Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Varivost kovin in lomne lastnosti zvarnih spojev

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.10.00  Tehnika  Proizvodne tehnologije in sistemi   
2.04.00  Tehnika  Materiali   
2.11.00  Tehnika  Konstruiranje   

Koda Veda Področje
T130  Tehnološke vede  Produkcijska tehnologija 
T150  Tehnološke vede  Tehnologija materialov 
T165  Tehnološke vede  Laserska tehnologija 
T220  Tehnološke vede  Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin 
T450  Tehnološke vede  Kovinska tehnologija, metalurgija, kovinski izdelki 
Ključne besede
Visoko trdnostna jekla, zlitine Al in Ti, visoka leg. jekla, varivost, lomna in udarna žilavost, OP in VEM mikroskopija, notranje napetosti simulacije varivosti,
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (21)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  17115  Herman Alavančič    Raziskovalec  2001 - 2003 
2.  10369  dr. Ivan Anžel  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  715 
3.  14334  dr. Tonica Bončina  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  400 
4.  20229  dr. Mihael Brunčko  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  260 
5.  05168  dr. Vladimir Gliha  Proizvodne tehnologije in sistemi  Vodja  2001 - 2003  338 
6.  16185  dr. Leo Gusel  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2001 - 2003  154 
7.  01375  dr. Janez Kramberger  Konstruiranje  Raziskovalec  2002 - 2003  536 
8.  15363  mag. Roman Krepek  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2001 - 2002  37 
9.  02780  dr. Alojz Križman  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  773 
10.  11951  dr. Gorazd Lojen  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  253 
11.  17116  Franc Pernat    Raziskovalec  2001 - 2003 
12.  08488  dr. Zdravko Praunseis  Energetika  Raziskovalec  2001 - 2002  341 
13.  04005  mag. Anton Pristavec  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2001 - 2002  211 
14.  12310  dr. Bogdan Pučko  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2002 - 2003  50 
15.  19094  dr. Danilo Rojko  Konstruiranje  Raziskovalec  2001 - 2003  31 
16.  14335  dr. Rebeka Rudolf  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2001 - 2003  1.096 
17.  16170  dr. Matjaž Šraml  Promet  Raziskovalec  2002 - 2003  481 
18.  17123  Rok Šulek    Raziskovalec  2001 - 2003  79 
19.  10607  mag. Arpad Treiber  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2001 - 2003  25 
20.  15682  dr. Tomaž Vuherer  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2002 - 2003  515 
21.  12295  dr. Franc Zupanič  Materiali  Raziskovalec  2001 - 2003  483 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0795  Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo  Maribor  5089638010  23.905 
Povzetek
Program je namenjen raziskavam spajanja tehnično uporabnih kovin z varjenjem ter razvoju novih materialov in tehnologij. a) Varivost materiala je temelj uspešnega spajana tehnično uporabnih kovin z varjenjem, ki morajo ostati trdno spojene ves čas uporabe izdelka. Če je trdnost zvarnega spoja manjša od trdnosti vgrajenega materiala, ostane del materiala neizkoriščen. Zato se pri raziskovalnem delu ni dovolj posvetiti le varivosti ter vzrokom in pojavom, ki vplivajo na slabšo ali boljšo varivost. Da bi lahko trdnost zvarnih spojev zvečali je nujno poznati njihovo obnašanje