+ All Categories
Home > Documents > VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Date post: 09-Jan-2016
Category:
Upload: alima
View: 37 times
Download: 2 times
Share this document with a friend
Description:
LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIE. České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra inženýrství pevných látek, Trojanova 13, 120 00 Praha 2 tel.: +420 224 358 8624, fax: +420 224 358 8624 www.fjfi.cvut.cz. - PowerPoint PPT Presentation
39
LABORATORY OF X-RAY DIFFRACTION Department of Solid State Engineering FNSPE, CTU in PRAQUE RESIDUAL STRESSES AND ROUGHNESS AFTER BLASTING OF STEEL SUBSTRATES FOR CERAMIC PLASMA SPRAYED COATINGS Zdenek Pala, Kamil Kolařík, Radek Mušálek & Nikolaj Ganev VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU seminář „INTEGRITA“ 18. 2. 2013 Kamil Kolařík České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra inženýrství pevných látek, Trojanova 13, 120 00 Praha 2 tel.: +420 224 358 8624, fax: +420 224 358 8624 www.fjfi.cvut.cz LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIE
Transcript
Page 1: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATORY OF X-RAY DIFFRACTIONDepartment of Solid State EngineeringFNSPE, CTU in PRAQUE

RESIDUAL STRESSES AND ROUGHNESS AFTER BLASTING OF STEEL SUBSTRATES FOR CERAMIC PLASMA SPRAYED COATINGS

Zdenek Pala, Kamil Kolařík, Radek Mušálek & Nikolaj Ganev

VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

seminář „INTEGRITA“

18. 2. 2013

Kamil Kolařík

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská

Katedra inženýrství pevných látek, Trojanova 13, 120 00 Praha 2

tel.: +420 224 358 8624, fax: +420 224 358 8624

www.fjfi.cvut.cz

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIE

Page 2: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

OSNOVA

SOUČASNÝ STAV RTG DIFRAKČNÍ TECHNIKY LABORATORNÍ „STACIONÁRNÍ“ DIFRAKTOMETRY

VELIKOST A TVAR OZÁŘENÉ OBLASTI HLOUBKA VNIKÁNÍ RTG ZÁŘENÍ I

MOŽNOSTI STUDIA REÁLNÉ STRUKTURY POVRCHU POMOCÍ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIE MOŽNOSTI STUDIA GRADENTŮ

IDENTIFIKACE STRUKTURNÍCH NEHOMOGENIT POMOCÍ ZÁŘENÍ RŮZNÉ PRONIKAVOSTI STANOVENÍ HLOUBKOVÝCH PROFILŮ ZBYTKOVÝCH NAPĚTÍ PŘÍKLADY KOMBINACE TENZOMETRICKÝCH METOD

HLOUBKA VNIKÁNÍ RTG ZÁŘENÍ II MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY

PŘÍKLADY APLIKACE RENTGENOGRAFICKÉ ANALÝZY V MATERIÁLOVÉM INŽENÝRSVÍ DOPRAVNÍ PRŮMYSL LETECKÝ PRŮMYSL JADERNÝ PRŮMYSL VŠEOBECNÉ STROJÍRENSTVÍ DALŠÍ MOŽNOSTI RTG DIFRAKCE PŘI DIAGNOSTICE STROJNÍCH KOMPONENT

Page 3: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

SOUČASNÝ STAV RTG DIFRAKČNÍ TECHNIKY I.

Vývoj metodiky rentgenové tenzometrie v posledních letech je ovlivňován především

• novými konstrukčními řešeními přístrojů („nástup“ θ/θ difraktometrů, mobilní zařízení),

• zdokonalením běžně používaných prvků rtg optiky (vrstevnatá zrcadla poskytující intenzivní paralelní svazek primárního záření),

• vývojem a cenovou dostupností nových typů pozičně citlivých detektorů, které umožňují významným způsobem (řadově) zkrátit dobu měření,

• zvýšeným zájmem o difrakční studium reálné struktury tenkých povrchových vrstev a nanokrystalických materiálů.

Page 4: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

SOUČASNÝ STAV RTG DIFRAKČNÍ TECHNIKY II.LABORATORNÍ „STACIONÁRNÍ“ DIFRAKTOMETRY

R2

Page 5: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

SOUČASNÝ STAV RTG DIFRAKČNÍ TECHNIKY III.LABORATORNÍ „STACIONÁRNÍ“ DIFRAKTOMETRY

HORIZONTÁLNÍ USPOŘÁDÁNÍ

VERTIKÁLNÍ USPOŘÁDÁNÍ

Page 6: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

SOUČASNÝ STAV RTG DIFRAKČNÍ TECHNIKY IV.VELIKOST A TVAR OZÁŘENÉ OBLASTI

KIPL – ø 500 µm

a) klasická měření

b) úzce lokální vlastnosti

c) tenké vrstvy např. 100 nm

d) analýza větších ploch - integrace

e) analýza za působení vnějších vlivů – např. teplota

Page 7: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

STANOVENÍ HLOUBKOVÝCH PROFILŮ ZBYTKOVÝCH NAPĚTÍ

Distribuce zbytkových napětí v důsledku broušení kalené oceli;

1 – jemné broušení,

2 – běžné podmínky

3 – hrubování

Závislosti složek tenzoru napětí σij na vzdálenosti T od povrchu mohou mít pro předpověď pevnostních vlastností výrobků často větší význam než pouze povrchové hodnoty σij(0). Různé podmínky opracování mohou vést k analogickým povrchovým hodnotám napětí.

Proto je nutné stanovit jejich hloubkový profil.

σ, MPa

0 50 100 150 200

800

600

0

400

200

2

3

250 300

-200

-400

1

T, μm

Residual Stress measurements by X-Ray Diffraction – SAE HS-787. (SAE Information report, 2003 Edition)

Page 8: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

HLOUBKA VNIKÁNÍ RTG ZÁŘENÍ I.MOŽNOSTI STUDIA GRADENTŮ

30 m

m

20 mm

Ø 20 mm

5 mmANALYZOVANÁ

OBLAST cca 25 mm2

ODLEŠTĚNÁPLOCHA

KRYCÍ FÓLIE

ŘEZNÁ PLOCHA

30 m

m

20 mm

Ø 20 mm

5 mmANALYZOVANÁ

OBLAST cca 25 mm2

ODLEŠTĚNÁPLOCHA

KRYCÍ FÓLIE

ŘEZNÁ PLOCHA

Mechanické metody podávají informaci o hloubkovém průběhu zbytkových napětí. Efektivní hloubka vnikání Te u rtg záření při použití chromové anody a ω goniometru je:

- pro difrakční linii {211} α–Fe 4,52 μm, - pro difrakční linii {220} γ–Fe jen 2,73 μm.

(Te určuje tloušťku vrstvy, ze které difraktuje 63,2 % energie difraktované vrstvou nekonečné tloušťky).

Elektrolytické leštění patří mezi povrchové úpravy kovových materiálů, při které nedochází k mechanickému zásahu do materiálu, čímž je potlačen vznik zbytkových napětí a mikrotrhlin

Page 9: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

IDENTIFIKACE STRUKTURNÍCH NEHOMOGENIT POMOCÍ ZÁŘENÍ RŮZNÉ PRONIKAVOSTI II.II.

Záření Ti Kα Cr Kα Cu Kα

λ, nm 0,27496 0,22909 0,15412

Te, μm 6,66 11,22 35,96

θAl (hkl) 73,03° (220) 78,69° (222) 81,41° (511)

Soustružený povrch

Ti Kα Cr Kα Cu Kα

Ti Kα Cr Kα Cu Kα

Balotinovaný povrch

Page 10: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Záření Ti Kα Cr Kα Cu Kα

λ, nm 0,27496 0,22909 0,15412

Te, μm 6,66 11,22 35,96

θAl (hkl) 73,03° (220) 78,69° (222) 81,41° (511)

Součty hlavních napětí stanovené zářením různé pronikavosti

a) na soustruženém povrchu b) na balotinovaném povrchu

prof. Nikolaj Ganev

IDENTIFIKACE STRUKTURNÍCH NEHOMOGENIT POMOCÍ ZÁŘENÍ RŮZNÉ PRONIKAVOSTI II.II.

