CYKLICKÉ ZATĚŽOVÁNÍ ZINKOVANÝCH SOUČÁSTÍ

Podobné dokumenty
VLIV KOROZE NA ÚNAVOVOU PEVNOST SVAROVÉHO SPOJE

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

VaVČ v závěru I. dekády III. tisíciletí

P. Verner, V. Chrást

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

ZKOUŠENÍ KOROZNÍ ODOLNOSTI PLAZMOVĚ NANÁŠENÝCH NITRIDICKÝCH VRSTEV NA OCELÍCH CORROSION RESISTANCE TESTING OF PLASMA NITRIDATION LAYERS ON STEELS

POVLAKY PRO KRÁTKODOBOU PROTIKOROZNÍ OCHRANU VÝROBKŮ HUTNÍ PRODUKCE

Fakulta strojního inženýrství. Vědecká a výzkumná činnost Obsah:

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Poškození strojních součástí

Úpravy povrchu. Pozinkovaný materiál. Zinkový povlak - záruka elektrochemického ochranného působení 1 / 16

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Kroková hodnocení kombinovaného namáhání systémů s tenkými vrstvami. Roman Reindl, Ivo Štěpánek, Radek Poskočil, Jiří Hána

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

ANTICORROSIVE RESISTANCE OF WATER DILUTES SINGLE-LAYER ANTICORROSIVE ENAMELS KOROZNÍ ODOLNOST JEDNOVRSTVÝCH VODOUŘEDITENÝCH NÁTĚROVÝCH HMOT

Hodnocení korozí odolnosti systémů tenká vrstva substrát v prostředí kompresorů

MINERALOGICKÉ A GEOCHEMICKÉ ZHODNOCENÍ KOROZIVNÍCH PRODUKTŮ POZINKOVANÝCH ŽELEZNÝCH TRUBEK

HODNOCENÍ POVRCHOVÝCH ZMEN MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ PO ELEKTROCHEMICKÝCH ZKOUŠKÁCH. Klára Jacková, Ivo Štepánek

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

VLIV REAKTOROVÉHO PROSTŘEDl' NA ZKŘEHNUTI' Cr-Mo-V OCELI

IOK L. Rozlívka 1, M. Vlk 2, L. Kunz 3, P. Zavadilová 3. Materiál. Institut ocelových konstrukcí, s.r.o

M. Černý, J. Filípek

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

VÚHŽ a.s. Laboratoře a zkušebny č.p. 240, Dobrá

THE EVALUATION OF SHAPEABLE ATTRIBUTES OF ZINC COATINGS HODNOCENÍ TVÁRNÝCH VLASTNOSTÍ ZINKOVÝCH POVLAKŮ

COUNTERACTED CORROSION PROTECTION OF GALVANIC SEGREGATED ZINC COATINGS OCHRANA PROTI KOROZI GALVANICKY VYLOUČENÝMI ZINKOVÝMI POVLAKY

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

HODNOCENÍ MIKROSTRUKTURY A VLASTNOSTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY AZ91HP EVALUATION OF MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SAND CAST AZ91HP MAGNESIUM ALLOY

THE IMPACT OF PROCESSING STEEL GRADE ON CORROSIVE DEGRADATION VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ OCELI NA KOROZNÍ DEGRADACI

Flat Carbon Europe. Magnelis Nový kovový povlak, který nabízí ochranu i před těmi nejnepříznivějšími vlivy

J. Kubíček FSI Brno 2018

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

Identifikace zkušebního postupu/metody

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

HODNOCENÍ HLOUBKOVÝCH PROFILŮ MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ POMOCÍ NANOINDENTACE

Wöhlerova křivka (uhlíkové oceli výrazná mez únavy)

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ strojní součásti. Přednáška 2

ZMENY POVRCHOVÝCH MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SYSTÉMU S TENKÝMI VRSTVAMI PO KOMBINOVANÉM NAMÁHÁNÍ. Roman Reindl, Ivo Štepánek

Srovnání cyklických vlastností Al a Mg slitin z hlediska vybraných NDT postupů

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

POVRCHY A JEJICH DEGRADACE

Zkouška rázem v ohybu. Autor cvičení: prof. RNDr. B. Vlach, CSc; Ing. Petr Langer. Jméno: St. skupina: Datum cvičení:

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

VLIV STŘÍDAVÉHO MAGNETICKÉHO POLE NA PLASTICKOU DEFORMACI OCELI ZA STUDENA.

