METALOGRAFICKÉ HODNOTENIE KOVOV A ZLIATIN Hodnotenie spočíva v makroskopickom a mikroskopickom hodnotení: • korózneho napadnutia (korózie), • ovplyvnenia vlastností materiálu v prevádzke, napr. nedodržaním predpísaného režimu prevádzky, • zle vykonaných zvarových spojov, • prevádzkových vplyvov – dilatácia, preťaženie materiálu, prídavné pnutia, nevhodné konštrukčné riešenia, • obvyklého dožitia materiálu (vyčerpanie žiarupevných vlastností), • nevhodnej montáže • zmeny materiálu • nevhodných mechanických vlastností materiálu (zlé tepelné spracovanie) Bežne sa v laboratóriách vykonáva hodnotenie, ktoré obnáša: 1. Hodnotenie mikroštruktúry ocele, liatin a neželezných kovov za účelom posúdenia kvality tepelného spracovania, alebo pre potreby analýz pri zisťovaní príčin materiálových porúch 2. Hodnotenie mikroštruktúry ocelí za účelom posúdenia štruktúrnej degradácie materiálov dlhodobo prevádzkovaných za zvýšených teplôt 3. Hodnotenie stupňa ovplyvnenia štruktúry v prípade havárie zariadenia spôsobených prekročením predpísaných prevádzkových teplôt za účelom posúdenia možnosti ďalšej prevádzky 4. Hodnotenie veľkosti zrna a stupňa znečistenia ocele 5. Posudzovanie tepelnej a chemicko – tepelnej úpravy povrchu vrátane merania mikrotvrdosti 6. Stanovenie hĺbky oduhličenia ocele 7. Posudzovanie kvality prevedenia kovových povlakov 8. Posudzovanie druhu a stupňa korózneho napadnutia 9. Posudzovanie vád tvárnených oceľových výrobkov z neželezných kovov. Stanovenie veľkosti štruktúrnych zložiek Veľkosť štruktúrnych zložiek sa stanovuje pomocou okulármikrometra a objektmikrometra. Okulármikrometer je kruhová sklenená doštička, na ktorej je stupnica rozdelená na 100 dielikov. Vkladá sa do ohniskovej roviny okulára. Objektmeter je sklenená alebo kovová doštička, na ktorej je vyznačený 1 mm rozdelený na 100 dielikov. Pred vlastným meraním veľkosti štruktúrnych zložiek sa určí najprv mikrometrická hodnota, t.j. skutočná dĺžka v mm, ktorá odpovedá jednému dieliku okulármikrometra. MIKROČISTOTA Najväčšia pozornosť z hľadiska čistoty je venovaná oceliam. Vmestkami (vtrúseninami) v oceliach nazývame častice, ktoré vznikajú v tekutom alebo v tuhom stave reakciou prímesových prvkov s O, N, C v rozpustenom kove, vzájomnou reakciou prímesových prvkov medzi sebou, alebo reakciou tekutého kovu s výmurovkou.
Pojem mikročistota ocele zahrňuje vyjadrenie množstva, počtu, veľkosti a rozloženia vmestkov rôzneho chemického zloženia. Niektoré preberacie podmienky špecifikujú splnenie niektorého kritéria mikročistoty ocele. Technické kovy obsahujú nečistoty, ktoré pochádzajú jednaj zo surovín a jednak z taviaceho a liaceho procesu. tieto nečistoty sa prejavujú vo forme vmestkov. Podľa pôvodu delíme vmestky: a) exogénne, ktoré sú uvolnenými časticami žiaruvzdorného materiálu b) endogénne, ktoré vznikli metalurgickými reakciami pri tavení a odlievaní Podľa chemického zloženia rozlišujeme vmestky: a) oxidy Pri výrobe ocelí sa C a iné prímesy odstraňujú oxidáciou. Najčastejšie oxidy sú FeO, MnO, SiO2, Al2O3, atd. Kysličníky na výbruse sa prejavujú väčšinou vo forme globúl, často veľmi jemných. b) Kremičitany Kremičitany sú zložité a najčastejšie vmestky v oceliach. Rozpúšťajú rôzne oxidy, sírniky a iné chemické zlúčeniny, s ktorými sa zlučujú, alebo s nimi vytvárajú rôzne eutektiká a mechenické zmesy. Najjednoduchšie vznikajú kremičitany železa (2FeO . SiO2) a mangánu, ďalej vápnika a hliníka, menej už chrómu alebo titánu. Nikel kremičitany netvorí., vápnika atď. Kremičitany sú väčšinou hrubšie globulitické útvary tmavosivej farby. Sú plastické a poloplastické. c) Hlinitany Vznikajú pri dezoxidácii hliníkom a tvoria jemné útvary vydrolené do riadkov. Sú tvrdé, ostrohranné a nedeformovateľné. d) Sulfidy Najčastejšie