v raznoterih stanjih in napetostnih situacijah. Pri tem je treba uporabiti zakonitosti mehanike lome in upoštevati specifičnosti, ki so povezane z obstojem razpok v obremenjenih zvarnih spojih. Razpoke namreč ne vplivajo samo na nivo napetosti, ampak vplivajo na napetostno stanje, posredno pa na lastnosti materiala, v katerem so napetosti v interakciji z razpokami. Razlike med lastnostmi kovinskih materialov pred in po predelavi z varjenjem so posledica različne mikrostrukture. Lastnosti polikristalnih kovinskih materialov so odvisne od mikrostrukture, ta pa je funkcija kemične sestave, izhodnega stanja in termo-mehanske zgodovine, ki pa zadeva tudi predelavo. Mikrostruktura osnovnega materiala z določeno sestavo je produkt v naprej predvidene in natančno izvedene termične ali termomehanske obdelave pri proizvajalcu. Pri mikrostrukturi zvarnega spoja pa je pomembna končna kemična sestava posameznih področij (var/varki in različni deli TVP) ter pri talilnem varjenju nujni in izredno težko nadzorovani termični oziroma termomehanski vpliv samega varjenja. Pri izdelavi zvarnih spojev je dejanski termični vpliv odvisen od same tehnologije predelave. Zvarni spoji povzročajo koncentracijo napetosti. Te so posledica tako zunanjih obremenitev (mehanske,termične) kot notranjih. Zaradi prisotnosti nehomogenosti v zvarnih spojih industrijske kakovosti, zaostalih napetosti, ki so tudi posledica varjenja s taljenjem, ter preobremenitev varjenih konstrukcij pred in med uporabo, se lom po pravilu začne v samih spojih. Zvarni spoji so torej najšibkejši členek varjenih konstrukcij. Lom zvarnih spojev se ponavadi manifestira s porušitvijo konstrukcij (ali strojev), ki tako ne postanejo le neuporabne, ampak pri tem, še posebno če gre za veliko kapitalno opremo, ogrožajo življenja in uničujejo okolje. Lastnosti obremenjenih zvarnih spojev, ki se lomijo pod vplivom razpoke, so temelj kvantitativne ocene trdnosti zvarnih spojev z razpokam-podobnimi napakami. Potek presojanja lomnih lastnosti zvarnih spojev z izrazitimi trdnostnimi neenakostmi je bistveno drugačen kot pri konstrukcijskih elementih s pretežno uniformnimi lastnostmi. Obetajoči so predvsem veliki natezni (WP) preizkušanci, v katerih so razmere v zvarnem spoju z razpoko zaradi razsežnosti dokaj blizu tistim v realnih razmerah. Takšno eksperimentalno delo, ki je zaradi velikosti preizkušancev zahtevno in povezano z velikimi stroški pri pripravi preizkušancev, nabavi raziskovalne opreme in dolgotrajnem testiranju, da bistveno realnejše rezultate, kot bolj praktični majhni preizkušanci, pri katerih so rezultati prepesimistični. Načrtovanje tehnologije izdelave zvarnih spojev in njihovo dimenzioniranje, zasnovano na prepesimističnih rezultatih raziskav, pa vodi k slabem izkoristku materiala, in tako k neekonomičnosti. b) Raziskovalni program pri razvoju novih materialov in tehnologij je usmerjen (1) k izdelavi zlitin s posebnimi mikrostrukturami in lastnostmi s tehnologijo kontinuiranega litja ter (2) k izdelavi diskontinuirano ojačanih kompozitov s kovinsko osnovno (predvsem kompozitov na osnovi bakra in aluminija). Pri tem je poudarek namenjen študiju fizikalno-kemijskih procesov, ki potekajo v tekočem, delno tekočem in trdnem stanju, saj temeljito razumevanje teh procesov omogoča hitrejše doseganje želenih mikrostruktur ter lastnosti materialov, prav tako pa pospeši razvoj primernih tehnologij izdelave. ...