Pevnost a životnost Jur III

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

POSSIBILITIES OF USAGE SINGLE COATING COMPOSITION IN AGRICULTURE MOŽNOSTI VYUŽITÍ JEDNOVRSTVÝCH NÁTĚROVÝCH HMOT V ZEMĚDĚLSTVÍ

AvantGuard Nová dimenze antikorozní ochrany

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

VLIV MECHANICKÉHO PORUŠENÍ NA CHOVÁNÍ POVRCHU S TIN VRSTVOU PŘI TEPELNÉM A KOROZNÍM NAMÁHÁNÍ. Roman Reindl, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý, Klára Jačková

TEORIE TVÁŘENÍ. Lisování

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

SVÚM a.s. Zkušební laboratoř vlastností materiálů Tovární 2053, Čelákovice

Požadavky na technické materiály

CYKLICKÁ VRYPOVÁ ZKOUŠKA PRO HODNOCENÍ VÝVOJE PORUŠENÍ A V APROXIMACI ZKOUŠKY OPOTŘEBENÍ. Markéta Podlahová, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

ČESKÁ NORMA MDT :669 Březen 1994 ČSN ISO KOROZNÍ ZKOUŠKY V UMĚLÝCH ATMOSFÉRÁCH Zkoušky solnou mlhou

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

2. Mezní stavy. MS porušení

KOROZE A TECHNOLOGIE POVRCHOVÝCH ÚPRAV

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

ZÁKLADNÍ STUDIUM VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

K. Novotný, J. Filípek

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Doc. Ing. Jiří Kunz, CSc., Prof. Ing. Ivan Nedbal, CSc., Ing. Jan Siegl, CSc. Katedra materiálů FJFI ČVUT v Praze, Trojanova 13, Praha 2

VLIV MIKROSTRUKTURY NA ODOLNOST DUPLEXNÍ OCELI 22/05 VŮČI SSC. Petr Jonšta a Jaroslav Sojka a Petra Váňová a Marie Sozańska b

EVALUATION OF FAILURES AND MODIFICATION OF SYSTEMS THIN FILM BASIC MATERIAL TO THE DEPTH OF MATERIAL SYSTEMS

STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ V OKOLÍ MAKROVTISKŮ NA SYSTÉMECH S TENKÝMI VRSTVAMI

J.Kubíček 2018 FSI Brno

VÝZKUM MOŽNOSTÍ ZVÝŠENÍ ŽIVOTNOSTI LOŽISEK CESTOU POVRCHOVÝCH ÚPRAV

KORELACE ZMĚN POVRCHOVÝCH VLASTNOSTÍ ELEKTROCHEMICKÝM ZATÍŽENÍM A KOROZNÍM PŮSOBENÍM V REÁLNÉM ČASE.

5. Únava materiálu S-n přístup (Stress-life) Pavel Hutař, Luboš Náhlík

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Provozní korozní zkoušky ohybù austenitických ocelí pro nadkritické uhelné kotle

Pevnost a životnost Jur III

b Ing., SVÚOM s.r.o., U měšťanského pivovaru 934, Praha, ČR

Radek Knoflíček 45. KLÍČOVÁ SLOVA: Hydraulický lis, hydropneumatický akumulátor, mezní stav konstrukce, porucha stroje.

Možnosti zvýšení trvanlivosti a sanace železobetonových konstrukcí. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

SYNPO, akciová společnost Oddělení hodnocení a zkoušení S. K. Neumanna 1316, Pardubice Zelené Předměstí

VLIV TENKÉ VRSTVY TIN NA CHOVÁNÍ POVRCHU PŘI KONTAKTNÍ ÚNAVĚ. Dana Lisová, Roman Reindl, Ivo Štěpánek

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

KOROZE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

Vulmkoriz-Pur OIL. Vulmkoriz-Pur OIL je jednosložková, vzduchem vytvrzovaná polyuretanová antikorozní nátěrová hmota

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

Poruchy krystalové struktury

Koroze pivních korunek I - struktura II - technologie

DEGRADACE MATERIÁLOVÝCH VLASTNOSTÍ OCELI A PŘÍČINY VZNIKU TRHLIN VYSOKOTLAKÝCH PAROVODŮ

CHANGING IN ACOUSTIC EMISSION SIGNAL DURING SCRATCH INDENTATION ON DIFFERENT MATERIALS AND CORRELATION WITH MORPHOLOGY OF FAILURES

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA SPALOVEN S VYŠŠÍMI PARAMETRY PÁRY