vmestky v oceliach. Najznámejšie sú FeS, MnS. Sulfidy sú väčšinou tvárnením pretiahnuté útvary svetlosivej farby. Sú najmenej škodlivé. Vmestky majú menší súčiniteľ teplotnej rozťažnosti ako základná kovová matrica. Napr. kalením sú stáčané, čím vzniká pnutie. Pnutia môžu v prevádzke prekročiť medzu sklzu alebo aj medzu pevnosti, čo býva príčinou predčasného porušenia materiálu. Na veľkosť týchto pnutí má vplyv aj celkový obsah a tvar vmestkov, ktorý môže byť ovplyvnený kovaním alebo valcovaním. Vmestky nachádzajúce sa na funkčných plochách napr. ložiska, slúžia ako koncentrátory kontaktného napätia a stávajú sa zárodkami porušenia (kontaktná únava), ktoré sa šíri v závislosti od polohy inklúzií a nimi vyvolanej koncentrácie napätia. S narastajúcim počtom zaťažovacích cyklov vzniká na kontaktných plochách poškodenie – pitting – nasleduje vylupovanie dotykových vrstiev – zničenie ložiska. Výrazný nežiadúci vplyv na mechanické vlastnosti majú hlavne: -
Vmestky pretiahnutého tvaru, ktoré spôsobujú pokles ťažnosti. Drobné vmestky guľovitého tvaru túto anisotropiu mechanických vlastností nevyvolávajú.
-
-
Rozloženie vmestkov na hraniciach zŕn, čo vyvoláva zníženie plastických vlastností. U silne tvárnených ocelí sa sieťovie vmestkov rozrušuje a jeho nepriaznivý vplyv sa tým odstráni. vmestky makroskopickej veľkosti – tieto môžu vyvolať únavový lom (pre dynamicky namáhané súčiastky sa musí dodržať čo najvyššia čistota materiálu). HODNOTENIE MIKROČISTOTY:
Porovnávacie metódy Najbežnejším spôsobom je hodnotenie mikročistoty podľa vzorových stupníc, kedy sa pozorované polia priraďujú k poliam podľa predlohy, s ktorými sa najviac zhodujú. Pri hodnotení sa posudzuje typ podľa tvaru, množstva, veľkosť a rozloženie vmestkov. Vmestky sa triedia podľa typov: •
sulfidický a kremičitanový (sú tvárne a v riadkoch)
•
typ Al2O3 krehké netvárne a bodové v riadkoch
•
globulitický typ (netvárne oxidy), niekedy aj typ nitridov (bodový).
Nevýhoda: Subjektivita hodnotiteľa a stupnice. Stupnice totiž vznikli z konkrétnych a špecifických potrieb danej akosti ocele a nemusia byť najvhodnejšie aj pre ocele iného použitia. Zväčša sú aj pomerne hrubé a nerovnomerne odstupňované. Za týchto podmienok vznikajú rôzne špecifické a špeciálne dodacie podmienky, ktoré uvádzajú vlastné porovnávacie etalóny mikročistoty ocele a ktoré sú často zamerané na jeden typ vmestkov a v podstate uvádzajú vzorky vyhovujúceho a nevyhovujúceho tvaru, veľkosti, rozloženia a množstva. Metódy kvantitatívne Kvantitatívne sa obrazovým analyzátorom hodnotí: -
plošný podiel vmestkov, t.j. % plochy vmestkov z celkovej plochy meraného poľa,
-
počet vmestkov na jednotku plochy alebo poľa
-
projektované dĺžky vmestkov na jednotku plochy,
-
pomer projektovanej dĺžky vmestkov a plošného podielu vmestkov, čo sa využíva napr. pri štúdiu plasticity vmestkov alebo pretiahnutia vmestkov
HODNOTENIE KORÓZNEJ ODOLNOSTI Korózia – súhrn heterogénnych chemických a elektrochemických reakcií prebiehajúcich medzi povrchom kovu a okolitým agresívnym prostredím, ktoré vedú k rozrušeniu kovu. Z hľadiska mechanizmu sú tieto deje: -
chemické - prebiehajú v plynných prostrediach za vyšších teplôt (napr. vznik okují) a v elektricky nevodivých kvapalných prostrediach (napr. v organických kyselinách)
-
elektrochemické – prebiehajú vo vodivých kvapalných prostrediach. Základným predpokladom je vznik tzv. katódových a anódových miest na korodujúcom kove. (Korózia vo vodných roztokoch elektrolytov (kyseliny, roztoky solí, morská voda), Korózia v taveninách solí a v tekutých kovoch, Atmosferická korózia, Korózia vo vodách, Pôdna korózia, Korózia bludnými prúdmi – vzniká pôsobením vonkajších jednosmerných elektrických prúdov, ktorú preniknú do sústavy materiál – prostredie).
