává při velké vzájemné reaktivitě kovu a prostředí a většinou při vzniku rozpustných korozních produktů, dovolující dokonalý přístup k povrchu materiálu. Rovnoměrné korozní napadení je znázorněno na Obr.9 A. [6] Celkové napadení se tedy projevuje srovnatelnou korozní rychlostí na celém povrchu, který je s korozním prostředím ve styku. Pokud v korozním systému existují, nebo během koroze vzniknou heterogenity (na straně prostředí či materiálu), může koroze probíhat nerovnoměrně.[13] 3.3.2 Koroze nerovnoměrná Koroze lokalizovaná se vyznačuje tím, že korozní rychlost nabývá v určitých místech značně vyšších hodnot, než na okolním povrchu korodujícího materiálu. Zatímco postup celkové koroze je poměrně snadno předvídatelný a během provozu kontrolovatelný nedestruktivními metodami, je předpověď a zjištění lokalizované koroze obtížnější. 3.3.2.1 Koroze skvrnitá V případě menší reaktivity kovu s prostředím je počet aktivních míst povrchu kovu mnohem menší. Koroze začíná v těchto korozních centrech. Při odstranění těchto míst z povrchu kovu a při zpomalení koroze se rozšiřuje napadení do stran. Vznikají mělké skvrny, tzv. skvrnité napadení, přecházející při dlouhodobém působení prostředí v korozi rovnoměrnou. Vlivem rozdílných vlastností kovu, složení prostředí, složení korozních splodin atd. v různých částech povrchu, vzniká skvrnité napadení nerovnoměrné, viz. Obr. 9 B,C. [6] 32

3.3.2.2 Koroze důlková a bodová Lokální zvýšení aktivity korozních splodin nebo kovového povrchu se projeví bodovým nebo důlkovým napadením, které sice postihuje jen malou část povrchu, avšak proniká do velké hloubky kovu. Vznik důlkového a bodového napadení korozí je významně ovlivněn nestejnorodostí povrchu kovu nebo jeho ochranné vrstvy, vlastnostmi korozního prostředí a vlastnostmi korozních produktů nad důlky. Nehomogenní struktura kovu podporuje místní napadení jeho povrchu. Důlkové napadení korozí je patrné z Obr.9 D, bodové napadení z Obr.9 E.[6] Intenzita rozpouštění kovu v důlku dosahuje poměrně značných rychlostí (1 až 5 mm.a -1 ), zatímco neporušený povrch v okolí vzniklého důlku koroduje rychlostí téměř nedetekovatelnou. [13] 3.3.2.3 Nitkové napadení Pod ochrannými povlaky, hlavně organickými, vzniká tzv. nitkové napadení, které sleduje povrch kovu a neproniká do jeho hloubky. Nitkové napadení je způsobeno proniknutím korozního prostředí ke kovu ojedinělým pórem v povlaku. Vznikající korozní produkty odtrhávají povlak od kovu v místech nejmenší soudržnosti (křivolaký směr postupu napadení). Při intenzivnějším pronikání prostředí povlakem vzniká větší množství korozních splodin, tvoří se puchýře na nátěru, které při rostoucím tlaku korozních splodin praskají. [6] 3.3.2.4 Podpovrchové napadení V případě podpovrchového napadení je porušení vnitřku kovu rozsáhlejší než porušení jeho povrchu. Korozní splodiny mohou být spojeny s povrchem kovu, nebo tvořit pouze podpovrchové pásmo. Podpovrchové napadení může mít různý tvar, může dojít k napadení na místě povrchu s menší korozní odolností a rozšiřovat se až pod povrchem za vzniku dutiny, jak je patrné na Obr.9 G 1. Korozní napadení označené na Obr.9 písmenem G 2 je charakterizováno vznikem puchýřků uvnitř kovu. Puchýřky umístěné 33