1.1.1 Hodnocení plechů s povlaky [13, 23]

Hodnocení změn povrchových vlastností systémů s tenkými vrstvami po elektrochemickém měření

, Hradec nad Moravicí POLYKOMPONENTNÍ SLITINY HOŘČÍKU MODIFIKOVANÉ SODÍKEM

STUDIUM ZMĚN MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ PO TEPLOTNÍM STÁRNUTÍ S HLOUBKOVOU ROZLIŠITELNOSTÍ POMOCÍ NANOINDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

Transkript:

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY UNIVERZITY V BRNĚ Ročník LVIII 3 Číslo 1, 2010 CYKLICKÉ ZATĚŽOVÁNÍ ZINKOVANÝCH SOUČÁSTÍ M. Černý, J. Filípek, P. Mazal Došlo: 20. září 2009 Abstract ČERNÝ, M., FILÍPEK, J., MAZAL, P.: Dynamic loading of galvanized parts. Acta univ. agric. et silvic. Mendel. Brun., 2010, LVIII, No. 1, pp. 33 42 This work is divided into two parts: the theoretical part includes actual knowledge and points of view about degradation processes in construction materials, anticorrosion protection, zinc coat composition and high frequency fatigue. The laboratory part follow-up existing regulations contents Czech standards and formulate specifications for acquisition of objective information from acceleration labo ra to ry tests in condensation chests, mechanical high frequency fatigue tests on pulsator machine and possibilities of evaluation of fatigue tests. Laboratory findings declare to fundamental types of damage of constructions with anticorrosion protection in real loading conditions with dynamic high frequency character. Laboratory tests were made in sulphide and chloride environments. zinc coat, fatigue, corrosion Samovolně probíhající nevratný a nežádoucí proces postupného rozrušování a znehodnocování materiálů následkem chemické, elektrochemické, případně biologické reakce s okolním prostředím je nazýván korozí (Porter, 1991). Znehodnocení je nevratné a není výsadní degradací jen kovových materiálů, ale i plastů a dalších biologických látek. Slitiny železa na vlhkém vzduchu nebo ve vodě ztrácejí svůj lesk a pokrývají se žlutohnědým hydroxidem železitým. Žárové pokovení ponorem ocelových výrobků do roztaveného zinku je jedním z nejstarších a nejrozšířenějších způsobů vytváření kovových povlaků. Touto metodou lze vytvořit ochranné vrstvy proti korozi o dostatečně velkých tloušťkách a s malou pórovitostí povlaku. Se snižováním hmotnosti strojů a ocelových konstrukcí souvisí vzrůst napětí a deformací, ke kterému v částech těchto zařízení dochází. Tak např. proces únavy způsobuje vznik trhlin, porušení a celkové snížení životnosti namáhané části nebo konstrukce (Veles, 1985). DEGRADAČNÍ PROCESY V KONSTRUKČNÍCH MATERIÁLECH Jednotlivé součástky i celé výrobní komplexy, jako např. linky v rámci petrochemie či jaderné elektrárny, jsou zpravidla podrobovány účinku napěťové, tepelné a chemické degradace, což vede ke změnám ve struktuře použitých materiálů a následně i k nežádoucím změnám jejich vlastností. Z toho pramení ohrožení bezpečnosti a spolehlivosti nejen jednotlivých součástí, ale i celého strojního zařízení. Následek může představovat i totální selhání funkce a ekonomické i společenské kolapsy. Mezi nejčastěji se uplatňující degradační změny patří zkřehnutí materiálu, únavové poškození, nadměrné opotřebení, koroze apod. Zpravidla dochází k synergickému působení degradačních mechanismů. Degradační procesy způsobené korozí Mimo mechanického namáhání je konstrukční materiál vystaven i působení agresivního prostředí, jehož účinek se projeví korozí. Se samovolností procesu koroze souvisí i pokles volné entalpie soustavy v důsledku probíhajících korozních reakcí. Podle charakteru, resp. mechanismu korozních dějů zpravidla rozlišujeme korozi chemickou a korozi elektrochemickou. V případě korozní únavy je vliv obou typů koroze degradujícím faktorem (Ptáček et al., 2002). Zinkové ochranné povlaky Zinek má měrnou hmotnost 7,13 kg.dm 3, bod tání 419,5 C a bod varu 906 C. Je odolný proti povětr- 33