Page 11: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Z [mm]

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

[M

Pa

]

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400FRÉZOVÁNÍ , vc = 150 m/mim

K 110 (58 - 60 HRC)

L

min)odvrtávací metoda

T

max)odvrtávací metoda

L

rentgenografická metoda

T

rentgenografická metoda

L

metoda vetknutého nosníku

L

Barkhausenùv šum

T

Barkhausenùv šum

PŘÍKLADY KOMBINACE TENZOMETRICKÝCH METOD PŘI STANOVENÍ HLOUBKOVÝCH PRŮBĚHŮ ZBYTKOVÝCH NAPĚTÍ

FRÉZÓVÁNÍ - HSC, vc = 1250 m/min

K 110 (zál. stav)

Z [mm]

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

[M

Pa

]

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

L

min)odvrtávací metoda

T

max)odvrtávací metoda

L

rentgenografická metoda jedné expozice

T

rentgenografická metoda jedné expozice

Page 12: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Function D(x) calculated for μr = 1000, σ = 5∙106 S∙m-1, f = 70-200 kHzμr(Fe) = 300 - 10 000, μr(Co) = 80 - 200

Withers P. J. and Bhadhesia H. K., “Residual stress – part 1,” Materials Science and Technology, 14(4), pp. 355-365 (2001). ISSN 0267-0836

S. Tiitto et al., Spectral Damping in Barkhausen noise,IEEE Transactions onMagnetics, Vol. MAG-li, No. 6, 1975

HLOUBKA VNIKÁNÍmagnetoelastická analýza – Barkhasenův šum

Page 13: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

HLOUBKA VNIKÁNÍ RTG ZÁŘENÍ II.STUDIUM ZBYTKOVÝCH NAPĚTÍ V TENKÝCH VRSTVÁCH

geometrie tečného svazku (GID) - „multi hkl“

konst.

Efektivní hloubka vnikání Te u rtg záření do α–Fe při použití kobaltové anody = 2 °

Page 14: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY I.VELIKOST VZORKU

Page 15: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY II.VELIKOST VZORKU

Page 16: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY III.

Odlišná uspořádání umožňují díky své konstrukci analyzovat zbytková napětí i místech, která jsou pro klasicky řešené difraktometry nedostupná.

Page 17: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY IV.

Page 18: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY V.

Přenosný difraktometr X-STRESS 3000 se skládá z goniometru (G), centrální jednotky (CJ) a software (S)

Page 19: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

MOBILNÍ DIFRAKTOMETRY VI.

Nový goniometr G3 umožňuje díky své excentrické konstrukci analyzovat zbytková napětí i místech, která jsou pro klasicky řešené difraktometry nedostupná.

Page 20: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Aplikace v dopravním průmyslu• Broušená a válečkovaná sedla náprav.• Broušené a válečkované vačkové hřídelů vysokotlakých čerpadel.• Laserem svařované komponenty kolejových vozidel.• Kuličkovaná parabolická a šroubová pružina.

Aplikace v leteckém průmyslu• GT lopatky leteckého motoru M 601 (frézování, broušení, balotina, tep. zatěžování).• Vliv řezné rychlosti a typu nástroje při soustružení - polotovary pístnic leteckého podvozku.• Příruba leteckého difuzoru přídavného motoru BOEING (frézování, EDM)..

Aplikace v jaderném průmyslu• Relaxace zbytkových napětí po působení korozního a radioaktivního zatížení v prostředí reaktoru.

Aplikace ve všeobecném strojírenství• Optimalizace řezného technologického procesu frézování vodicích ploch obráběcích center za

účelem náhrady operace broušení.• Popis reálné struktury po aplikaci elektroerozivního hloubení nástrojových ocelí.

Další možnosti rtg difrakce při diagnostice strojních komponent• Fázové složení loží horizontálních center při opakovaných problémech s opotřebením

a vylamováním řezných nástrojů.• Vliv textury (přednostní orientace zrn) při lisovacích technologiích.

PŘÍKLADY APLIKACE RENGENOGRAFICKÉ ANALÝZY V MATERIÁLOVÉM INŽENÝRSVÍ A STROJÍRENSVÍ

Page 21: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

BROUŠENÁ A VÁLEČKOVANÁ SEDLA NÁPRAVZadavatel požadoval měření axiálních a tangenciálních zbytkových napětí na povrchu a v hloubkách 0,1, 0,2 a 0,3 mm (broušený vzorek). U válečkovaného vzorku měl zadavatel zájem o stanovení zbytkových napětí v hloubkách 0,3 – 2 mm.