Podľa povahy korózneho napadnutia sa obvykle korózia delí na : - koróziu rovnomernú – prebieha rovnomerne po celom povrchu, pričom dochádza k rovnakému úbytku kovu - koróziu nerovnomernú – prejavuje sa napadnutím len niektorých miest povrchu materiálu do rôznej šírky a hĺbky Metódy skúšania -
zisťuje sa odolnosť materiálu a povrchových ochrán proti korózii a stanovujú sa vlastnosti a trvanlivosť voči vplyvom určitého korózneho prostredia, daného príslušnými koróznymi faktormi. Skúška musí prebiehať s dostatočným počtom vzoriek, za takých podmienok a takú dobu, aby bola zistená reprodukovateľnosť skúšok a čo najväčšie napodobenie prevádzkových podmienok, pri umožnení extrapolácie získaných výsledkov na ďalšie časové obdobie.
Vyhodnocovanie -
robí sa podľa zmien zvolenej veličiny (hmoty, hrúbky, mechanických vlastností, vzhľadu, zmeny štruktúry, hĺbky napadnutia). môže sa robiť kvalitatívne (hodnotením zmeny vzhľadu) alebo kvantitatívne Metalografické hodnotenie
-
vzorky sa odoberajú z miest, kde bolo alebo vizuálne alebo pri menšom zväčšení zistené korózne napadnutie ak nie je miesto vizuálne zistiteľné, alebo ak bola korózia rovnomerná, odoberajú sa vzorky z funkčne dôležitých miest metalografické hodnotenie sa robí najmenej na 3 z toho istého vzorku vzorky sa odoberajú tak, aby plocha výbrusu bola kolmá na skorodovaný povrch – priečny rez vzorky je potrebné dôkladne označiť, aby nedošlo k ich zámene štruktúra sa nesmie odoberaním poškodiť leptanie nesmie meniť charakter korózneho napadnutia
-
výbrus sa hodnotí pred a po naleptaní
Hnacou silou korózie je korózne napätie, ktoré nám hovorí o tom, ako je daný kov náchylný ku korózii. Hodnoty korózneho napätia nám môžu slúžiť k odhadu toho, čo sa stane, keď spojíme 2 rozdielne kovy a dáme ich napr. do vody. Ak spojíme Cu+Zn; Zn má väčšie korózne napätie ako Cu. Zn sa stáva anódou a je korózne napadaný, Cu sa stáva katódou, kde dochádza k oxidickej reakcii a nie je korózne napadaná, Takáto dvojica rozdielnych kovov môže byť nebezpečná. Korózne napadnutie kovu, ktorý tvorí anódu je spravidla veľmi rýchle – mosadzné odzinkovanie.
Rýchlosť korózie niektorých kovov v čistej vode
Lokálne napadnutie – korózne praskanie
Často zistíme, že korózia za vlhka, napadá kov tzv. selektívne (výberovo) a to môže vyvolať haváriu určitej súčasti oveľa skôr, ako by k nej došlo rovnomernou plošnou koróziou. Ak pôsobí napätie a korózia súčasne je situácia obzvlášť nebezpečná, vznikajúce trhliny sa rýchlo a náhle šíria ďalej. Obecne rozoznávame 4 druhy korózneho praskania, ktoré môže viesť až k náhlym lomom. napäťové korózne praskanie
V niektorých materiáloch a prostrediach trhliny rastú stabilne pri hodnote faktora intenzity napätia KI, ktorá je menšia ako hodnota KIC.. V týchto prípadoch sa ako materiálová charakteristika používa veličina KISSC. To je samozrejme nebezpečné. Konštrukcia, je pri uvedení do prevádzky bezpečná, ale časom sa stáva nebezpečnou. Pr. Mosadze v parách čpavku, niektoré zliatiny Al, Mg a Ti v morskej vode.