34 M. Černý, J. Filípek, P. Mazal nostním vlivům, přičemž na suchém vzduchu je poměrně stálý a na vlhkém vzduchu vytváří povlak zásaditého uhličitanu, který chrání zinek před další korozí. Kyselinám i zásadám odolává málo. Zinek zaujímá mezi kovovými povlaky dominantní postavení pro svou relativně nízkou cenu a dobré korozní vlastnosti. Poskytuje ocelovému podkladu protikorozní ochranu v běžných atmosférických podmínkách svým bariérovým efektem i elektrochemickým účinkem. Při korozi vznikající oxidy a soli vytvářejí na povrchu pasivační vrstvu utěsňující póry povlaku a zabraňující korozi základního materiálu. Díky svému anodickému charakteru poskytuje zinek při atmosférické korozi relativně dobrou ochranu střižným hranám ocelového plechu a při drobných mechanických poškozeních povrchu. Životnost zinkového povlaku je úměrná jeho tloušťce bez ohledu na způsob jeho přípravy a agresivitě atmosféry. Ponorem oceli do roztaveného zinku při typických zinkovacích teplotách (450 490 C) proběhne vzájemná reakce železa a zinku za vzniku tuhých roztoků a intermetalických fází: Fáze α tuhý roztok zinku v železe Fáze γ Fe 5 Zn 21 Fáze δ 1 FeZn 10 Fáze ζ FeZn 13 Fáze η v podstatě povlak čistého zinku. S rostoucí teplotou a dobou ponoru narůstá i tloušťka povlaku. Tento nárůst se postupně zpomaluje. Výjimku tvoří pouze oceli s obsahem Si 0,06 0,12 %, kde k tomuto zpomalení růstu nedochází. S rostoucí dobou ponoru dochází ke zvýraznění maxima vlivu obsahu křemíku na tloušťku povlaku (Jordan, Marder, 1997, Zmrzlý et al.; 2004). Únava materiálu Únava materiálu je postupná kumulace poškození vlivem mechanického, tepelného nebo mechanicko-tepelného zatěžování pulzního charakteru, které vede ke změnám vlastností, ke vzniku a růstu trhlin a k porušení materiálu. (Skálová et al., 2003). Podle počtu kmitů je možno cyklické zatěžování, resp. únavu rozdělit do následujících skupin. a) Opakované statické přetěžování životnost do 10 2 kmitů. 5 b) Nízkocyklová únava životnost do 10 kmitů. Vzniká při opakovaném namáhání nad mezí kluzu v podmínkách, kdy dochází k výrazným opakovaným plastickým deformacím v makroobjemu materiálu. O životnosti součástí rozhoduje rychlost šíření únavové trhliny. 5 c) Vysokocyklová únava životnost nad 10 kmitů. Vzniká v podmínkách převážně elastických opakovaných deformací (pokluzech). Napětí je vždy pod mezí kluzu. Predikce životnosti ocelové součásti je tak úzce spjata s okamžikem vytvoření povrchového reliéfu, iniciací primární mikrotrhliny a jejím postupem podél skluzových rovin (cca 45 ke směru hlavního napětí). V okamžiku, kdy trhlina dosáhne jisté velikosti, dojde ke změně směru jejího šíření (cca 90 k nominálnímu napětí) a následně k náhlému lomu tvárným, resp. křehkým porušením. Podstata únavového poškození každý materiál je nehomogenní a neizotropní. Konstrukční mate riá ly jsou složené z malých zrn. Ani uvnitř zrna nejsou vlastnosti izotropní vlivem různé orientace krystalových rovin. Nehomogenita materiálu není způsobena jen strukturou hranic zrn, ale také shluky vakancí nebo přítomností intersticií, dislokacemi a vměstky. Několik fází a hranice mezi nimi nebo oblasti s různým chemickým složením také představují zóny nehomogenity. Oblasti, kde vlivem těchto nehomogenit dochází ke zvýšení napětí, jsou místa nukleace únavového porušování. U houževnatých materiálů, které mají vhodnou orientaci vzhledem k působícímu napětí v průběhu zatěžování, začínají v zrnech vznikat skluzové pásy jako projev lokalizace plastické deformace. Počet skluzových pásů roste s počtem zátěžných cyklů. Dochází k tzv. nasycení. Ve skluzových pásech se iniciují i mikrotrhliny, které rostou v rámci hostitelských zrn a postupným spojením přeroste jedna z nich v magistrální trhlinu. U materiálů, které mají omezenou houževnatost, je mikrostrukturální poškození méně rozšířené a má snahu se koncentrovat do okolí defektu. Malé trhliny se iniciují v okolí inkluzí skluzových pásů, hranic zrn nebo povrchových defektů. Velké magistrální trhliny rostou pak ve směru kolmém na hlavní napětí. Únavové chování materiálu je určené kumulací cyklické plastické deformace, tedy typem nevratných změn, ke kterým v materiálech dochází v průběhu cyklického zatěžování. V důsledku vzniku a kumulace cyklické plastické deformace se mění rozložení a hustota dislokací v materiálu. Materiál mění svoje mechanické vlastnosti, cyklicky se změkčuje nebo zpevňuje. Stadium vzniku únavových trhlin V důsledku pokračující kumulace cyklické plastické deformace dochází na povrchu vzorku ke koncentraci napětí a deformaci v okolí koncentrátorů napětí a ke vzniku prvních mikrotrhlin v těchto místech. Tento proces je omezený jen na malou část objemu vzorku. Stadium šíření únavových trhlin Vzniklé mikrotrhliny rostou, přičemž z důvodu nerovnoměrného rozložení napětí a deformací se z některé z nich stane řídící (magistrální) trhlina. Při překročení kritického napětí ve zbylé části vzorku nastane finální lom (Machek, Sodomka; 2001). MATERIÁL A METODY Zkušební vzorky Zkušební vzorky byly vyrobeny z nelegované konstrukční oceli 11 373 (ČSN 41 1373). Ocel je vhodná na součásti konstrukcí a strojů menších tlouštěk i tavně svařovaných, namáhaných staticky i mírně dynamicky. Jako polotovar byla použita čtvercová tyč válcovaná za tepla se zvýšenou přesností o průřezu 10 10 mm (ČSN 42 5520). Na vzorcích se vyfrézoval rádius pro usměrnění vzniku trhliny. Koncentrace napětí v zúženém prů-