Sample A1N

z, mm

0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20

, M

Pa

-500

-400

-300

-200

-100

0

A

T Sample MA1N

z, mm

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

, M

Pa

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

Bro

ušen

ý vz

orek

Vál

ečko

vaný

vzo

rek

Page 22: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

BROUŠENÉ A VÁLEČKOVANÉ VAČKOVÉ HŘÍDELE VYSOKOTLAKÝCH ČERPADEL

σA

σR

Difrakční experimenty byly provedeny za účelem ověření vlivu broušení a válečkování na stav zbytkové napjatosti v podpovrchových vrstvách vačkových hřídelí vysokotlakých čerpadel.

XRD analysis - area d1

z, mm

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

, M

Pa

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

A

R

XRD, sample A

measured areas on the surface

a1 c1 e1 b1 d1 f1 a2 c2 e2 b2 d2 f2

, M

Pa

-1800

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

cam 1 - A

cam 1 - R

cam 2 - A

cam 2 - R

BNA, sample A

measured areas on the surface

a1 c1 e1 b1 d1 f1 a2 c2 e2 b2 d2 f2

mp

0

100

200

300

400

500

600

cam 1 - mpA

cam 1 - mpR

cam 2 - mpA

cam 2 - mpR

1

2

3

Page 23: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

LASEROVĚ SVAŘENÉ KOMPONETY KOLEJOVÝCH VOZIDELPředmětem tohoto zadání bylo stanovení povrchových gradientů zbytkových napětí v okolí laserem vytvořeného sváru (odlišné posuvy laserového svazku) na deskách z oceli S355.

Změna reálné struktury

2 m/min

distance from the weld's boundary, mm

0 1 2 3 4 5 6

, M

Pa

-400

-200

0

200

400

600

transverse directionlongitudinal direction

15 m/min

distance from the weld's boundary, mm

0 1 2 3 4 5 6

, M

Pa

-400

-200

0

200

400

600

tranverse directionlongitudinal direction

Page 24: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

KULIČKOVANÁ PARABOLICKÁ A ŠROUBOVÁ PRUŽINA Vzorky byly odebrány z kuličkované parabolické pružiny. První list byl kuličkován odlišnou intenzitou než druhý vzorek.

Tenzometrická analýza byla provedena v podélném směru přibližně uprostřed na tahové straně listu

Rtg tenzometrická analýza byla realizována ve třech místech, a to na vnitřním (1), vnějším (2) a spodním (3) povrchu, vždy ve směru kolmém k vnitřnímu vláknu pružiny.

Předmětem tohoto zadání bylo stanovení hloubkového profilu zbytkového napětí vzorku odebraného z kuličkované šroubové pružiny. Vzorek byl okuličkován a odmáčknut na blok (závit na závit). Vnější strana byla kuličkována odlišnou intezitou než vnitřní strana.

Page 25: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Page 26: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

GT LOPATKY LETECKÉHO MOTORU M 601

Technologie σL, MPa σT, MPa

Frézování 400 ± 23 -----

Hrubé broušení 451 ± 50 -21 ± 36

Jemné broušení 7 ± 89 - 528 ± 30

Balotina - 615 ±122 - 684 ± 83

Žíhání (650 ºC/100 hodin) - 110 ±45 - 117 ±29

100020003000400050006000700080009000

1000011000

120 122 124 126 128 130 132 134 136 138

2θ220

Int .

broušení

balotina

žíháno

σT

σL

Předmětem tohoto zadání bylo stanovení povrchových hodnot zbytkových napětí na GT lopatkách z Ni slitiny Nimonic (ŽS6K – VI) po finálních technologiích (frézování, broušení a balotinování) a tepelném zatěžování.

Page 27: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

POLOTOVARY PÍSTNIC LETECKÉHO PODVOZKUPředmětem těchto difrakčních experimentů bylo stanovení vlivu rozdílných pracovních podmínek a typů nástrojů při soustružení na rozložení povrchového zbytkového napětí.

.

Mì øené místo

A0 A1 A2 A3 A4 A A5 A6

, MPa

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

a, MPa

r, MPa

Náhlý pokles je způsoben: nestabilitou řezu nebo místní materiálovou nehomogenitou obrobku.