korózna únava
Korózia má u väčšiny kovov výrazný vplyv na únavové vlastnosti. Napr. hodnota medze únavy, ktorá odpovedá Nf = 2.107 cyklov, klesne 4x v slanej vode v prípade bežných ocelí. Rýchlosť šírenia trhliny je väčšia – často oveľa väčšia – ako je súčet rýchlostí rastu trhliny vplyvom korózie a únavy. medzikryštálová (interkryštalická) korózia
Hranice zŕn majú spravidla iné korózne vlastnosti ako vlastné kryštalické zrná a môže tak dochádzať k ich prednostnej korózii. Vznikajúce trhliny sa potom môžu šíriť mechanizmom korózie pod napätím, príp. koróznou únavou. jamková korózia (pitting)
K lokálnemu napadnutiu koróziou dochádza spravidla v miestach, kde došlo k narušeniu ochranného oxidického filmu, napr. abráziou, rozrušením precipitátov v zliatine, a pod. Nečakané korózne porušenie materiálu sa v praxi deje predovšetkým lokálnym napadnutím, ale nie rovnomernou koróziou (tá je lepšie detekovateľná). Hoci existujú materiálové databázy, ktoré zahŕňajú odolnosť materiálu voči korózii, je potrebné pre konkrétny návrh súčasti, ktorá pracuje v koróznom prostredí posúdiť jej životnosť experimentálne. Experiment by sa mal robiť v prostredí, ktoré čo najvernejšie napodobňuje prevádzkové prostredie.
Korózne poškodenie výfuku auta Životnosť bežného výfukového systému priemerného rodinného automobilu je spravidla 2 roky. To nie je prekvapivé, výfuk sa robí z obyčajnej ocele, a ako vieme, tento materiál nie je odolný voči korózii. Vnútrajšok výfuku nie je natretý a začne korodovať v okamihu, keď príde do kontaktu s vlhkými spalinami motora. Jednoduchý a lacný vonkajší náter má skôr kozmetický charakter a začne počas prevádzky opadávať a dochádza ku korózii. Ionty chloridov zo soli, ktorá sa používa na solenie ciest v zimnom období rozrušujú vrstvu oxidov železa a koróziu ešte urýchlia. Životnosť výfukového potrubia by bolo možné predĺžiť použitím povrchovo povlakovaných plechov. Problémom, je ale povlak v mieste, kde je výfuk zvarený. Napr. Zn v mieste zvaru zhorí (Zn má teplotu topenia 420°C), alebo dôjde k odlúpeniu, odpadnutiu povlaku u kovu s vysokou teplotou topenia (napr. Ni, 1455°C). V prípade starších automobilov Škoda, ktoré mali motor vzadu, došlo preukázateľne k predĺženiu životnosti výfuku žiarovým nástrekom hotového výfuku hliníkom. Alternatívne materiály Najúspešnejším spôsobom ako zabrániť korózii by bolo použiť nehrdzavejúcu oceľ. Na povrchu vzniká film Cr2O3, ktorý pôsobí ako ochrana. Problém je ale pri výrobe výfukov a to keď sa používa zváranie. U niektorých antikoróznych ocelí – v oblasti blízkej zvaru – TOO – dochádza počas prevádzky ku korózii.
V oceli je vždy C. V TOO dôjde pri vyšších teplotách k interakcii C a Cr (v okolí hraníc zŕn) a vznikajú karbidy chrómu. Pretože okolie hraníc zŕn je ochudobnené o Cr a nemôže sa tak vytvárať ochranný film Cr2O3 – dochádza na tomto mieste k medzikryštálovej korózii. Dá sa to riešiť tzv. stabilizáciou antikoróznych ocelí – pridaním Ti alebo Nb (stabilné karbidy).
HODNOTENIE ZVAROVÝCH SPOJOV Štruktúra zvarového spoja
Makroskopický rozbor: V zvarovom spoji môžeme odlíšiť 3 oblasti: 1. Zvarový kov (množstvo roztaveného kovu je malé, rýchlosť ochladzovania veľká, primárna štruktúra je hrubozrnná, výrazne orientovaná – Kolumnárne kryštály. Tvorí sa v procese zvárania pretavením prídavného materiálu a časti základného materiálu, prípadne prechádzajúcej húsenky. -
pri viacvrstvovom zvare (dvoj, troj) má prvá a druhá vrstva jemnú pravidelnú štruktúru, len tretia posledná má kolumnárnu štruktúru.
