Projekty řešené v aktuálním roce

Materiálové a technologické vlastnosti konstrukčních materiálů ve vztahu ke způsobu jejich výroby, zpracování a působení degradačních mechanismů

SP2025/076

V rámci projektu budou řešeny dílčí výzkumná témata: 1. Výrobní procesy a procesy zpracování ve vztahu k výsledným technologickým vlastnostem konstrukčních materiálů; 2. Mikrostrukturní změny konstrukčních materiálu a jejich změny; 3. Životnost kovových materiálů ve vztahu k degradačním mechanismů, která budou realizována na pracovištích Katedry materiálového inženýrství a recyklace. Řešitelské týmy a zapojení jednotlivých členů jsou popsány v příloze. Klíčovým pojítkem pro všechny výzkumné oblasti je vztah mikrostruktury a užitných vlastností v závislosti na předchozích procesech výroby a podmínkách provozování při využití metod optické a elektronové mikroskopie. Mikrostrukturní parametry budou doplněny hodnocením především mechanických, korozních vlastností a technologických vlastností. Jednotliví řešitelé z řad akademických pracovníků a doktorandů se budou podílet na více výzkumných aktivách a v současné době aktivně spolupracují. Klíčem k úspěšnému řešení projektu je však také zapojení studentů navazujícího magisterského studia, kteří díky tomu získají unikátní zkušenosti s výzkumnou činností. Pro zvýšení bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti energetických zařízení je nutné dlouhodobě sledovat procesy spojené s mikrostrukturními změnami svarových spojů, které z důvodu dlouhodobé vysokoteplotní expozice mohou vykazovat mikrostrukturní změny indikující změnu mechanických vlastností. Na základě tohoto sledování a bližšího rozboru degradačního poškození svarových spojů je možné provést včasnou predikci vzniku a vývoje vad v těchto kritických místech energetických zařízení. Proces svařování je však v technické praxi používán ve více průmyslových odvětvích, proto mu bude v rámci studentských prací věnováno více prostoru, a to jak z hlediska technologického provedení, tak z materiálového hlediska s důrazem na pokročilé typy svařovacích technik zejména bez použití přídavného materiálu. Jelikož jsou metody spojené s aditivní výrobou přesných produktů stále aktuální, a jejich použití v průmyslových odvětvích neustále narůstá, je třeba také dostatečně charakterizovat materiály touto metodou produkované, a to jak ve vztahu k nastaveným parametrům výroby vč. geometrie konečných výrobků, tak z hlediska postprocessingu, resp. následného zpracování povrchu. Cílem této části bude do hloubky prozkoumat vliv nastavení výroby na konečné užitné i mechanické vlastnosti a charakter povrchu vzniklých výrobků. V rámci tohoto předkládaného projektového návrhu budou primárně zkoumány slitiny titanu vyrobené rozdílnými metodami aditivní výroby. V souladu s energetickou politikou budou intenzivně řešena témata týkající se vlivu a degradačního působení vodíku na specifické druhy materiálů. Pozornost bude zaměřena především na procesy způsobující selhání kovových materiálů vlivem atomárního vodíku (elektrolyticky vyrobeného), či molekulárního působícího za vysokých tlaků. Různé podmínky termomechanického zpracování ocelí způsobují významné mikrostrukturní změny, které ovlivňují jejich mechanické vlastnosti. V rámci tohoto projektu budou proto analyzovány vztahy mezi výrobními procesy, termomechanickým zpracováním, mikrostrukturními parametry a výslednými mechanickými vlastnostmi vybraných druhů ocelí využívaných v energetickém sektoru. V návaznosti na materiály požívané v energetice bude jedním z výzkumných témat i technologie přípravy energeticky bohatých fosilních surovin na jejich další využití, kdy bude studována technologie rozmrazovacího tunelu, a to především s důrazem na materiálové provedení klíčových komponent tak, aby byla zajištěna jejich dlouhodobá životnost a snížená poruchovost. V podobném měřítku bude provedena i materiálová analýza a vhodný design HRSG kotle, který využívá odpadní teplo ze spalovacího procesu ke genezi nízkotlaké páry. V rámci toho tématu bude kladen důraz opět na materiálové provedení klíčových součástek tak, aby byla zajištěna