Page 28: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

PŘÍRUBA LETECKÉHO DIFUZORU PŘÍDAVNÉHO MOTORU BOEING

Zkoumaná technologie T, MPa L, MPa ae [nm] EDM grafitová elektroda -dokončování +483 ± 64 +433 ± 47 0,35973 EDM Cu elektroda -dokončování 0 ±15 -1 ± 62 0,36034 EDM grafitová elektroda - hrubování +388 ± 59 +292 ± 64 0,35936 EDM Cu elektroda -hrubování +217 ± 34 +321± 77 0,35845 Čelní frézování - sousledné -798±57 -343±24 0,36167 Čelní frézování - nesousledné -546±47 -405±67 0,36170

L

T

Difuzor -  přeměna kinetické energie na energii tlakovou (součást kompresoru proudového motoru).

Difrakční experimenty byly provedeny za účelem ověření zavedení nové technologie (EDM) která vedla ke snížení nákladů výroby (frézování). Ni slitina Inconel 718.

Page 29: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Page 30: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

RELAXACE ZBYTKOVÝCH NAPĚTÍ PO APLIKACI WJP a FLP

Used surface treatment State of the specimen T, MPa L, MPa

Water jet peeningBefore –442 ± 41 –501 ± 32

After –293 ± 24 –320 ± 25

Fiber laser peeningBefore –640 ± 57 –334 ± 37

After –436 ± 37 –166 ± 48

Tenzometrická analýza opracovaných povrchů Ni slitiny Inconel 600 po aplikaci WJP a FLP při studiu relaxace

zbytkových napětí po působení korozního a radioaktivního zatížení v prostředí reaktoru.

Page 31: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

VEDENÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ TOS PRIMA I

Optimalizace řezného technologického procesu frézování za účelem náhrady operace broušení.

Page 32: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

sample σL [MPa] σT [MPa] εmicro 104 Ra [μm] HV 0.2

SE2 – 353 – 125 24.7 0.09 762

SE3 + 31 + 311 30.4 0.14 758

SA2 – 113 – 137 29.7 0.23 769

SA3 – 150 – 179 28.4 0.22 762

WA2 – 451 – 520 35.9 0.75 835

WA3 – 390 – 395 36.7 0.71 818

Sample ap [mm] d [mm] f [mm·min-1] vc [m·min-1] fz [mm]

SE2 0.563 1050 350 0.10

SE3 0.3

SA2 0.5100 570 300 0.10

SA3 0.3

WA2 0.5160 500 60 0.17

WA3 0.3

VEDENÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ TOS PRIMA I

Page 33: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

ELEKTOREROZIVNÍ OBRÁBĚNÍ

Zkušební vzorky 150 × 30 × 8 mm3 byly vyrobeny z nástrojové oceli W 300 (výrobce Böhler; ČSN 19 552) jak v základním (Z) tak i v zušlechtěném (K) stavu.

Elektroerozivní obrábění (EDM) bylo realizováno na stroji s impulsním generátorem pracujícím v režimu nepřímé polarity (nástroj +, obrobek - ).

a) Dokončování bylo provedeno grafitovou a měděnou elektrodou. Cílem bylo dosažení drsnosti povrchu Ra ≈ 1,8 μm,

b) hrubování - grafitovou a měděnou elektrodou.Cílem hrubovacího cyklu bylo dosažení povrchu Ra ≈ 6,3 μm.

Page 34: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

ELEKTROEROZIVNÍ OBRÁBĚNÍ

Copper electrode - hardened

Z [mm]

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

M

Pa

-200

0

200

400

600

800

L

L

- finishing

T - finishing

L - roughing

T - roughing

Graphite electrode - hardened

Z [mm]

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

M

Pa

-200

0

200

400

600

800

1000

L

L

- finishing

T

L

- finishing

L - roughing

T - roughing

• Na všech vzorcích opracovaných EDM byl identifikován dvojosý izotropní stav zbytkové makroskopické napjatosti , tj. σL ≈ σT.

• Povrchová zbytková napětí vzniklá po režimu hrubování jsou systematicky nižší v porovnání s výslednými povrchovými zbytkovými napětími vzniklými po režimu dokončování.

• Nižší hodnoty zbytkových napětí získané na povrchu v porovnání z vyššími hodnotami pod povrchem jsou důsledkem vzniku trhlin, které vznikly překročením meze pevnosti.

• Další pokles zbytkových napětí z maximální hodnoty je výsledkem rovnováhy mezi deformovanými vrstvami a elastický napjatou vrstvou základního materiálu.