-
pri zváraní plameňom, keď sa zvar spravidla robí ako 1-vrstvový je množstvo roztaveného kovu oveľa väčšie, rýchlosť ochladzovania menšia a výsledná štruktúra je hrubá, nepravidelná a s výraznou orientáciou v celom priereze zvaru.
Môžeme tu sledovať: -
makroskopické vady zvaru v rovine výbrusu
-
stanoviť postup výroby zvaru
2. TOO – vplyvom miestneho ohrevu v zvare vznikajú miesta s rozličnou teplotou, od teploty tavenia kovu až po teplotu okolia. Nastávajú tu veľké zmeny v štruktúre ocele, mení sa zrno. -
pri leptaní na makro má inú intenzitu leptania, takže je výrazne oddelená od ZK a ZM.
-
z jej rozmerov a šírky môžeme usudzovať o prehriatí ZK, príp. o technológii a parametroch zvárania
3. Základný materiál – začína tam, kde materiál vôbec nebol ohriaty, resp. ohrev nemal za následok štruktúrne zmeny, je to teda oblasť zváraním neovplyvnená.
Mikroskopický rozbor I- Mikroštruktúra zvarového kovu (ZK) Mikroštruktúra zvarového kovu je tvorená kolumnárnymi kryštálmi, ktorých kryštalizácia začína na stenách neroztaveného alebo čiastočne nataveného základného materiálu. Klasifikáciu mikroštruktúr ZK môžeme urobiť nasledovne: •
Primárny ferit (označený F) môže byť vylúčený po hraniciach zŕn (označený HF ) alebo vo vnútri zŕn pôvodne austenitických ako polyedrický (polygonálny) ferit. Polyedrický ferit sa vyskytuje tiež v TOO mikrolegovaných ocelí.
ZK jednovrstvového zvarového spoja ocele 11 523 zhotoveného zváraním automatom pod tavivom, lept. 1 % Nital
ZK viacvrstvového zvarového spoja mikrolegovanej ocele so zvýšenou Re zhotoveného metódou zvárania pod tavivom, lept. 1 % Nital
•
Postranný ferit (označený PF) je charakteristický miestom nukleácie a spôsobom rastu latiek feritu. Latky nukleujú na primárne vylúčenom ferite (F) po hraniciach zŕn pôvodného austenitu. Vytvárajú paralelne usporiadaný komplex ihlíc feritu, rastúci smerom do zrna pôvodného austenitu). Medzi latkami je možné pozorovať perlit, ktorý je podobný ako Widmanstättenický ferit (označený W).
•
Acikulárny ferit hrubý (HAF) je charakterizovaný väčšími nepolyedrickými zrnami spolu s nepravidelnými ostrovmi pseudoperlitu. Vyskytuje sa predovšetkým v TOO. Vo zvarovom kove sa tiež môže vyskytovať horný bainit, dolný bainit a martenzit. Sú to však štruktúry svetelným mikroskopom nerozlíšiteľné, a preto sa v našom prípade nimi nebudeme bližšie zaoberať.
•
Acikulárny ferit jemný (označený AF) je nepolyedrická štruktúra, ktorá sa vyskytuje najmä vo zvarovom kove môže sa vyskytovať aj v podhúsenicovej zóne mikrolegovanej ocele. Štruktúra AF má dobré plastické vlastnosti.
II – Mikroštruktúra zóny čiastočného natavenia (hranica natavenia) Zóna II je oblasť teplôt medzi likvidom a solidom príslušnej ocele. Táto zóna (pásmo) je veľmi úzka a ťažko metalograficky rozlíšiteľná. (Dochádza k vyrovnaniu chemického zloženia. V dôsledku priameho kontaktu so zvarovým kovom je tu možnosť intenzívnej difúzie vodíka a teda i možnosť iniciácie trhlín za studena.) III – Mikroštruktúra podhúsenicovej zóny V tejto oblasti (interval teplôt medzi Ac3 + 150 oC až solidus) nastáva zhrubnutie austenitického zrna v dôsledku ohrevu na vysoké teploty u ocelí, náchylných na rast austenitického zrna zváraných s veľmi vysokým tepelným príkonom (rast zrna je vyvolaný výdržou na vysokej teplote). Pri ochladzovaní nízkouhlíkových ocelí vzniká feritickoperlitická štruktúra s výraznou Widmanstättenickou štruktúrou (W), ktorá vzniká v dôsledku orientovaného vylučovania feritu.