blízko povrchu kovu mohou prokorodovat a dutina se vyplní korozním prostředím. Puchýře mohou vzniknout difuzí atomárního vodíku do kovu a jeho rekombinací na vodík molekulární. Tlak molekulárního vodíku narušuje soudržnost kovu a tvoří se puchýře. [6] S poškozením vlivem vodíku se setkáváme nejčastěji u ocelí, přičemž projevy jsou různé v závislosti na teplotě a částečně na pevnosti oceli. [13] 3.4 Korozní trhliny a lomy Vznik lomů a trhlin se připisuje současnému působení prostředí a mechanického namáhání, event. spolupůsobením vnitřního pnutí, a to proto, že jejich společným působením vzniká lom mnohem snáze než při samotném mechanickém namáhání materiálu nebo při mechanickém namáhání po působení samotného korozního prostředí za jinak stejných podmínek. Korozní lomy a trhliny vznikají při různých druzích mechanického namáhání (tahem, smykem, krutem, ohybem apod.), ale jejich vznik byl dosud pozorován jen v tahové části působícího napětí. Trhliny a lomy můžeme rozdělit do několka základních tvarů. Trhliny transkrystalové jsou úzké a na povrchu kovu není patrné korozní centrum (Obr.10 M 1 ). Toto napadení je typické pro nerezavějící oceli martenzitické, feritické a austenitické v prostředí s chloridovými ionty při vyšších teplotách. Trhliny mezikrystalové (Obr.10 M 2 ) vznikají korozí za napětí u konstrukčních ocelí, nerezavějících ocelí atd. Transkrystalové a mezikrystalové korozní trhliny vznikají při účinku korozního prostředí spolupůsobením vnitřního pnutí, namáháním vnějšími mechanickými silami nebo vlivem nepříznivě uložené fáze ve slitině. Vznik těchto trhlin je ovlivněn některými postupy zpracování, jako jsou svařování či deformace za studena. Při deformaci za studena (ohyb, lisování, kování) stačí k vyvolání korozních trhlin pouhý vznik skluzů v jednotlivých zrnech struktury beze změny jejich tvaru. Při svařování jsou strukturní změny mnohem větší: rychlost ochlazování a rozdíly roztažnosti svařovaného a přídavného kovu jsou příčinou vzniku vnitřního pnutí a tím vzniku trhlin a lomu, který je častý především u ocelí. Na Obr.10 M 3 a M 4 jsou znázorněny tvary trhlin vycházejících ze zřejmého korozního 34

centra na povrchu kovu a jejich průběh pod tímto centrem může být jak transkrystalový, tak mezikrystalový. Trhliny probíhající podél povrchu kovu jsou soustředěny v pásmu určité šířky (Obr.10 M 5 ). Příčinou může být pouze vnitřní pnutí v pásmu ovlivněném plastickou deformací povrchu. [7] 3.5 Rychlost koroze Rychlost celkové koroze, tj. probíhající na celém povrchu kovu srovnatelnou intenzitou, je nejčastěji vyjadřována v jednotkách úbytku tloušťky materiálu za časovou jednotku, např. v milimetrech za rok (mm.a -1 ) a může podle typu korozního systému nabývat hodnot v rozmezí několika řádů. Např. rychlost rozpouštění železa (nelegované oceli) v kyselině sírové je 50-100 mm.a -1, za atmosférických podmínek může dosahovat rychlost koroze stejného materiálu hodnot od 1 do 50 µm.a -1. Vzhledem k tomu, že korozi nelze např. z konstrukčního hlediska ve většině případů zcela potlačit, je zaveden pojem technicky přijatelné korozní rychlosti, tj. povolené intenzity koroze, při níž je možné danou součást dlouhodobě exponovat v korozním prostředí bez nepřijatelných změn jejich užitných vlastností nebo zhoršení dalších sledovaných parametrů (vzhledu, zhoršení přestupu tepla, atd.). Dalším hlediskem pro omezení maximální přípustné korozní rychlosti je požadavek co nejmenší kontaminace prostředí korozními produkty (např. u tělních kovových náhrad). V neposlední řadě ovlivňuje rychlost korozních reakcí schopnost redukce prostředí nebo některých jeho složek. Během koroze dochází k oxidaci kovu a její průběh je možný pouze tehdy, když stejnou rychlostí probíhá na korodujícím povrchu i reakce redukční: pokud je redukční rychlost reakce něčím bržděna, projeví se to i na rychlosti reakce oxidační (ve spalinách např. omezený přístup kyslíku k povrchu kovu přes vrstvu oxidů okují, pomalý přísun látek k povrchu kovu v roztoku apod.). [13] Rychlost koroze je v případě koroze v elektrolytu ovlivněna hodnotou rozdílu potenciálu mezi jednotlivými elektrodami ponořenými v elektrolytu. Čím větší je hodnota záporného potenciálu (ve srovnání s vodíkovou elektrodou), tím snadněji přechází kov do roztoku a z hlediska odolnosti proti korozi je tím méně ušlechtilý. Kromě hodnoty potenciálu je rychlost koroze ovlivněna i stavem povrchu, způsobem 35

