Laboratorium z mechanizmów niszczenia materiałów

Laboratorium z mechanizmów niszczenia materiałów
Temat I. Badania mechanizmów pękania włóknistych
polimerowych w próbie ścinania międzywarstwowego
Materiały do przygotowania: Budowa i własności laminatów poliestrowo/
kompozytów
szklanych (wykład
Kompozyty) oraz Mechanizmy pękania materiałów kompozytowych (wykład Mechanizmy niszczenia
materiałów
PRZEBIEG ĆWICZEŃ
Ćwiczenie nr 1 (2h)
A. Wprowadzenie. Badania wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe warstwowych
kompozytów włóknistych. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia i przygotowania
sprawozdania.
B. Praktyczne przeprowadzenie próby ścinania międzywarstwowego (ILSS) laminatów
poliestrowo/szklanych wstanie suchym i mokrym. Skopiowanie z komputera danych z
pomiarów, siła, ugięcie. Wykreślenie wykresów porównawczych w stanie suchym i mokrym.
Wykresy słupkowe: % spadku wytrzymałości na ścinanie miedzywarstwowe ILSS.
Ćwiczenie Nr 2 (2h)
Badania mikroskopowe mechanizmów pękania laminatów poliestrowo-szklanych.
1. W zespołach dwuosobowych polerowanie zgładów z kompozytów poliestrowo
szklanych. Obserwacja powierzchni za pomocą mikroskopu optycznego.
2. Naszkicowanie struktur z zaznaczeniem podstawowych formy zniszczenia.
3. Analiza obrazów mikroskopowych SEM próbek suchych i po ekspozycji w wodzie
Ćwiczenie Nr 3 (1h)
Zaliczenie
W celu obliczenia wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe (ILSS) określa się max
obciążenie, po którym dochodzi do spadku siły i podstawia się do wzoru
ILSS= b=075 Pmax/bh
LABORATORIUM Z MECHANIZMÓW
NISZCZENIA MATERIAŁÓW
Temat I: Badania mechanizmów pękania włóknistych kompozytów
polimerowych w próbie ścinania miedzywarstwowego. Ćwiczenie nr 1.
SPRAWOZDANIE
Próba ścinania międzywarstwowego ILSS
1. Naszkicować schemat obciążenia próbki w próbie ILSS
2. Wypełnić tabelkę.
Szerokość
Rodzaj
Próbki
Grubość
P
P spadek ILSS=
%spadku w
1 pękniecie naprężenia b=075 Pmax/bh stanie
mokrym
3. Wykreślić wykresy porównawcze siła –ugięcie. Porównać i wyciągnąć wnioski
LABORATORIUM Z MECHANIZMÓW
NISZCZENIA MATERIAŁÓW
Temat I: Badania mechanizmów pękania włóknistych kompozytów
polimerowych w próbie ścinania międzywarstwowego. Ćwiczenie nr 2.
SPRAWOZDANIE
1. Przygotować zgłady przekrojów próbek w stanie wyjściowym oraz poddanych próbie
na wytrzymałość międzywarstwową.
4. Na podstawie obserwacji na mikroskopie optycznym naszkicować schematycznie
mikrostrukturę (x200) laminatu poliestrowo szklanego w stanie wyjściowym i po próbie
na wytrzymałość międzywarstwową. Zaznaczyć podstawowe formy zniszczenia:
pęknięcie poprzeczne i delaminacje.
Stan wyjściowy
Stan po badaniu
Laboratorium z mechanizmów niszczenia materiałów
Temat II. Badania mechanizmów niszczenia kawitacyjnego stopów żelaza
Materiały do przygotowania: Zjawisko kawitacji i niszczenia kawitacyjnego
(erozji
kawitacyjnej). Mechanizmy niszczenia kawitacyjnego materiałów metalowych. Stanowiska
laboratoryjne do modelowania kawitacji. Przebieg niszczenia kawitacyjnego w czasie. Wskaźniki
odporności na erozję (wykład PP Mechanizmy niszczenia materiałów, Hucińska J., Głowacka M.:
Stan badań nad niszczeniem kawitacyjnym stopów metali i ich ochroną przed tym procesem.
Inżynieria Materiałowa 2001 R. 22 nr 2, s. 79-85 )
PRZEBIEG ĆWICZEŃ
Ćwiczenie nr 1 (2h) i nr 2 (2 h)
A. Wprowadzenie. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia i przygotowania sprawozdania.
B. Charakterystyka procesu kawitacji i niszczenia kawitacyjnego.
C. Ocena odporności kawitacyjnej wybranych stopów żelaza
D. Badania mikroskopowe procesu niszczenia kawitacyjnego wybranych stopów żelaza.
Mikroskop świetlny i skaningowy mikroskop elektronowy.
E. Opis mechanizmów niszczenia kawitacyjnego stopów.
Ćwiczenie Nr 3 (1h)
Zaliczenie
LABORATORIUM Z MECHANIZMÓW
NISZCZENIA MATERIAŁÓW
Temat II. Badania mechanizmów niszczenia kawitacyjnego stopów
żelaza
SPRAWOZDANIE
1. Podaj definicję zjawiska kawitacji i niszczenia kawitacyjnego.
2. Gdzie występuje zjawisko kawitacji?
3. Wymień metody modelowania kawitacji w warunkach laboratoryjnych.
4. Oceń odporność na działanie kawitacji następujących materałów: żelaza technicznego
(Armco), stali 0H17T, 08H18N9 i 2H13 na podstawie ubytków masy w warunkach próby na
stanowisku wibracyjnym (rys. 1) i stanowisku z wirująca tarczą (rys. 2).
1/4
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
MAGNETOSTRYKCYJNE
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
WIRUJĄCA TARCZA
ŻELAZO TECHNICZNE
STRUKTURA POWIERZCHNI MATERIAŁU
5. BADANIA MIKROSKOPOWE PROCESU NISZCZENIA KAWITACYJNEGO STOPÓW ŻELAZA
Rys. 1 – Okres inkubacji erozji kawitacyjnej:
„wytrawione mechanicznie” granice ziaren ferrytu
oraz wtrącenia. Widoczne niewielkie odkształcenia
plastyczne poszczególnych ziaren.
x1000
Rys. 2 – Silnie zniszczona powierzchnia przy udziale
pęknięć ciągliwych i łupliwych.
x1000
Rys. 3
Rys. 4
Rys. 5
Rys. 6
2/4
STRUKTURA POWIERZCHNI MATERIAŁU
BADANIA MIKROSKOPOWE PROCESU NISZCZENIA KAWITACYJNEGO STOPÓW ŻELAZA
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
MAGNETOSTRYKCYJNE
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
WIRUJĄCA TARCZA
0H17T
Rys. 7 – Pierwsze ubytki materiału: widoczne
pęknięcia łupliwe za śladami odkształcenia
plastycznego oraz pęknięcia międzykrystaliczne.
x1000
Rys. 9
Rys. 11
Rys. 8 – Obok „wytrawionej mechanicznie” powierzchni
widoczne ubytki części oraz całych ziaren, powstałe w
wyniku rozwoju pęknięć transkrystalicznych oraz
międzykrystalicznych.
x1000
Rys. 10
Rys. 12
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
MAGNETOSTRYKCYJNE
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
WIRUJĄCA TARCZA
0H18N9
STRUKTURA POWIERZCHNI MATERIAŁU
BADANIA MIKROSKOPOWE PROCESU NISZCZENIA KAWITACYJNEGO STOPÓW ŻELAZA
3/4
Rys. 13 – Okres inkubacji erozji kawitacyjnej:
„wytrawione mechanicznie” granice ziaren i bliźniaków
rekrystalizacji oraz pasma poślizgu w ziarnach
austenitu.
x300
Rys. 14 – Rozwój pęknięć w pasmach poślizgu.
x1000
Rys. 15
Rys. 16
Rys. 17
Rys. 18
4/4
STRUKTURA POWIERZCHNI MATERIAŁU
BADANIA MIKROSKOPOWE PROCESU NISZCZENIA KAWITACYJNEGO STOPÓW ŻELAZA
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
MAGNETOSTRYKCYJNE
STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ – STANOWISKO
WIRUJĄCA TARCZA
2H13
Rys. 19 – Okres inkubacji erozji kawitacyjnej: ślady
iglastego układu pomartenzytycznego oraz wtrąceń.
x1000
Rys. 21
Rys. 20 – Silne zniszczona powierzchnia: widoczne
bardzo drobne pęknięcia.
x3000
Rys. 22
Rys. 24
Rys. 23
6. Na podstawie wyników badań odporności kawitacyjnej i badań mikroskopowych procesu
erozji, opisz mechanizm niszczenia kawitacyjnego rozważanych stopów żelaza.
Laboratorium z mechanizmów niszczenia materiałów
Temat III. Badania mechanizmów degradacji eksploatacyjnej wężownicy ze stali
niestopowej, służącej do przegrzewania pary wodnej
Materiały do przygotowania: Degradacja stali pod wpływem podwyższonej temperatury (wykład
PP Mechanizmy niszczenia materiałów), Korozja chemiczna (wykład PP Mechanizmy niszczenia
materiałów)
PRZEBIEG ĆWICZEŃ
Ćwiczenie nr 1 (2h) i nr 2 (2 h)
A. Wprowadzenie. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia i przygotowania sprawozdania.
B. Budowa urządzenia z wężownicą przegrzanej pary wodnej.
C. Charakterystyka wężownicy i warunków eksploatacji.
D. Badania makroskopowe (wizualne) powierzchni i przekrojów fragmentu wężownicy.
E. Badania mikroskopowe przekrojów fragmentu wężownicy. Mikroskop świetlny (LM).
F. Badania mikroskopowe powierzchni i przekrojów fragmentu wężownicy. Skaningowy
mikroskop elektronowy (SEM) ze spektrometrem rentgenowskim dyspersji energii (EDS).
G. Analiza naprężeń w ściance wężownicy.
H. Analiza wyników badań pod kątem ustalenia mechanizmów degradacji eksploatacyjnej
wężownicy i ustalenia przyczyny uszkodzenia elementu.
Ćwiczenie Nr 3 (1h)
Zaliczenie
LABORATORIUM Z MECHANIZMÓW
NISZCZENIA MATERIAŁÓW
Temat III. Badania mechanizmów degradacji eksploatacyjnej wężownicy ze
stali niestopowej, służącej do przegrzewania pary wodnej
SPRAWOZDANIE
1. Narysuj schemat urządzenia na podstawie danych dostarczonych przez prowadzącego
laboratorium.
2. Przeprowadź analizę warunków eksploatacji wężownicy i doboru materiału na podstawie
danych dostarczonych przez prowadzącego laboratorium.
3. Przeprowadź badania makroskopowe powierzchni i przekroju wzdłużnego ścianki wężownicy na zgładzie
nietrawionym i po wytrawieniu Nitalem. Uzasadnij celowość obserwacji na przekroju wzdłużnym.
Obraz
Opis
Powierzchnia wewnętrzna
Powierzchnia zewnętrzna
Przekrój wzdłużny. Zgład trawiony
4. Przeprowadź badania metalograficzne mikroskopowe (LM) na przekroju wzdłużnym ścianki wężownicy
po wytrawieniu Nitalem. Oceń prawdopodobną zawartość węgla w stali oraz stan obróbki cieplnej. Określ
charakter nieciągłości przebiegających od wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni elementu w głąb
materiału.
Obraz
Opis
4. Przeprowadź badania metalograficzne mikroskopowe wewnętrznej powierzchni ścianki wężownicy (SEM)
Obraz
Obraz
Opis
Opis
5. Dokonaj jakościowej oceny składu chemicznego zgorzeliny na wewnętrznej powierzchni ścianki
wężownicy i w nieciągłościach materiału pod powierzchnią (SEM/EDS)
Rozmieszczenie żelaza
Opis
Rozmieszczenie tlenu
Opis
6. Dokonaj analizy rozkładu naprężeń w ściance rury
Opis
Opis
Opis
7. Dokonaj analizy wyników badań. Przedstaw przyczyny uszkodzenia wężownicy oraz mechanizm
degradacji.