Cyklické zatěžování zinkovaných součástí 35 I: Směrné chemické složení a mechanické vlastnosti oceli 11 373 I: Indicative chemical structure and mechanical properties of steel 11 373 Chemické složení Mechanické vlastnosti C max P max S max R e R m A 5 % MPa % 0,17 0,20 0,045 0,05 0,045 0,05 235 360 470 26 řezu odpovídala přibližně 7 %. Následně byl na vzorcích vytvořen povlak žárovým zinkováním tloušťky 50 70 μm (Obr. 1). 1: Zkušební vzorek 1: Test sample Korozní prostředí Ocelové pozinkované zkušební vzorky byly exponovány ve dvou typech kondenzačních komor používaných k zjišťování odolnosti nátěrových hmot (Obr. 2). Zkouška odolnosti vlhkým atmosférám s obsahem oxidu siřičitého (ČSN EN ISO 3221) je cyklická a zahrnovala: uložení zkušebních vzorků do stojanů v kondenzační komoře, naplnění komory 2 l demineralizované vody, uzavření zkušební komory, nadávkování oxidu siřičitého 0,2 l při atmosferickém tlaku, zapnutí vytápění (40 C) po dobu 8 h, odvětrávání 4 h, po dalších 12 h se zkušební cyklus opakuje. Zkouška odolnosti v neutrální solné mlze ČSN EN ISO 7253 je nepřetržitá a proběhla za těchto podmínek: teplota 35 C, relativní vlhkost 100 %, koncentrace solného roztoku 50 g/l, dávkování rozprášeného solného roztoku 0,5 l/h, úhel sklonu vzorků od kolmice 20 o. Doba expozice v obou kondenzačních komorách byla stanovena na 7, 14, 28 dní (168, 336, 672 hodin). b zkouška solnou mlhou b salt spray test Únavové zkoušky Základní únavové vlastnosti byly sledovány na elektrorezonančním pulzátoru RUMUL Cracktro nic (Obr. 3). Na tomto zařízení je možno určit po- a zkouška oxidem siřičitým a sulfur dioxide test 2: Kondenzační komory 2: Condensation chambers 3: Elektrorezonanční pulzátor 3: Electroresonant pulsator

36 M. Černý, J. Filípek, P. Mazal čet cyklů do lomu a mez únavy materiálu. Pro detailnější popis únavových vlastností je nezbytné určit i okamžik vzniku mikrotrhlin a sledovat rozvoj šíření trhlin. Tento pulzátor pracoval v podmínkách plochého ohybu. Vzorky byly zatěžovány souměrným střídavým cyklem. Nejdříve bylo nutné zjistit optimální velikost ohybového napětí tak, aby nedošlo k příliš rychlému šíření trhliny. Malé zatížení zvýší počet zatěžovacích cyklů, zároveň však dojde k pomalejšímu růstu trhliny. Ohybové napětí bylo nastaveno na hodnotu 18 Nm (což odpovídá napětí max. 432 MPa), tedy 12 až 14 % zatížení vzorků. Frekvence zatěžování vzorků se pohybovala v rozmezí 88 89 Hz. VÝSLEDKY U vysokocyklové únavy se výrazně zvyšuje význam nukleačního stadia na úkor druhého stadia, kterým je šíření trhliny. Hranici mezi oběma stadii lze ovlivnit amplitudou deformace nebo amplitudou napětí. Pro oba přístupy platí rozdílné popisy kumulace poškození. Volená hodnota zátěžné amplitudy napětí (ohybový moment 18 Nm) byla vybrána s ohledem na zdůraznění vzniku perzistentních skluzových pásem, ve kterých je iniciována mikrotrhlina. Ze závislosti frekvenčního zatížení a počtu zátěžových cyklů (Obr. 4) je vidět, že iniciace poškození je u obou korozních prostředí mírně odlišná. U vzorků degradovaných v prostředí solné 4: Únavové poškození vzorků v závislosti na době expozice a korozním prostředím 4: Fatigue damage of the samples depending on the period of the exposition and the corrosion environment

Cyklické zatěžování zinkovaných součástí 37 mlhy je po statickém vyhodnocení patrný nárůst odolnosti žárově zinkovaných povrchů. I když rozdíl v počtu zátěžných cyklů není výrazný, je zřejmý efekt pozdější iniciace trhliny u vzorků po sedmidenním a čtrnáctidenním korozním působení. Následný pokles po delší exploataci (28 dní) je v porovnání s etalonem výraznější. U vzorků umístěných v kryptoprostředí s SO 2 se náchylnost k nukleaci mikrotrhliny zvyšuje s rostoucí dobou působení korozního prostředí. V porovnání s etalonem je na obr. 4 zřejmý mírný pokles počtu cyklů do okamžiku vzniku poškození, který se projeví poklesem nastavené frekvence pulzátoru. Vysvětlení uvedeného efektu je s použitím záznamů o průběhu zkoušky pouze spekulativní. Záznamy je nutné konfrontovat s výsledky pozorování vizuálního (makroskopického) a zvláště pak lomové plochy, resp. metalografických snímků. Vizuální verifikace Snímky zkušebních vzorků po jednotlivých odběrech 7, 14 a 28 dní (Obr. 5) vykazují typické degradační poškození zinkových povlaků. U vzorků z působení solné mlhy lze pozorovat nárůst složité směsi látek, které se zřejmě liší svojí rozpustností, vodivostí a kompaktností. Většinou se jedná o zpočátku ochranné bazické soli chloridy, které při vysokých koncentracích a vlhkosti ztrácejí ochranné vlastnosti a svoji nerozpustnost. Rychlost koroze rychle stoupá a je srovnatelná s korozní rychlostí oceli. O hloubce průniku koroze svědčí porovnání odebraných a mechanicky očištěných vzorků (Obr. 5). Vliv prostředí SO 2 je patrný z rostoucího zešednutí zinkového květu, které svědčí o zvýraznění reliéfu povrchu vzorku. V tomto případě není pozorován nárůst bílé koroze ani červené rzi jako u vzorků ze solné mlhy (Obr. 5). Fraktografické pozorování Dolomení vzorků s únavovými trhlinami v kapalném N 2 umožnilo fraktografické pozorování. Makroskopické snímky lomové plochy v případě etalonu (Obr. 6) nepřinášejí nové poznatky o vlivu žárového povlaku na iniciaci únavové trhliny. K delaminaci zinkové vrstvy většinou nedochází (Obr. 6 a). V ojedinělých případech (Obr. 6 b) je ztráta přilnavosti v místech výskytu zhoršení struktury povrchu (stopy po nástroji). V těchto případech se vyskytuje méně pozorovatelný jev nukleace a šíření dvou únavových trhlin. Etalon s tímto vzhledem lomové plochy byl z dalšího rozboru vyřazen. Po delší expozici vzorku v SO 2 k iniciačním místům lze jednoznačně přiřadit poškození Zn povlaku v místech materiálových nehomogenit (Obr. 7). Delaminace nebyla pozorována. Korozně agresivní prostředí NaCl se projevuje nejen eliminací efektu zinkové ochrany (povlak zinku je nesouvislý nebo chybí), ale i napadením povrchu vzorku (Obr. 8 a). To může být příčinou částečné eliminace vlivu povrchu na nukleaci únavové trhliny. Po delší expozici byla pozorována iniciace mikrotrhliny v místech výskytu bílé (14 dní obr. 8 b) a později červené koroze (kde již patrné místní korozní napadení vytváří podmínky pro rozvoj perzistence). Hodnocení světelnou mikroskopií Pro sledování makroskopického složení zinkové vrstvy se pozorování provedlo jen na leštěných površích bez naleptání. To potvrdilo porušení přilnavosti zinkového povlaku téměř u všech snímků vzorků z NaCl. V prostředí SO 2 jde jen o snižovaní tloušťky vrstvy, která zůstává v adhezivním stavu (Obr. 9 a, b). Rovněž pórovitost povlaku se zvyšuje s dobou expozice (Obr. 9). Zmíněná místní delaminace Zn v prostředí NaCl roste s výskytem chloridových vrstev. Ty jsou z počátku kompaktní a patrně i odolné proti postupu koroze (Obr. 10 a). S rostoucí délkou expozice nastává pokles odolnosti vrstev (bílá rez). Průnik koroze v důsledku působení agresivního prostředí mezi ocel a zinkový povlak rozvoji korozního napadení se projeví první fázi vyrovnáním povrchového reliéfu po obrábění (Obr. 10 b). Po delší expozici (Obr. 10 c 28 dní) se již jedná o nukleaci únavové trhliny v oceli, u které mohou perzistence vznikat přímo v místech korozního napadení lokálním typem korozního poškození (Obr. 10 c). Z obrázku je patrná jak tloušťka vrstvy rzi na zinkovém povlaku, tak i jeho separace a ztráta přilnavosti vlivem korozních produktů pod vrstvou Zn. DISKUSE Uvedené výsledky ukazují na základní typy poškození konstrukcí s antikorozním povlakem v podmínkách reálného zatěžování s dynamickým vysokocyklovým charakterem. Ve vlhkých prostředích s obsahem SO 2 není vliv předchozí, resp. postupné degradace povrchu natolik markantní jako u chloridového prostředí, ale růst výraznosti reliéfu přispívá ke snadnějšímu vytváření perzistentních skluzových pásů a tedy i k tvorbě intruzí, které jsou prvním krokem při nukleaci mikrotrhlin. U chloridů se projevuje aktivní přestup iontů Cl a zdánlivě pozitivní úloha úvodního korozního napadení. Tento efekt však záhy mizí a při dlouhodobější expozici vlivem místního napadení vytváří energetické podmínky pro rozvoj porušení konstrukce pod synergetickým působením koroze a únavy. Porušení degradovaného materiálu akceleruje zvláště v okamžiku adice stochastického dynamického namáhání, které rychle rozvine již existující mikroporušení do stadia šíření únavové trhliny a následně i možné fragmentace objektu.