mechanického a tepelného zpracování, koncentrací korozního činidla, jeho teplotou atd. [6] 3.6 Koroze uhlíkových ocelí a litin Při korozi slitin železa s uhlíkem jsou v korozní soustavě tyto fáze: ferit, jehož potenciál je blízký hodnotě potenciálu Fe-Fe 2+ = -0,44 V, grafit s potenciálem 0,37 V a taktéž cementit je vzhledem k feritu katodou. Na průběh koroze uhlíkových ocelí mají vliv doprovodné příměsi následující: Uhlík urychluje korozi ocelí a litin v neoxidujících prostředích, koroze probíhá s vodíkovou depolarizací. V oxidujících prostředích s převahou kyslíkové depolarizace nemá uhlík na korozi železa podstatný vliv, koroze probíhá s tvorbou ochranných oxidických vrstev. Obvyklý obsah křemíku, tj. 0,1 0,3 % v oceli a 1-2 % v litině neovlivňují korozní rychlost slitin železa s uhlíkem. Větší množství než 1 % v oceli a 3 % v litinách až do dosažení stupně n/8 snižuje odolnost těchto slitin. Síra zvyšuje rychlost koroze ocelí a litin, FeS a MnS zvyšují počet aktivních mikročlánků. Síra také přispívá ke vzniku interkrystalické koroze uhlíkových ocelí pod napětím. Vliv fosforu není jednoznačný. Zvýšení jeho obsahu nad obvyklých 0,05 % rychlost koroze uhlíkové oceli zmenšuje, zvláště při atmosférické korozi. Vliv mědi se projevuje příznivě v rozmezí 0,2-1 % Cu při atmosférické korozi uhlíkových ocelí s obsahem SO 2 a CO 2 v atmosféře. Mangan v obvyklých množstvích nemá prokazatelný vliv na korozní rychlost. 3.6.1 Koroze uhlíkových ocelí a litin v různých korozních prostředích Železo patří ke skupině kovů se snadnou pasivací v kyslíkatých prostředích. V oxidujících kyselinách je koroze závislá na ph roztoku, při zvyšování ph se zvyšuje koroze kyslíkovou depolarizací. Při vysokých koncentracích okysličujících kyselin se ale urychluje tvorba stabilních ochranných vrstev na železe (např. HNO 3 už při koncentraci 50 % na železo nepůsobí).v neoxidujících kyselinách nedochází k tvorbě 36

ochranných povlaků, difundující kyslík snižuje vodíkové napětí na katodách a korozní rychlost se zvyšuje. V louzích probíhá koroze železa za vzniku nerozpustných korozních zplodin hydroxidu železnatého a železitého, které mají ochranný charakter při ph vyšším než 9,5. Při koncentracích louhů nad 30 % se však ochranné vlastnosti vrstev zhoršují vlivem jejich rozpouštění za vzniku železnatanů příslušných hydroxidů. Závislost rychlosti koroze v neutrálních roztocích solí úzce souvisí s obsahem kyslíku, povahou kationtů a aniontů v prostředí, přítomností pasivujících látek a s vlastnostmi ochranných vrstev. Např. malé koncentrace kyslíku v prostředí se projevují depolarizačním účinkem, vysoké koncentrace pasivují povrch železa. Koroze uhlíkových ocelí a litin ve vodě probíhá podle reakce Fe + 2H 2 O = Fe(OH) 2 + 2H Neobsahuje-li voda rozpuštěný kyslík, uvolní se vodík, který na katodě vytvoří izolační vrstvu a vlivem přepětí neuniká. Vodíková vrstva přeruší styk kovu s elektrolytem, korozní pochod se zastaví, vzniká katodová polarizace. Je-li ve vodě rozpuštěn kyslík, slučují se vyloučené ionty vodíku s kyslíkem podle rovnice: Fe + 2H 2 O + O = Fe(OH) 2 + 2H 2 O Výměna elektronů mezi atomy Fe a ionty vodíku probíhá nepřetržitě, dokud se nespotřebuje buď všechen kyslík, nebo všechno železo. Jde tedy o korozi s kyslíkovou depolarizací. Dvojmocné ionty železa se oxidují kyslíkem na trojmocné a vylučují se v podobě hydroxidu železitého, což je v podstatě rez: Fe 2+ + OH + O = FeOOH Rez je tedy korozní zplodina, převážné různě hydratované oxidy železa. Ty však neulpívají na povrchu materiálu pevně, vrstva je pórovitá a tím umožňuje přístup elektrolytu ke kovu. Zároveň má i vyšší galvanický potenciál než železo samo a vzniká 37