bezporuchovost celého zařízení, a tedy jeho zvýšena životnost. Jedním z cílů projektu vzájemně propojit studium vlivu moderních výrobních postupů výsledných technologických a materiálových charakteristik, budou výzkumná témata jednotlivých studentů také zaměřena na pokročilé metody výroby specifických součástek. V rámci této části bude studována metoda vstřikování prášku (MIM) použita k výrobě dílců z nástrojové oceli. Dále budou studovány metody spojené s výrobou magnetů, kdy bude sledován vliv charakteru vstupního granulátu na lisovatelnost feritového prášku a potažmo i výsledné vlastnosti připravených magnetů. Jelikož je jedním z témat současné doby, které se promítlo i do strategického záměru vědy a výzkumu, cirkulární ekonomika, bude v rámci předkládaného projektového návrhu řešeno i téma sekundárního využití odpadů na bázi stabilních a netoxických izolačních materiálů. Tato část výzkumného záměru bude cílit především na způsoby separace a minerálních izolačních vláken od zbytku odpadu a další zpracování této cenné druhotné suroviny. Degradační procesy spojené s provozem konstrukcí působí nemalé škody ve všech průmyslových odvětvích, kdy náklady spojené s korozním poškozením tvoří nemalou část HDP všech rozvinutých zemí, bude další výzkumné téma zaměřeno na ochranu konstrukcí před působením koroze dodatečnými povrchovými úpravami na bázi kombinace mechanicko-chemických předúprav a procesu fosfátování. Všechna řešená témata, stejně jako témata diplomových prací, která s řešením projektu úzce souvisí, jsou v souladu se Strategickým záměrem FMT VŠB-TUO na období 2021-2027. O výše popsaná témata projevily zájem firmy, např. Třinecké železárny a.s., ČEZ a.s., Medin a.s., Mubea a.s. apod. V rámci projektu se předpokládá 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 a recyklace v oblasti přípravy metalografických výbrusů, světelné mikroskopie a digitální obrazové analýzy. V laboratořích elektronové mikroskopie budou využívány řádkovací (SEM) a prozařovací (TEM) elektronové mikroskopy, včetně technik EDX (energiově dispersní spektroskopie), EBSD (difrakce zpětně odtažených elektronů) a speciálních zařízení pro přípravu preparátů. Pro studium korozní odolnosti progresivních technických materiálů, včetně odolnosti vůči vodíkové křehkosti, budou využita zařízení laboratoře koroze. Korozní odolnost bude studována pomocí elektrochemických zkoušek v prostředí simulujícím bodovou korozi a také bude hodnocena míra zcitlivění materiálu v tepelně ovlivněné oblasti svarových spojů metodou EPR-DL. Vodíková křehkost bude hodnocena metodou SSRT (Slow Strain Rate Test), difúzní charakteristiky vodíku budou stanoveny permeačními metodou. Součástí projektu bude hodnocení mechanických vlastností progresivních technických materiálů. K charakterizaci vlastností materiálů bude využíváno technické vybavení Katedry materiálového inženýrství a recyklace, které umožňuje provádět statické i dynamické zkoušky. Pro řešení závěrečných prací v rámci studijních programů Materiálové inženýrství, Materiály pro energetiku (navazující studium) a Materiálové vědy a inženýrství (doktorské studium), jsou výše uvedené experimentální metody pro hodnocení struktury a mechanických vlastností nezbytné. Řešitelské týmy a zapojení jednotlivých členů jsou podrobněji popsány v příloze. Výsledky projektu přispějí ke zvýšení kvality pedagogického procesu a současně k rozvoji znalostí a dovedností studentů i pedagogů v oblasti studia struktury a vlastností pokročilých materiálů. Zvláštní důraz bude kladen na interpretaci získaných dat, která budou publikována v impaktovaných časopisech a sbornících mezinárodních konferencí. Aktivní zapojení studentů magisterského studia do řešení projektu pozitivně ovlivní kvalitu jejich závěrečných prací, což zároveň přispěje k dobrému jménu fakulty. Očekává se, že účast v projektu SGS bude studenty motivovat k dalšímu studiu v doktorských programech. Navrhovaný projekt částečně navazuje na ověřené postupy, výsledky a poznatky získané při řešení projektů SGS z předchozích let.

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Hlinka Josef Ing., PhD.