Page 35: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300

400

1600

3600

6400

10000

14400

19600

alph

a, F

e - S

i - C

alph

a

alph

a

alph

a, F

e - S

i - Cga

mm

a

gam

ma

gam

ma

gam

ma,

Fe

- Si -

C

Fe -

Si -

C

Fe -

Si -

C

Fe -

S i

- C

Fe -

Si -

C

Fe -S

i -C

gam

ma,

Fe

- Si -

C

Fe -

Si -

CInte

nsity

(cou

nts)

2 Theta (deg)

ELEKTROEROZIVNÍ OBRÁBĚNÍ

Difrakční záznam: povrch – bílá vrstva (červeně), základní materiál (modře). EDM (K) Gr-H.

Page 36: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

C Si Mn S P Cr As HB

Obsah [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [---]

Bílá litina 2,4 - 4,5 0,3 - 1,6 0,4 - 1 -------- ------- -------- -------- --------

Šedá litina 2,8 - 3,6 1,4 - 2,8 0,5 - 1 max 0,15 0,2 - 0,6 -------- -------- --------

(101, 102) 3.8 1,76 0,77 0,09 0,10 0,08 0,005 167

(103, 104) 3,2 1,36 1,00 0,11 0,06 0,10 0,011 189

(105, 106) 3,2 1,50 0,74 0,26 0,14 0,26 0,026 368

(107, 108) 2,9 1,52 0,73 0,25 0,13 0,25 0,021 385

(109, 110) 3,0 1,50 0,74 0,26 0,15 0,26 0,023 347

(201, 202) 4,4 1,22 0,75 0,08 0,09 0,08 <0,005 179

(203, 204) 4,0 1,49 0,72 0,05 0,05 0,05 <0,005 179

(205, 206) 3,2 1,75 1,25 0,06 0,06 0,25 0,014 198

(205, 206) 3,3 1,53 1,08 0,05 0,05 0,33 0,012 214

97

,92

,1

97

,22

,8

77

,52

2,5

89

,21

0,8

83

,51

6,5

95

,64

,4

97

3

97

3

95

,94

,1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Fe

, F

e3C

[%

]

101102

103104

105106

107108

109110

201202

203204

205206

207208

číslo vzorku [-]

Fe3C

Fe

Position [°2Theta] (Cobalt (Co))

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Counts

0

20000

40000

60000

litina_106Fe3C 22,5 %Fe - alfa 77,5 %

DALŠÍ MOŽNOSTI RTG DIFRAKCE PŘI DIAGNOSTICE STROJNÍCH KOMPONENT I

Analýza fázového složení litiny při opakovaných problémech s opotřebením a vylamováním řezných nástrojů.

Page 37: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

DALŠÍ MOŽNOSTI RTG DIFRAKCE PŘI DIAGNOSTICE STROJNÍCH KOMPONENT II

TEXTURA = přednostní orientace krystalitů, anizotropní vlastnost.

Některé vlastnosti (napr. elastické, elektrické) se mohou vlivem textury měnit o 20 – 50 %.

Vliv textury na vytváření „oušek“ při tažení plechů.

RD

ND

Vytváření textury při válcování plechů.

Page 38: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Hlavním záměrem tohoto příspěvku bylo uvedení příkladů aplikací rtg difrakční analýzy při studiu zbytkových napětí vznikajících v důsledku povrchového technologického opracování strojních komponent z různých druhů ocelí a Ni slitin.

Rtg difrakce v kombinaci s elektrolytickým leštěním (bezsilový způsob odstranění materiálu) je vhodná převážně ke studiu gradientů tenkých povrchových vrstev, vniklých po technologických „dokončovacích“ operací.

Rtg difrakční techniky nejsou omezené do takové míry tvarem a mechanickými vlastnostmi (např. tvrdost) strojních komponent jako je tomu u jiných tenzometrických metod. Navíc mohou poskytovat informace o zastoupení jednotlivých fází a textuře – přednostní orientaci zrn (vznikající např. při technologii válcování a protlačování) na analyzované řezné ploše.

ZÁVĚR

Page 39: VYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

LABORATOŘ STRUKTURNÍ RENTGENOGRAFIEKatedra inženýrství pevných látekFJFI, ČVUT v PRAZEVYUŽITÍ RENTGENOVÉ DIFRAKČNÍ ANALÝZY PŘI STUDIU INTEGRITY POVRCHU

Kamil Kolařík

Děkuji za Vaši pozornost.

kipl.fjfi.cvut.cz


Recommended