Název projektu
Využití metod strukturní analýzy, zkoušení mechanických vlastností a nedestruktivní defektoskopie při komplexní charakterizaci pokročilých materiálů
Kód
SP2019/27
Předmět výzkumu
Základním úkolem materiálového inženýrství je studium souvislostí mezi strukturou a vlastnostmi materiálů. Optimalizace vlastností technických materiálů je založena na řízeném ovládání jejich mikrostruktury, což se neobejde bez detailní znalosti vzájemných vztahů mezi strukturou a vlastnostmi materiálů. Technické materiály se často používají v metastabilním strukturním stavu a v průběhu jejich dlouhodobé exploatace může docházet k velmi pomalým změnám struktury směrem k termodynamicky rovnovážnému stavu. To je obvykle spojeno s určitým poklesem úrovně mechanických vlastností. To znamená, že pro zaručení bezpečného provozování součástí po celou dobu jejich životnosti jsou nezbytné detailní poznatky o procesech degradace struktury a vlastností materiálů v závislosti na podmínkách expozice, včetně vlivu pracovního prostředí. Při kontrole jakosti moderních materiálů a komponent vyrobených z těchto materiálů se intenzivně využívají metody nedestruktivní defektoskopie. Tyto metody umožňují identifikovat nepřípustné defekty, nicméně pro spolehlivé stanovení příčiny těchto defektů je nezbytná detailní strukturní analýza.
Mezi základní metody hodnocení struktury materiálů patří světelná mikroskopie, metody využívající zfokusovaný svazek elektronů (řádkovací elektronová mikroskopie, prozařovací elektronová mikroskopie) a rtg difrakční analýza. Jednotlivé experimentální metody mají své přednosti, ale i omezení, a proto je žádoucí využívat při charakterizaci strukturních parametrů technických materiálů několik různých metod. Např. světelná mikroskopie je často doplňována obrazovou analýzou, analytickou řádkovací elektronovou mikroskopií (EDX analýzou a/nebo EBSD analýzou), rtg difrakční analýzou i prozařovací elektronovou mikroskopií. Synergie těchto experimentálních technik umožňuje detailně charakterizovat strukturní parametry různých typů materiálů.
Každá z metod strukturní analýzy vyžaduje specifickou přípravu vzorků, na jejichž kvalitě pak významně závisí výsledky strukturní analýzy. V rámci projektu se předpokládá široké zapojení studentů navazujícího a doktorského studia do přípravy vzorků z různých typů technických materiálů, do sběru experimentálních dat a interpretace získaných výsledků v rámci realizace jejich závěrečných, resp. disertačních prací. Projekt počítá s maximálním využitím zařízení katedry materiálového inženýrství v oblasti přípravy metalografických výbrusů, světelné mikroskopie, digitální obrazové analýzy a řádkovací elektronové mikroskopie. V laboratoři elektronové mikroskopie RMTVC bude využíván řádkovací a prozařovací elektronový mikroskop, včetně technik EDX, EBSD a speciálních zařízení pro přípravu preparátů. Vzhledem k tomu, že v současné době katedra nedisponuje kvalitním zařízením pro rtg difrakční analýzu, předpokládá se spolupráce s externím pracovištěm.
Součástí projektu bude hodnocení mechanických vlastností progresivních technických materiálů. K charakterizaci vlastností materiálů bude využíváno technické vybavení katedry materiálového inženýrství, které umožňuje provádět zkoušky tvrdosti, tahové zkoušky, tlakové zkoušky, únavové zkoušky v módu tah - tlak, testy v tříbodovém ohybu a Charpyho zkoušky rázem v ohybu. V rámci projektu OP VVV byla vybudována laboratoř defektoskopie vybavená ultrazvukovým defektoskopem, defektoskopem vířivých proudů a ultrazvukovým tloušťkoměrem. Tyto metody nedestruktivní kontroly materiálů umožní rozšířit spektrum technik používaných na katedře materiálového inženýrství při charakterizaci kvality materiálů a komponent vyrobených z těchto materiálů. To by se mělo pozitivně projevit na kvalitě doktorských prací i závěrečných prací navazujícího magisterského studia. Kromě toho budou ke studiu závislostí mezi strukturou a vlastnostmi pokročilých materiálů využívány vzorky z dlouhodobých zkoušek (např. zkoušek tečení), provedených na externích pracovištích.
Pro řešení diplomových prací v rámci studijního programu Progresivní technické materiály a disertačních prací v rámci studijního programu Materiálové vědy a inženýrství i příbuzných studijních programů jsou výše uvedené experimentální metody hodnocení struktury a mechanických vlastností zcela nezbytné. Projekt počítá s řešením následujících témat závěrečných prací: Vodíkové zkřehnutí DP ocelí, Studium porušení tlakových zásobníků s umělým vrubem, Analýza mechanických vlastností materiálu AISI 316L a jeho svařence před a po vodíkování, Hodnocení materiálových a strukturních charakteristik dlouhodobě provozované oceli P91, Studium vlivu složení válcovaného drátu a technologie výroby na finální vlastnosti pneudrátu, Materiálový rozbor kobaltových slitin na výrobu rozvlákňovacích hlav pro sklářský průmysl a dalších.
Získané výsledky umožní prohloubit znalosti a dovednosti studentů i pedagogů v oblasti studia struktury a vlastností především pokročilých materiálů, včetně interpretace získaných výsledků. Výsledky řešení projektu přispějí k dalšímu zvýšení kvality pedagogického procesu.
Navrhovaný projekt částečně navazuje na výsledky a poznatky získané při řešení projektu SGS s názvem Studium vztahů mezi strukturními parametry a vlastnostmi pokročilých materiálů v roce 2016, projektu SGS s názvem Rozvoj experimentálních metod charakterizace struktury a vlastností technických materiálů v roce 2017 a projektu s názvem Studium souvislostí mezi technologií výroby a zpracováním pokročilých materiálů, jejich strukturními parametry a užitnými vlastnostmi v roce 2018. Důležitou součástí navrhovaného projektu bude implementace nově pořízených technik nedestruktivní kontroly kvality materiálů a rozvoj metodik strukturní analýzy umožňujících stanovení příčiny nepřípustných NDT defektů.
Rok zahájení
2019
Rok ukončení
2019
Poskytovatel
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Kategorie
SGS
Typ
Specifický výzkum VŠB-TUO
Řešitel