-
ferit prednostne prekryštalizuje po hraniciach zŕn austenitu a v tvare ihlíc vo východzích kryštalografických smeroch.
-
vylúčenie feritu je charakteristické – sieťovo vylúčený ferit, z ktorého vyrastajú primárne feritické ihlice často svojou dĺžkou totožné s veľkosťou pôvodných austenitických zŕn. z týchto potom vyrastajú sekundárne, príp. ternárne feritické ihlice. Perlit je vylúčený v degenerovanej forme – v medziferitickom priestore. - mechanické vlastnosti sú charakteristické zvýšenou HV, Rm, Re ale zníženými hodnotami húževnatosti.
III – podhúsenicová zóna jednovrstvového zvarového spoja ocele 11 523 zhotoveného zváraním automatom pod tavivom,
III – podhúsenicová zóna viacvrstvového zvarového spoja mikrolegovanej ocele so zvýšenou Re zhotoveného metódou zvárania pod tavivom, lept. 1 % Nital
Mikrolegované zvárateľné ocele so zvýšenou Re sa v dôsledku mikrolegovania chovajú pri ohreve odlišne a v TOO nenastáva taký výrazný nárast austenitického zrna. Výsledná mikroštruktúra je charakterizovaná výskytom polyedrického feritu a acikulárneho feritu (AF) vo vnútri pôvodného austenitického zrna.
IV – zóna normalizácie jednovrstvového zvarového V – zóna čiastočnej prekryštalizácie jednovrstvového spoja ocele 11 523 zhotoveného zváraním automatom zvarového spoja ocele 11 523 zhotoveného zváraním pod tavivom, lept. 1 % Nital automatom pod tavivom, lept. 1 % Nital
IV – Mikroštruktúra zóny normalizácie Po ochladení z oblasti teplôt Ac3 až Ac3 + 100 až 150 oC vzniká jemnozrnná feritickoperlitická polyedrická štruktúra.
V – Mikroštruktúra zóny čiastočnej prekryštalizácie V oblasti teplôt medzi Ac1 až Ac3 dochádza k čiastočnej austenitizácii. Pri ochladzovaní nízko-uhlíkových ocelí vzniká transformovaný perlit chumáčkovitého tvaru. VI – Mikroštruktúra zóny žíhania na mäkko Je to oblasť teplôt s Tmax medzi 500 oC až Ac1. Pri bežných metódach zvárania (elektródou, v ochrannej atmosfére) zmeny mikroštruktúry nenastávajú. U metód s veľkým tepelným príkonom môže dôjsť k čiastočnej sferoidizácii perlitu. VII – Mikroštruktúra základného materiálu (ZM) Moderné konštrukčné ocele sú charakterizované tým, že sa u nich vo vysokej miere využívajú fyzikálne metódy spevňovania, ako je zjemnenie zŕn, precipitačné, substitučné a intersticiárne spevnenie, ktoré dosahujeme napr. termomechanickým spracovaním, disperzným spracovaním a pod. Toto umožňuje znížiť priemerný obsah C v oceli, takže súčasné ocele tejto kategórie majú typický obsah uhlíka do 0,15 %.
základná materiál – oceľ 11523, Nital
lept. 1 %
základný materiál, mikrolegovaná oceľ, Nital
lept. 1 %
MERANIE MIKROTVRDOSTI ZVAROVÝCH SPOJOV Mikrotvrdosť sa meria na priečnych rezoch zvarových spojov. Skúšanie sa vykonáva tak, aby sa stanovila najvyššia a najnižšia hodnota tvrdosti tak základného materiálu (v prípade nerovnakých základných materiálov obidvoch), ako aj zvarového kovu. Druh skúšania upravuje norma STN EN 1043-2. Skúšanie sa vykonáva v súlade s ISO 6507-1. Podstata: Skúška sa má robiť alebo vo forme radu vtlačkov R, alebo ako jednotlivé vtlačky E. Ak nie je príslušný typ zvaru uvedený v príkladoch, skúšobný postup musí byť primeraný zvarovému spoju. Ak nie je špecifikované inak skúša sa pri 23±5oC. Priečny rez sa musí odoberať mechanickým rezaním, zvyčajne priečne zvarovým spojom. Táto operácia a následná úprava povrchu sa musia vykonať starostlivo, aby tvrdosť meraného povrchu nebola ovplyvnená metalurgicky. Skúšaný povrch musí byť starostlivo upravený a prednostne by mal byť naleptaný, aby bolo možné dosiahnuť presné merania uhlopriečky vtlačkov v rôznych oblastiach zvarového spoja. Na obr.1 až obr.3 sú uvedené príklady vtlačkov merania tvrdosti zhotovené v líniách vrátane vzdialenosti od povrchu, tak aby tieto línie alebo ich časti umožnili vyhodnotenie celého zvarového spoja. V prípade potreby možno vyhotoviť aj dodatočné línie vtlačkov.