38 M. Černý, J. Filípek, P. Mazal Etalon Vzorky exponované v korozních komorách Zkouška solnou mlhou ČSN EN ISO 7253 Zkouška oxidem siřičitým ČSN EN ISO 3231 vzorky odebrané vzorky mechanicky očištěné vzorky odebrané expozice 7 dní expozice 14 dní expozice 28 dní 5: Vizuální verifikace korozního poškození zkušebních vzorků 5: Visual verification of the corrosion damage of the test samples

Cyklické zatěžování zinkovaných součástí 39 a bez delaminace Zn povlaku a without the delamination of the Zn coating 6: Lomová plocha etalonu 6: Fracture surface of the standard b s delaminací Zn povlaku b with the delamination of the Zn coating 7: Lomová plocha vzorků exponovaných sedm dní v SO 2 7: Fracture surface of the samples exposed 7 days in the sulfur dioxide environment SOUHRN Předkládaná práce objektivně řeší problematiku synergického spolupůsobení únavy ocelového materiálu s antikorozním povlakem v podmínkách vlhkých agresivních prostředí chloridů a oxidů na bázi síry. Práce je rozčleněna na část obecnou, která představuje kompilační syntézu stávajících poznatků v této, z celkového pohledu velmi interdisciplinární, oblasti a na část experimentální, ve které je nastíněn jeden z možných verifikačních postupů celé problematiky. V úvodní části jsou přínosnými informace popisující: degradační procesy z hlediska korozního napadení, detailní složení zinkových povlaků, zákonitosti při dynamickém namáhání materiálů. Experimentální část práce vytváří podmínky pro získání objektivních údajů z: urychlených laboratorních zkoušek v kondenzačních komorách se solnou mlhou a oxidem siřičitým u vzorků s netypickým tvarem z hlediska korozního hodnocení, mechanických zkoušek vysokocyklovou únavou na pulzačním stroji s napěťovým působením v ohybu, možnosti vyhodnocení únavových zkoušek, aplikace vizuální verifikace výsledků mechanických zkoušek metodou praktické fraktografie a světelné metalografie s upozorněním na možnost vzniklých artefaktů. Přínosem práce je poukázání na riziko akcelerace poškození strojních konstrukcí z pohledu synergie zdánlivě nesouvisejících degradačních jevů vysokocyklové únavy a koroze. zinkový povlak, únava materiálu, koroze