Pomen za razvoj znanosti
Za opisano vsebino programa raziskav smo zainteresirali nemški inštitut GKSS v Geestacht-u v bližini Hamburga, ki ima na razpolago velike laboratorijske kapacitete in je z nami pri realizaciji programa pripravljen sodelovati.Rezultati in izkušnje bodo vkorist obeh. V znanstvenem smislu so raziskave pomembne zato, ker bodo omogočile presoditi stopnjo medsebojne povezave rezultatov testiranja žilavosti na velikih in malih preizkušancih. Majhni preizkušanci, ki dajejo prekonzervativne rezultate, niso uporabni za presojo dejanske varnosti varjenih konstrukcij, so pa mnogo cenejši in do rezultatov privedejo po bistveno enostavnejši poti. Omogočajo razvrstiti materiale po stopnji podvrženosti krhkosti pri določeni temperaturi glede na način izdelave oziroma predelave. Menimo, da bi postavitev korelacijske zveze med udarno in lomno-mehansko CTOD žilavostjo,izmerjeno na velikih WP preizkušancih, veliko prispevala razumevanju in pravilnem ocenjevanju zmogljivosti zvarnega spoja v realnih pogojih uporabe varjene konstrukcije ali stroja. Upoštevane bi bile tudi zaostale napetosti, prisotnost napak, odstopanje od predpisanih dimenzij in oblike zvarnih spojev, mediji itd.. Na ta način bi se lažje in z manjšimi stroški pristopilo k ocenjevanju varnosti varjenih konstrukcij in strojev na osnovi konceptov "Fitness for Purpose", ki zahteva interdisciplinarni pristop konstrukterjev, tehnologov, mehanikov, defektologov ter raznoraznih laboratorijev. Razvoj tehnologij kontinuirnega litja posebnih zlitin in izdelave kompozitov s kovinsko osnovo bo prispevek k razumevanju osnovnih fizikalnih in kemijskih procesov, ki se dogajajo v proučevanih materialih.
Pomen za razvoj Slovenije
Obetamo si razširitev spoznanj o mehanizmih nastanka krhkega loma v grobozrnatem delu TVP na zvarnih spojih z izrazito trdnostno heterogenostjo in o pojavu lokalnih krhkih področij, ko je žilavost TVP, ki je izmerjena na klasični način (Charpy), zadovoljiva. Glavni vzrok pojava krhkega loma je mehanizem preusmeritve procesa loma v področje z mikrostrukturo, katere posledica je lokalno nižja meja tečenja materiala. Za to je odločilna trdnostna neenakost M med materialom vara in varjenim materialom. Spremeniti moramo dosedanje metode meritev žilavosti materiala TVP in razviti novo metodologijo, pri katerih rezultati eksperimentov za za določitev lomne žilavosti ne bodo odvisni od trdnostne nehomogenosti zvarnega spoja. Tako bo mogoče realno oceniti zmožnosti celotnega zvarjenega sklopa, da se obremenitvam zoperstavi tudi v primeru vpliva zelo ostre napake-razpoke.Določen napredek obeta uporaba Charpy preizkušancev z utrujenostno razpoko (instrumentirani Charpy preizkus), ki smo ga inštalirali v tem letu. Napredek pričakujemo le pri nekoloko nižjih trdnostnih razlikah, do M=1,2. Vrazmerah, ko je M>1,2 pričakujemo ustreznejše rezultate pri CTOD/CT preizkušancih, izrezanih iz zvarnega spoja tako, da je konica razpoke v TVP v smeri pravokotno na os zvara v različnih oddaljenostih od črte taljenja. Raziskave so fokusirane v eksperimentalno določevanje žilavostnih lastnosti mikrostrukturnih področij zvarnega spoja, ki so merodajna za pojav krkih nestabilnosti v spojih z M=1. V stanju bomo izdelati orodje za ocenjevanje kvalitete in varnosti tako novo zgrajenih varjenih konstrukcij in strojev, kakor tistih, ki že obratujejeo, pa se dejansko o varnosti pri njih sploh nič ne ve. Rezultati raziskav, ki jih bomo opravili na velikih in majhnih preizkušancih, na zvarnih spojih z namenoma ustvarjenimi velikimi razlikami v mehanskih lastnostih, bodo pomembni za slovensko srokovno raven, za občutek in spretnost pri raziskovanju in za uporabo v praksi. Raziskave novih materialov in tehnologij njihove izdelave predstavljajo osnovo za prenos v industrijsko proizvodnji. Velik delež znanja in in dodane vrednosti pri sodobnih materialih bi lahko povečal konkurenčno sposobnost slovenskega gospodarstva.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno