Hodnocení vlastností svarových spojů nízkolegovaných ocelí pro energetiku; Studium vlastností návarů s vloženými zrny karbidu wolframu

SP2013/101

null

01. 01. 2013 - 31. 12. 2013

Požadavky na zvyšování účinnosti a snižování nákladů na energetická zařízení směřují k vývoji progresivních feritických modifikovaných ocelí s vyšší žáropevností a lepší svařitelností ve srovnání s dosud používanými klasickými ocelemi na bázi Cr-Mo-V. Žáropevné vlastnosti progresivních modifikovaných ocelí jsou určovány hlavně jejich chemickým složením a mikrostrukturou. Chemické složení těchto ocelí má zásadní vliv na výslednou mikrostrukturu, která závisí na tepelném zpracování a dále se vyvíjí v podmínkách vysokoteplotní expozice. Nezbytným předpokladem pro další úspěšný vývoj progresivních modifikovaných žáropevných ocelí jsou proto základní znalosti o vývoji mikrostruktury, zpevňujících a degradačních mechanizmech působících během vysokoteplotní expozice . Předmětem výzkumu bude vyhodnocení mikrostrukturního stavu základních materiálů včetně homogenních a heterogenních svarových spojů progresivní modifikované žáropevné oceli po dlouhodobé vysokoteplotní expozici. Na základě získaných znalostí o mikrostrukturním vývoji modifikované žáropevné oceli budou definovány nové vědecké poznatky. Dále budou zpracovány další doporučení pro využití nových poznatků při dalším vývoji modifikovaných žáropevných ocelí. Při stavbě membránových stěn se používají ocelí P23, P24. Vlastnosti těchto ocelí jsou určovány zejména karbidy a karbonitridy. Výsledné vlastnosti svarových spojů významným způsobem ovlivní použitá technologie svařování a tepelné zpracování. Předmětem bude studium vlivů svařování a tepelného zpracování na výsledné vlastnosti svarového kovu a jednotlivých pásem TOO. Předmětem výzkumu je aplikace zrn karbidu wolframu v návaru na plochy těžebních a stavebních součástí strojů namáhaných extrémní adhezí a abrazí. Na mechanické vlastnosti návarů má zásadní vliv metoda navařování a vnesené teplo při navařování. Při nepříznivých podmínkách může dojít ke snížení otěruvzdornosti návarů a tím i snížení plánované životností dílce. Předmětem výzkumu bude studium metalurgických procesů a fázových přeměn v martenzitických a niklových matricích návarů, studium vlivu aplikovaných ochranných plynů M21 a N3 na vlastnosti návarů zhotovených sypanými zrny karbidu wolframu v kombinaci s matricí obsahující 4,8% boru. Dále bude vyhodnocen mikrostrukturní stav a tvrdosti (mikrotvrdostí) návarů v oblastech svarového kovu, tepelně ovlivněné oblasti a základních materiálů a jejich posouzení vlivu na degradaci a životnost.

doc. Ing. Drahomír Schwarz, CSc.
prof. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.
Ing. Martin Sondel, Ph.D.
doc. Ing. Drahomír Schwarz, CSc.
Ing. Radek Sztefek
Ing. Jindřich Kozák, Ph.D.
Ing. Lukáš Havelka, Ph.D.
Bc. Filip Fojtů

Výstupy výsledků projektu
Výsledky publikovány v odborných časopisech All For Power a Konstrukce a zahraničních (3x J neimpo).
Výsledky projektu prezentovány na odborných konferencích např. Nové materiály, technologie a zařízení pro svařování - Ostravice, Svařovací den - Hněvkovice (3x Scopus).

Výstupy budou využity v diplomových pracích a doktorských pracích studentů řešitelského týmu. Mikrostruktura svarových spojů a základního materiálu modifikované žáropevné oceli po dlouhodobé vysokoteplotní expozici bude hodnocena metodami optické a elektronové mikroskopie. Pro studium mikrostruktury na elektronovém mikroskopu budou použity extrakční uhlíkové repliky a tenké kovové folie. Pomocí strukturně fázové analýzy budou identifikovány jednotlivé typy minoritních fází. Disperze precipitátů bude hodnocena metodami obrazové analýzy pomocí softwaru MicroImage a Corel Draw. Na tenkých kovových foliích bude stanovena hustota dislokací. Mikrostruktura materiálů bude hodnocena následujícími mikrostrukturními parametry:
- hustota dislokací,
- středním ekvivalentním průměrem částic,
- počtem částic na jednotku objemu,
- efektivní vzájemnou vzdáleností částic.
Pro stanovení hustoty dislokací bude použito Hamovy metody. Efektivní střední vzájemná vzdálenost částic (lambda effective) bude vypočtena podle modelu plošného čtvercového uspořádání částic podle Ashbyho. Na základě charakteristik mikrostruktury budou definovány závislosti mezi mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi .
Výsledkem výzkumu je aplikace návaru wolframu karbidu na extrémně namáhané díly dobývacích a stavebních strojů. V tomto případě je nutné sledovat přilnavost velkých zrn wolframu karbidu k povrchu součásti. Výzkum této vazby bude prováděn pomocí optické a elektronové mikroskopie, měřením tvrdostí a mikrotvrdostí v návaru a tepelně ovlivněných oblastech.

Cíle projektu:
Cílem grantového projektu je posoudit mikrostrukturu základního materiálu, homogenních a svarových spojů progresivních modifikovaných žáropevných ocelí po dlouhodobé vysokoteplotní expozici v reálných podmínkách energetického zařízení.
Na základě výsledků optické a elektronové mikroskopie a zajištěných charakteristik mikrostruktury budou definovány závislosti mezi mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi základního materiálu, homogenních a heterogenních svarových spojů. Tyto závislosti umožní predikci mechanických vlastností a žáropevnosti svarových spojů během další vysokoteplotní expozici. Dále budou definovány nové vědecké poznatky a zpracována doporučení pro využití nových poznatků při vývoji modifikovaných žáropevných ocelí.

Dalším cílem projektu je sledování mikrostruktury návarů v závislosti na tvrdostech a mikrotvrdostech v oblasti návaru a oblastí kolem zrn wolfram karbidu. Výsledkem výzkumu bude definování vlivu vneseného na vlastnosti návaru s wolfram karbidovými zrny.
Časový harmonogram projektu:
01-03/2013 - Příprava vzorků pro ověření sekundárního vytvrzování svyrových spojů z oceli P24
04-06/2013 Ověření sekundárního vytvrzení jednotlivých částí svarového spoje při modifikované teplotě popouštění 550 stupňů C
06-11/2013 Stanovení kolerace mezi dosaženými vlastnostmi po dlouhodobém popouštění a dosaženou mikrostrukturou jednotlivých pásem svarového spoje.
01-07/2013 Hodnocení mikrostruktury a mikrotvrdosti navarů se zrna karbidů boru.
08/11/2013 Hodnocení návaru s aplikovanými zrny karbidu wolframu tribologickými zkouškami