40 M. Černý, J. Filípek, P. Mazal The work is objectively dealing with the problematic of synergetic co-acting of fatigue of the steel material with anti-corrosion coating in the wet and aggressive environment of sulphur based chlorides and oxides. The work is divided into several parts. The general introducing part represents compiling synthesis of present state of knowledge in this highly interdisciplinary area. Experimental part outlines and exa doba expozice 7 dní a 7 days period of the exposition b doba expozice 14 dní b 14 days period of the exposition 8: Lomová plocha vzorků exponovaných v NaCl 8: Fracture surface of the samples exposed in the NaCl environment a 7 dní b 14 dní c 28 dní a 7 days b 14 days c 28 days 9: Metalografický výbrus z prostředí s SO 2 9: Metallographic cross section in the SO2 environment SUMMARY

Cyklické zatěžování zinkovaných součástí 41 a 7 dní b 14 dní c 28 dní a 7 days b 14 days c 28 days 10: Metalografický výbrus z prostředí s NaCl 10: Metallographic cross section in the NaCl environment plains one of the possible verification methods of this problematic. Introductory part contains summarizing information describing following topics: degradation processes resulting from corrosion attack, detailed description of zinc coats composition, rules of dynamic loading of materials. Experimental part creates conditions for obtaining objective data and results from following experiments: accelerated laboratory tests for corrosion behavior of atypically shaped specimens exposed in the condensation chambers with salt aerosol and sulphur dioxide, mechanical tests including high cycle fatigue testing on the pulsating machine creating bending stress, possibilities of fatigue test evaluation and application of visual verification of mechanical tests results using practical fractography and light metallography with remarking of possibilities of artifacts development. The work brings a valuable information and notice of risk of machine and construction parts damage acceleration evolved by apparently unrelated degradation effect such as high cycle fatigue and corrosion. LITERATURA JORDAN, C. E., MARDER, A. R., 1997: Fe-Zn phase formation in interstitial-free steels hot-dip galvanized at 450 C, Part 1. J MaterSci 32. KLESNIL, M., LUKÁŠ, P, 1975: Únava kovových materiálů při mechanickém namáhání. 1. vyd. Praha: ACA- DEMIA, 222 s. MACHEK, V., SODOMKA, J., 2001: Nauka o materiálu: kovy a kovové materiály 1. část. 1. vyd. Praha: ČVUT, 207 s. ISBN 80-01-02424-5. PORTER, F. C., 1991: ZINC HANDBOOK, 1. vyd. NEW YORK: Marcel Dekker, s. 629. ISBN 0824783409. PTÁČEK, L., 2002: Nauka o materiálu II., 2. vyd. Brno: CERM, 392 s. ISBN 80-7204-248-3. SKÁLOVÁ, J., KOVAŘÍK, R., BENEDIKT, V., 2003: Základní zkoušky kovových materiálů. 3. vyd. Plzeň: ZČU, 178 s. ISBN 80-7082-623-1. VELES, P., 1985: Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov. 1. vyd. Bratislava: Alfa, s. 401. ZMRZLÝ, M., SCHWEISS, O., FIALA, J., HOU- BAERT, Y., 2004: Mössbauer spectroscopy of galvanized zinc coatings removed from substrate steel, proceedings of the 13 th International Metallurgical and Materials Conference METAL 2004. Hradec nad Moravicí. Adresa doc. Ing. Michal Černý, CSc., Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika a Ústav konstruování Vysokého učení technického v Brně, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Česká republika, doc. Ing. Josef Filípek, CSc., Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika, doc. Ing. Pavel Mazal, CSc., Ústav konstruování, Vysoké učení technické v Brně, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Česká republika

42