V kovoch ako hliník, meď alebo ich zliatiny, línie na koreňovej strane tupých zvarov (obr.1) nie sú potrebné. Počet a rozostup vtlačkov musí byť dostatočný na definovanie vytvrdených alebo zmäkčených oblastí v dôsledku zvárania. Odporúčaná vzdialenosť medzi stredom vtlačkov v TOO (HAZ) je uvedená v tab.1. Musí sa vyhotoviť dostatočný počet vtlačkov, aby sa zabezpečilo, že sa odskúša aj neovplyvnený základný materiál. Pre kovy, ktoré v TOO v dôsledku zvárania tvrdnú, sa majú v TOO vyhotoviť 2 dodatočné vtlačky vo vzdialenosti ≤0,5 mm medzi stredom vtlačku a hranicou stavenia (obr.2).
Obr.1 Príklad línie vtlačkov R v tupých zvaroch železných kovov
Tab.1 Odporúčaná vzdialenosť L medzi stredom vtlačkov v TOO (HAZ) Symbol tvrdosti podľa Vickersa
Odporúčaná vzdialenosť medzi vtlačkami L Železné kovy *
Hliník, meď a ich zliatiny
HV 0,1
0,2
0,6 až 2
HV 1
0,5
1,5 až 4
HV 5
0,7
2,5 až 5
* okrem austenitických ocelí
Obr.2 Umiestnenie vtlačkov v tupých zvaroch železných kovov (okrem austenitických ocelí)
Obr.3 Umiestnenie vtlačkov v bodových a výstupkových švových zvaroch žel. kovov
Obr.4 uvádza typické oblasti umiestnenia jednotlivých vtlačkov. Série 1-4 poskytnú informácie o neovplyvnenom základnom materiáli, série 5- 8 zodpovedajú TOO a série 9 - 11 zvarovému kovu. Iné umiestnenie vtlačku možno urči aj na základe metalografickej skúšky. Aby sa zabránilo vplyvu deformácie spôsobenej vtlačkom, minimálna vzdialenosť medzi stredom jednotlivých vtlačkov v ľubovoľnom smere nesmie byť menšia ako 2,5 násobok priemernej uhlopriečky najbližšieho vedľajšieho vpichu. Pri skúšaní s jednotlivými vtlačkami sa musia oblasti číslovať, ako je to uvedené na obr.4.
Obr.4 Príklad umiestnenia bodov merania tvrdosti jednotlivými vtlačkami (E)
Z meraní sa musí vyhotoviť protokol o skúške. Informácie, ktoré musí obsahovať sú uvedené v prílohách A a B. Odporúča sa používať ich ako formuláre. Iné formuláre možno použiť podľa STN EN 1043-2 len, ak obsahujú všetky požadované informácie.
PRÍLOHA A SKÚŠKA TVRDOSTI (R) ZVAROVÝCH SPOJOV Druh skúšky tvrdosti: ...................................................................................................... Označenie skúšobného stroja: ......................................................................................... Základný materiál: ........................................................................................................... Hrúbka materiálu: ............................................................................................................ Typ zvaru: .......................................................................................................................... Spôsob zvárania: ................................................................................................................ Zvárací materiál: ............................................................................................................... Tepelné spracovanie po zváraní a/alebo starnutie: ........................................................ Stručné označenie línie vtlačkov: ..................................................................................... Poznámky:
Obrázok alebo náčrt udávajúci rozmery a označenie línie vtlačkov
T v r d o s ť
600
HV
100
500 400 300 200
0 Stred zvaru Vzdialenosť od stredu zvaru (v mm) = .......
PRÍLOHA B SKÚŠKA TVRDOSTI (E) ZVAROVÝCH SPOJOV Druh skúšky tvrdosti: ...................................................................................................... Označenie skúšobného stroja: ......................................................................................... Základný materiál: ........................................................................................................... Hrúbka materiálu: ............................................................................................................ Typ zvaru: .......................................................................................................................... Spôsob zvárania: ................................................................................................................ Zvárací materiál: ............................................................................................................... Tepelné spracovanie po zváraní a/alebo starnutie: ........................................................ Poznámky:
Obrázok alebo náčrt udávajúci rozmery a označenie línie vtlačkov
Oblasť 1 Neovplyvnený kov
2 3 4
Základný materiál
5 6 TOO 7 8
Zvarový kov
9 10 11
Poloha vtlačku Základný materiál, neovplyvnený, povrch Základný materiál, neovplyvnený, stred Základný materiál, neovplyvnený, povrch Základný materiál, neovplyvnený, stred Základný materiál, TO vrchná časť zvaru Základný materiál, TO spodná časť zvaru Základný materiál, TO vrchná časť zvaru Základný materiál, TO spodná časť zvaru Zvarový kov, vrchná časť Zvarový kov, stredná časť Zvarový kov, spodná časť
Jednotlivé hodnoty tvrdosti HV
CHYBY V ZVAROVOM SPOJI Veľký rozstrek
Príčiny - príliš veľký zv. prúd - dlhý oblúk - nesprávna polarita - vlhkosť alebo nečistota na zvarových hranách Opatrenie - zníženie zv. prúdu - zmenšenie dĺžky oblúka - kontrola polarity - osušiť miesto zvaru
Uhlové deformácie Príčiny - nevhodný postup zvárania - veľký počet vrstiev - nesymetrické zvary Opatrenie - obojstranné zváranie - elektródy väčšieho prierezu - správne poradie kladenie vrstiev - riadne upevnenie zvarenca
Fúkanie oblúka Príčiny - fúkanie el. oblúka vplyvom mg. polí - vyskytuje sa pri zváraní jednosmerným prúdom - prejavuje sa po hranách zvarenca Opatrenie - voliť striedavý prúd - zmena uhla elektródy
Trhliny vo zvarovom spoji Príčiny - základný materiál má väčší % C, Mn alebo ďalších legúr - rýchle ochladzovanie v TOO - vlhké elektródy Opatrenie - voliť zvárateľný materiál - znížiť rýchlosť ochladzovania v TOO - použitie vysušených bázických elektród
Kryštalizačné trhliny Príčiny - nevhodný typ elektródy - základný materiál s vysokým obsahom c a síry - nevhodná geometria zvaru - zvar nie je dostatočne dimenzovaný Opatrenie - elektródy s bázickým obalom - vhodný základný materiál - zamedzenie širokých medzier medzi zvarencami - dimenzovanie zvarov
Trhliny v kráteri Príčiny - príliš rýchle ukončenie zvárania (trhlina začínajúca v dutine krátera je zapríčinená vplyvom zmrašťovania pri tuhnutí zvarového kovu) Opatrenie - vyplnenie krátera po ukončení zvárania
Vady koreňa Príčiny - postupová rýchlosť zvárania je veľká - medzera medzi zvarencami je malá - nevhodné vedenie elektródy Opatrenie - zníženie rýchlosti zvárania - voliť menší priemer elektródy - správna medzera medzi zváranými dielmi - správna technika zvárania
Struskové vmestky Príčiny - struska predbieha oblúk - nedokonalé odstránenie strusky medzi jednotlivými vrstvami - nesprávne poradie kladenia vrstiev Opatrenie - zvýšiť rýchlosť zvárania - odstránenie strusky aj brúsením ak je to nevyhnutné - správna technika nanášania vrstiev správny postup zvárania
Póry Príčiny - vlhkosť nesprávne skladovaných elektród - nečistoty alebo ochranné nátery na zvarových hranách - vysoká rýchlosť zvárania - rýchle chladnutie lázne vplyvom nízkeho zváracieho prúdu Opatrenie - Presušenie elektród, alebo používať novú krabicu (neotorenú) - Odstránenie náterov, nečistôt, koróznych produktov, okuji a pod. - Zníženie rýchlosti zvárania - Skrátenie dĺžky oblúka
Zápaly Príčiny - zv. prúd je príliš veľký - nesprávna elektróda - oblúk je príliš dlhý - nevhodný priemer elektródy Opatrenie - Nastaviť správnu intenzitu prúdu - Správny uhol vedenia elektródy - Dodržiavať vhodnú dĺžku - Vhodný priemer elektródy
Studené spoje Príčiny - nízky zvárací prúd - nesprávne vedenie elektródy - príliš veľká rýchlosť zvárania - malý priemer elektródy Opatrenie - zvýšiť hodnoty zv. prúdu - zmeniť uhol elektródy - elektródy väčšieho priemeru