galavanický článek, v němž je železo anodou. Rychlost koroze kromě kyslíku mohou výrazně ovlivňovat další složky ve vodě rozpuštěné (např. soli). Koroze ocelí a litiny v atmosférických podmínkách je podmíněna nestejnorodostí materiálu (např. různé strukturní součásti), přítomností atmosférické vlhkosti a samozřejmě přítomností kyslíku. Vzhledem k tomu, že u železa nejsou dány možnosti vzniku ochranné vrstvy málo rozpustných solí s ochranným charakterem, jako je tomu např. u barevných kovů, lze průběh atmosférické koroze za přítomnosti oxidu siřičitého (jako jejího nejvýznamnějšího stimulátoru) znázornit rovnicí: Fe + SO 2 + H 2 O + O = FeOOH + H 2 SO 4 Kyselina sírová se korozním pochodem neustále obnovuje, takže kinetika procesu není závislá pouze na množství přítomného atmosférického oxidu siřičitého, ale také na množství přítomné kyseliny sírové, nahromaděné vlastním korozním pochodem.[7] 3.7 Parametry určující korozní odolnost Základním parametrem korozní odolnosti je stav povrchu materiálu, k jehož negativní změně může dojít nevhodným ovlivněním fyzikálního a chemického stavu povrchu. Fyzikální stav povrchu je charakterizován především jeho mikrogeometrií, tj. přítomností necelistvostí povrchu, drsnost, vrypy, stopy po broušení, trhliny atp., eventuelně přítomností částic stínících povrch rovnoměrnému přístupu korozního prostředí (štěrbin). Ke snížení korozní odolnosti materiálů může dojít během výroby hutního polotovaru, skladování, manipulace a úpravy polotovaru, stejně tak jako během dílenského zpracování, či během konečné úpravy povrchu..[3] Korozní odolnost většiny kovů je převážně závislá na vzniku vrstvy oxidů či jiných korozních produktů, mající význam ochranné vrstvy. [7] 38

4. CÍL PRÁCE Cílem předložené diplomové práce Vliv tvorby povrchových vrstev na korozní odolnost ocelí je určení dopadu kvality obráběcího procesu na konečné vlastnosti součásti, tj. určení souboru vzorků s rozdílnými hodnotami zbytkového pnutí v povrchových vrstvách vzniklých následkem obrobení ostrým a tupým břitem v závislosti na posouzení korozní odolnosti (rychlosti koroze) daného souboru vzorků. Nevhodná technologie obrábění může negativním směrem ovlivnit korozní odolnost obrobeného materiálu. Jak je patrno z kapitoly 1, je obráběním ovlivněna povrchová vrstva do té míry, že si nezachovává své původní vlastnosti. Nežádoucí tahová zbytková pnutí (vedoucí až k vzniku trhlin) zjednodušují expozici materiálu koroznímu prostředí a umožňují korozní napadení. Za předpokladu, že součást A je opracována reálným soustružením ostrým břitem nástroje a bude vykazovat menší zbytková pnutí v povrchové vrstvě než součást B, ta bude opracovaná otupeným břitem nástroje a její rychlost koroze bude větší. V závislosti na změnách hodnoty povrchového napětí mezi součástmi A a B bude stanovena i výsledná korozní rychlost vztažená na jednotku obráběné (soustružené) plochy. 39

5. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE 5.1 Materiál a zkušební vzorky 5.1.1 Materiál Materiálem pro měření a zkoušení byla vybrána ocel ČSN 11500, odpovídající evropskému označení E 295. Jedná se o středněuhlíkovou nelegovanou ocel, převážně používanou pro stavbu konstrukcí a výrobu strojních součástí, které mohou být namáhány staticky a dynamicky a u nichž není vyžadována svařitelnost, jako jsou např. hřídele, ozubené kola, čepy, kolíky, příruby apod. Tato ocel je v průběhu tepelného opracování normalizačně žíhána při teplotách 850-880 o C, žíhána na měkko (680-720 o C), kalena při 850-870 o C (voda, olej) a popouštěna při teplotách 530-670 o C (vzduch), i když procento uhlíku je nižší než 0,3. Norma ČSN EN 10020 omezuje obsah fosforu a síry na maximálně 0,045 %. Obsah ostatních prvků je dle ČSN následující a stejný pro všechny typy uhlíkových ocelí (%): 0,9 Mn, 0,5 Si, 0,3 Cr, 0,5 Ni, 0,3 Cu, 0,2 W, 0,2 Co, 0,1 Mo, 0,1 V, 0,1 Ti, 0,1 Al, 0,1 Nb, 0,1 Zr a 0,1 Pb. Obsah uhlíku je nižší než 0,3 %. Reálný obsah prvků ukazuje osvědčení o jakosti na následující straně. Základní struktura oceli ČSN 11500 je tvořena perlitem a ferritem.[10,4] 5.1.2 Zkušební vzorky Reálné vzorky byly obrobeny na soustruhu a to dvěma způsoby. První způsob spočíval v obrábění tupým soustružnickým nožem bez jakéhokoli chlazení, bez používání řezných kapalin či jiného zasahování do procesu obrábění. Druhý způsob byl prováděn na totožném soustruhu a za totožných podmínek (posuv, stejné uchycení nože, úhly, bez ovlivňování samotného procesu atd.), pouze byl použit ostrý břit. Deset vzorků bylo opracováno tupým nožem a byly číselně označeny (1-10), totožně se vzorky opracovanými ostrým nožem. 40

41

5.2 Zkušební metody Pro měření a zjištění potenciálního vztahu mezi zbytkovým napětím ve zkoušeném materiálu a jeho následnou korozní odolností byla použita metoda měření zbytkového pnutí v souladu s metodou sin 2 ψ a metoda urychlené korozní zkoušky v kondenzační komoře. Byly zjišťovány reálné rozdíly ve zbytkových pnutích a náchylností ke korozi (rozdíly korozních rychlostí) u vzorků obrobených tupým a ostrým nožem. 5.2.1 Měření zbytkového napětí 5.2.1.1 Úvod do metodiky měření Rentgenová difrakční metoda určení makroskopických zbytkových napětí v polykrystalických materiálech prošla více etapami vývoje s kvalitativně stejnými charakteristickými rysy. Jednotlivé periody vývoje obvykle začínaly technickým pokrokem v oblasti detekce difrakčního záření. Tento faktor byl pro vývoj metody rozhodujícím, poněvadž způsobil zvýšení přesnosti měření parametrů mřížky. Protože teorie, které jsou zásadní pro tenzometrickou interpretaci deformací a vzdáleností meziatomárních rovin, vychází z dosažené úrovně experimentálních údajů, odrážely se všechny změny v možnostech vyměřovací techniky ve zdokonalování používaných metod. Mezi různými metodami pro určení makroskopických zbytkových napětí má rentgenová tenzometrie první místo v NDT pro určení charakteru změny deformací, podle kterých se počítá napětí. Obdržené výsledky se vztahují jen k povrchové vrstvě, tloušťka je určená hloubkou průniku rentgenových paprsků do materiálu. 42

5.2.1.2 Metoda sin 2 Ψ Stav napětí, určený pomocí metod rentgenového záření se považuje za dvouosý, přičemž deformace zůstává trojosou. Tento vztah lze po úpravách vyčíst z rovnic spojující hlavní deformaci ε i s hlavním napětím σ i (i = 1, 2, 3): ε 1 = 1/E [σ 1 ν(σ 2 + σ 3 )], ε 2 = 1/E [σ 2 ν(σ 3 + σ 1 )], ε 3 = 1/E [σ 3 ν(σ 1 + σ 2 )] (1) kde E je Youngův modul pružnosti a ν Poissonova konstanta. V souladu s metodou deformace ε γψ pro sin 2 ψ platí: ε γψ = (ε 1 cos 2 φ + ε 2 sin 2 φ) sin 2 ψ + ε 3 cos 2 φ (2) Obr.11 Schéma směrů deformací Jak je uvedeno na Obr.8, při uplatňování metody sin 2 ψ se předpokládá, že napětí σ 1 a σ 2 působí ve směru rovnoběžném s povrchem a napětí σ 3 působí kolmo na něj. Za 43

předpokladu, že je hloubka použitého záření nekonečně malá, můžeme σ 3 zanedbat. Po dosazení ε i do rovnice (2) a pokud σ 3 = 0, pak pro sin 2 ψ platí: ε γψ = ε ψ = [(1 + ν)/e] σ φ sin 2 ψ (ν/e)(σ 1 + σ 2 ) (3) Deformace ε 3 kolmá k povrchu vzorku nemá žádný vliv na σ φ. Proto tato metoda není závislá na přesné znalosti struktury mřížky materiálu ve stavu bez přítomnosti napětí. V praxi prováděná měření vnějších napětí v polykrystalických materiálech ukazují, že hodnoty deformací ε γψ se neukládají přesně na přímku ε γψ (sin 2 ψ), ale statisticky se umísťují kolem této pomyslné přímky. Odchylky od lineární závislosti jsou vyvolány různými faktory, které nemají žádný vztah k napětí, zároveň ale vyvolávají nejistotu při aproximaci přímky a zvyšují nejistotu měření. Pokud se velikost napětí v povrchových vrstvách rychle mění směrem od povrchu do hloubky materiálu, nemůžeme již v ozářené vrstvě považovat za platný předpoklad σ 3 = 0. Profil difrakčních linií pak již nepředstavuje pouze odraz informace o ozářeném povrchu, ale představuje superpozici informací v různých tloušťkách ozářené vrstvy. (Obr. 12) Obr. 12: Superpozice rentgenových paprsků na různých hloubkách materiálu 44

V takovémto případě je nutné vzít v úvahu přítomnost σ 3 jako součásti trojosého stavu napětí: θε γψ / θ sin 2 ψ = [(1 + ν)/e](σ φ - σ 3 ) (4) Znamená to tedy, že pomocí metody sin 2 ψ neměříme pouze povrchovou složku, ale vždy pouze rozdíl σ φ - σ 3. Při klasifikaci většího množství experimentálních údajů bylo zjištěno, že nelineární závislosti ε γψ (sin 2 ψ) lze rozdělit podle společných znaků průběhů křivky na tři skupiny: s parabolickým průběhem, s eliptickým průběhem a zakřiveně-eliptickým průběhem. Tyto difrakční linie podávají informace o zbytkovém napětí ve vrstvě, kam proniklo difrakční záření.[9] 5.2.1.3 Hloubka průniku záření Při předpokladu, že hodnota intenzity I 0 prvotního svazku se sníží po odražení v důsledku různých fyzikálních procesů, lze změny intenzity popsat zákonem absorpce: I T = I 0 e -µl, kde l je cesta, kterou prochází paprsek a µ je lineární koeficient pohlcení. I T znázorňuje přínos do intenzity krystalů mřížky ležících v hloubce T pod povrchem. Obr. 13. Odrážení rentgenového záření od atomových rovin. 45

Na Obr. 13 je zřetelné, že míra hloubky proniknutí T závisí na tom, jakou intenzitu I T je ještě možné zaregistrovat použitým detektorem, a závisí také na času expozice nebo na citlivosti detektoru. Při trvalé expozici bude evidován přínos elementárních profilů ležících hlouběji pod povrchem. To ovlivní polohu statického středu celkového profilu difrakční linie. Hodnotu T (do ψ = 57 ) je možné definovat jako lineární funkci sin 2 ψ: T = T 0 T.sin 2 ψ kde T a T 0 jsou konstanty dané délkou vlny, materiálem, metodou a volenou hodnotou poměru I 0 / I T. Tento poměr znázorňuje faktor rentgenového záření, odráženého systémem rovin (hkl), ležících v hloubce T. Profil difrakčních linií na Obr.12 je sumou elementárních profilů. Maximum profilu 1 odpovídá odražení od krystalů mřížky na povrchu. V případě malého gradientu deformace a nepatrné hloubce proniknutí záření se poloha povrchového elementárního profilu prakticky shoduje s maximem celého profilu. 5.2.1.4 Určení napětí v případě nelineární experimentální závislosti ε γψ (sin 2 ψ) Výpočet podle metody sin 2 ψ vyjadřuje průměrnou hodnotu napětí ve vrstvě s tloušťkou T (T je efektivní hloubka proniknutí záření do materiálu). Pokud se v této vrstvě předpokládá existence rovinné tenze a nepřítomnost gradientu deformace, pak je možné naměřenou závislost ε γψ ( sin 2 ψ) aproximovat přímkou. Rozptýlení experimentálních bodů se vysvětluje odchylkou měření a vlivem náhodných příčin posuvu linií, nemajících žádný vztah k napětí. Pokud je příčinou nelineárností gradient deformace, dochází k odchylce roviny hlavního napětí od roviny povrchu systému a napětí pak nejsou totožná. Superpozice těchto jevů závisí na průměrné deformaci ε γψ ( sin 2 ψ) a má některou z podob uvedených na obr. 14. 46

Obr.14. Různé typy rozložení napětí v povrchové vrstvě a jim odpovídající závislosti ε γψ (sin 2 ψ) a lineární střídavé napětí, působící rovnoběžně s povrchem. b stálé napětí, působící odchýleným směrem se od povrchu ψ c lineárně proměnné napětí, působící směrem odchylujícím se od povrchu ψ 5.2.1.4 Určení rozložení napětí v povrchových vrstvách s kolmým gradientem napětí Určení diagramu napětí pod povrchem zkoušeného materiálu je prováděno pomocí postupného skládání vrstev, jejichž tloušťka je považována za srovnatelnou s hloubkou proniknutí záření do materiálu a následného měření napětí. Tato metoda dovoluje určit diagram napětí na libovolné vzdálenosti od povrchu měřeného materiálu. Nedestruktivní měření rozložení napětí v povrchových vrstvách, založené na analýze konečnosti hloubky průniku paprsků, je však omezené pronikajícím 47

zářením. Experimentální kontrola, provedená na difrakčních měřeních ukázala, že obě metody jsou dostatečně citlivé pro určení zbytkových napětí, vznikajících v povrchových vrstvách různých materiálů v důsledku mechanického nebo chemického zpracování. 5.2.2 Urychlená korozní zkouška Korozní zkoušky nám dávají představu o chování materiálů a povrchových vrstev v daných prostředích. Nejvhodnější metodou pro zjištění úbytku materiálu vlivem koroze je v případě této práce korozní zkouška v kondenzační komoře. Jedná se o laboratorní urychlenou zkoušku, kdy je vzorek vystaven vlivu kondenzující vodní páry, tj. kombinovanému vlivu tepla a vlhkosti ve zkušební komoře. Zkušební komora je hermeticky uzavřená, vyrobená z nekorodujícího materiálu (plexisklo, sklo), je opatřena vytápěním s regulací teploty a zkušební prostor je vyhříván pouze vodou na dně komory, která zaujímá 7-10 % prostor celkového objemu komory. Zkoušený materiál je v komoře zavěšen na úchytech, aby nedocházelo ke skapávání kondenzované vody na vzorky. Nezbytnými součástmi zkušební komory je také teploměr a vlhkoměr. Komora by měla být umístěna tak, aby nedocházelo ke zbytečným výkyvům teplot v jejím blízkém okolí např. vlivem slunečních paprsků či průvanu a podobně. Vlhkost pak může v takovéto komoře dosahovat až 100 %. Při této urychlené zkoušce je třeba pečlivě zvolit a dbát na délku měřených časů, po kterých jsou jednotlivé vzorky ponechány ve zkušební komoře a postupně v předem dohodnutých intervalech odebírány. Norma ČSN EN ISO 10289 doporučuje odebírat a měřit vzorky po 1, 2, 4, 7, 10, 20, 30 a 40 dnech. Po vyjmutí z komory jsou ze vzorků odstraněny korozní zplodiny vhodným činidlem. Poté jsou vzorky zváženy na analytických vahách a z rozdílu hmotností před a po expozici v kondenzační komoře je zjištěn hmotnostní úbytek. Z takto získaných hodnot úbytku materiálu lze při znalosti plochy povrchu vzorku vypočítat velikost koroze K [g.m -2 ] : 48

(m 1 m 2 ). 10000 K = - K S kde m 1 - hmotnost vzorku před korozní zkouškou m 2 - hmotnost vzorku po odstranění korozních zplodin v g K - úbytek materiálu při slepém pokusu v g. m -2 S - plocha povrchu vzorku v cm 2 K hodnotám potřebným pro výpočet hmotnostního úbytku je možné dospět také využitím dalších urychlených korozních zkoušek, jakými jsou dle ČSN EN ISO 10289 korozní zkouška solnou mlhou (vzorky jsou vystaveny působení atmosféry s obsahem chloridů) nebo korozní zkouška SO 2 (vzorky jsou vystaveny působení atmosféry s obsahem oxidu siřičitého).[5, 7] Obr. 15 Kondenzační komora 49

5.3 Vlastní měření 5.3.1 Měření pnutí v povrchových vrstvách Reziduální napětí v obvodových plochách zkušebních vzorků bylo měřeno na přístroji Philips X pert Pro na Ústavu materiálového inženýrství VUT FS v Brně. Philips X pert Pro (Obr.16) je moderní práškový difraktometr, využívající Cr radiace. Jeho součástí je kromě grafitového monochromátoru a xenonového detektoru i opticky kódovaný vertikální θ-θ goniometr (190 mm radius). 50

Obr. 16 Difraktometr Philips X Pert Pro 51

Naměřené hodnoty byly zpracovány pomocí speciálního softwaru (X pert Data Organizer Software Suite) a porovnány s referenční databází JCPDS, která je součástí softwarového vybavení. Ve všech vzorcích tak byla provedena harmonická analýza rozšíření difrakčního profilu (makro a makropnutí), a byl proveden tzv. výpočet sigma ψ metodou sin 2 Ψ. Konečné výsledky měření povrchového pnutí u deseti vzorků opracovaných tupým nožem a deseti vzorků opracovaných ostrým nožem byly pro zpracování této práce poskytnuty pracovníky ústavu a jsou zaznamenány v tabulce č. 1 a 2. Konkrétní měření u vzorků č. 1 a 2 zpracovaných ostrým i tupým nožem jsou uvedeny na následujících stranách (53-56). Tab. 1 Hodnoty zbytkového pnutí v součástech obrobených tupým nožem TUPÝ NÁSTROJ Vzorek a č. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Povrch. nap.бφ [MPa] 238 242 236 239 241 242 238 239 244 204 Tab. 2 Hodnoty zbytkového pnutí v součástech obrobených ostrým nožem OSTRÝ NÁSTROJ Vzorek b č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Povrch. nap.бφ [MPa] 197 118 120 118 126 122 124 118 120 128 52

Obr. 17. maximální hodnota tahového napětí (vzorek č. 2a). 53

Obr. 18. minimální hodnota tahového napětí (vzorek č. 1a). 54

Obr. 19. maximální hodnota tahového napětí (vzorek č. 1b). 55

Obr. 20. typická hodnota tahového napětí (vzorek č. 2b). 56

5.3.2 Urychlená korozní zkouška Deset vzorků obrobených tupým nožem a deset vzorků obrobených ostrým nožem byly přesně zváženy a vystaveny působení vlhkosti (100 %) a tepla (40 o C) v kondenzační komoře. Po jednom, čtyřech, sedmi, deseti a dvaceti dnech byla z komory vyjmuta vždy dvojice vzorků, z jejichž povrchu byly odstraněny korozní zplodiny ponořením do lázně složené z 500 ml kyseliny chlorovodíkové, 3,5 g hexamethylentetraminu a 500 ml destilované vody, po dobu 20 dnů. Rozdílem hmotností daného vzorku před expozicí v kondenzační komoře (Obr. 21) a po ní byl získán úbytek materiálu vlivem koroze. Obr. 21 Kondenzační komora s uloženými vzorky 57

Obr. 22 Fotografie zkoušených vzorků před a po expozici v kondenzační komoře A vzorek před korozní zkouškou, B, C, D vzorky po korozní zkoušce Jednotlivá měření hmotnostního úbytku u vzorků obrobených tupým nástrojem jsou znázorněny v Tab.3, hmotnostní úbytky vzorků obrobených ostrým břitem jsou uvedeny v Tab. 4.. Tab.3 Hmotnostní úbytky vzorků obrobených tupým nožem TUPÝ NÁSTROJ Vzorek a č. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 den měření 1.den 1.den 4.den 4.den 7.den 7.den 10.den 10.den 20.den 20.den korozní úbytek 0.047 0.061 0.126 0.138 0.201 0.196 0.258 0.249 0.397 0.428 Povrch. Nap. бφ [MPa] 238 242 236 239 241 242 238 239 244 204 58