ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006. Degradace nízkolegovaných ocelí v. abrazivním a korozivním prostředí

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Degradace nízkolegovaných ocelí v abrazivním a korozivním prostředí

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Odborný Curiculum Vitae Curiculum Vitae Michal Černý - 29. 5. 1956 Ing. - strojní technologie 1980 CSc. - 22 04 09 1987 doc. - teorie stavby strojů 1994 Zaměstn stnání 1980 1900 Ústav fyzikáln lní metalurgie AVČR 1990 2006 MZLU Brno 1998 2006 VUT FSI ÚK

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Výuka Výuka Strojírensk renská technologie Části a mechanizmy strojů Koroze a ochrana proti korozi Statika, Kinematika, Dynamika, Pevnost pružnost Základy konstruování

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Publikační činnost Publikační činnost 21 - oponované výzkumné zprávy 28 - vědecké konference 34 - vědeckéčasopisy 65x - vedoucí diplomových prací 3x - školitel doktorského studia + populárn rně naučné články + organizace mezinárodn rodních konferencí v rámci r CONMET, s. r. o.

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Odborné zaměření Odborné zaměř ěření - nízkocyklová únava materiálu (13 / 6 Cr,, Ni, Mo) - křehký lom iniciace štěpného lomu ocel + PMMA ( rychlost deformace < 5 m/s) - šířen ení štěpného lomu ocel + PMMA (rychlost trhliny vs součinitel intenzity napětí) - zastavení štěpných trhlin ocel (studium lomové houževnatosti ocelí s ohledem na rychlost štěpení) - lineárn rní lomová mechanika lepených spojů - měření rychlosti trhlin při p štěpném m porušen ení

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Odborné zaměření - dynamika křehkk ehkého ho lomu ( rychlost deformace 10 2-10 4 m/s ) - dynamické charakteristiky materiálů - kompaktace slinování za studena - výtrže - kumulační průrazy razy pancéřových materiálů studium procesu průniku paprsku kovu - vysokonapěť ěťové zatěž ěžování do 10 3 GPa - měření rychlosti trhlin v nekovových materiálech (litý čedič,, sklo, slída, apod.) a jejich iniciace

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Odborná školní činnost Odborná činnost na MZLU - výuka, výuka, výuka, - výzkumné záměry + diplomové práce + doktorské studium - degradace materiálu strojních součást stí s pohledu synergetického působení koroze (svary, povlaky organické a anorganické,, znalectví, řešení výrobních problémů apod.) - degradace materiálu strojních dílcd lců z pohledu synergetického působení koroze a povrchových nebo vnitřních nehomogenit,, resp. koroze a působení vnější šího či i vnitřního napěť ěťového zatížen ení apod.

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Opotřebení materiálů Abrazivní degradace oceli 14 260 Definice opotřeben ebení ČSN 01 5050 definuje opotřeben ebení jako trvale nežádouc doucí změnu povrchu, způsobenou vzájemným působenp sobením m funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a opotřebov ebovávajícího se média. m Projevuje se jako odstraňov ování nebo přemisp emisťování částic z opotřebov ebovávaného povrchu mechanickými účinky doprovázenými i jinými vlivy (např.. chemickými, elektrickými).

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Druhy opotřebení Druhy opotřeben ebení Podle ČSN 01 5050 se opotřeben ebení rozděluje na tyto základnz kladní druhy: Abrazivní Erozivní Adhezivní Kavitační Korozivní Vibrační Únavové

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář 27.10.2006 Abrazivní opotřebení Abrazivní opotřebení Základní modely abrazivního opotřebení a interakce dvou těles b interakce tří těles

Zkušební materiál Zkoušený materiál Zkušebn ební tělesa jsou vyrobena z pásovp sové oceli 40 x 6 ČSN 42 5342 14 260.3. Křemíkchromová ocel 14 260 (dle EN 10027-1 1 ocel 54SiCr6) byla zvolena z důvodu d dostatečné zakalitelnosti a prokalitelnosti. Tepelné zpracování ohřev (0C) výdrž (min) ochlazení Tvrdost HV Struktura Žíhání na měkko m v dodaném m stavu 190 ferit + Žíhání normalizační 870 ± 20 40 vzduch 240 globulárn rní perlit 20 40 vzduch 240 ferit + lamelárn rní perlit Zušlecht lechtění 500 ± 20 40 vzduch 399 sorbit Kalení 850 ± 20 30 olej 629 martenzit + zbyt. austenit)

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

Průběh zkoušky Použité abrazivní médium Kamenná drť Bratčický písek Pararula zemina z okolí Krahulova Průběh zkoušky Objem každého média činil 1 000 cm 3. Velikost opotřebení byla vyhod - nocována na základě úbytku hmotnosti zkušebních těles v intervalech 15, 30, 60, 120 a 240 min. Vážení očištěných vzorků se provádělo na elektronických vahách s přesností 0,001g.

Výsledky zkoušky Průměrné opotřebení jednotlivých tepelných zpracování Opotřebení (mg) 140 120 100 80 60 40 20 0 Žíháno na měkko Pararula Bratčický písek Kamenná drť 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min) Opotřebení (mg) 140 120 100 80 60 40 20 Žíháno normalizačně Pararula Bratčický písek Kamenná drť 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min) Zušlechtěno Kaleno Opotrebení (mg) 140 120 Pararula Bratčický písek 100 Kamenná drť 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (m in) Opotřebení (mg) 140 120 Pararula Bratčický písek 100 Kamenná drť 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min)

Výsledky zkoušky Celkové průměrné opotřebení v jednotlivých abrazivech Opotřebení (mg) 140 120 100 80 60 40 Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno Kamenná drť Opotřebení (mg) 140 120 100 80 60 40 Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno Bratčický písek 20 20 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min) 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min) Pararula Opotřebení (mg) 140 120 100 80 60 40 20 Žíháno na měkko Žíháno normalizačně Zušlechtěno Kaleno 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Doba zkoušky (min)

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

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

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

Cíl experimentu Cíl experimentu Cíl našeho experimentu spočívá v porovnání agresivity koroze na nechráněnou ocel 14 260, která je tepelně zpracována: žíháním na měkko, žíháním normalizačním, zušlechtěním, kalením.

Zkoušený materiál Zkoušený materiál Tepelné zpracování Ohřev ( o C) Výdrž (min) Ochlazení Tvrdost HV Struktura žíhání na měkko dodáno z válcoven 190 ferit + globulární perlit žíhání normalizační 870 ± 20 40 vzduch 240 ferit + lamelární perlit zušlechtění 850 ± 20 500 ± 20 30 40 olej vzduch 399 sorbit kalení 850 ± 20 30 olej 629 martenzit + (zbyt. austenit)

Zkouška solnou mlhou Zkouška provedena dle normy ČSN ISO 9227 (korozní zkouška v umělých atmosférách v solné mlze) Zařízení použité pro náš experiment je korozní komora se solnou mlhou. Objem zkušební komory činí 0,7 m 3. Teplota při rozprašování neutrálního chloridu sodného je 35±2 C. Roztok musí mít koncentraci chloridu sodného dle ČSN 9227 50 ±5 g/l. Hodnota ph je v rozmezí 6,5 až 7,2.

Zkušební zařízení Komora se solnou mlhou

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Děkuji za pozornost