Teoria degradacji materiałów i konstrukcji

Troska o bezpieczeństwo długotrwale eksploatowanych konstrukcji (rurociągi, mosty wiadukty, koparki etc.) wymaga określenia bieżących właściwości mechanicznych eksploatowanych stali, a także ustalenie kierunków rozwoju i stopnia nasilenia przyszłych zmian degradacyjnych oraz ich wpływu na właściwości mechaniczne.  W związku z tym pojawia się także potrzeba wypracowania nowych wskaźników diagnostycznych umożliwiających rzetelną ocenę stanu zdegradowania. Jako typowe objawy degradacji mikrostrukturalnej wymienia się (w niskowęglowych stalach niestopowych):

  • postępujący rozpad obszarów perlitu lub bainitu na ferryt i węgliki,
  • postępujące procesy wydzieleniowe (azotków i węglików),
  • tworzenie lokalnych siatek wydzieleń na granicach ziarn ferrytu,
  • zmiany morfologii wydzieleń.

Nie bez znaczenia jest wpływ procesów degradacyjnych na własciwosci wytrzymałosciowe stali.  Dotychczasowe prace badawcze pokazały, że w przypadku obiektów mostowych (z lat 1850-1930)  zmiany degradacyjne polegają m.in. na

  • wzroście  twardości materiału,
  • wzroście granicy plastyczności Re i wytrzymałości na rozciąganie Rm,
  •  spadku ciągliwości, objawiającego się głównie przez redukcję wydłużenia względnego w statycznej próbie rozciągania,
  • spadku udarności i podwyższeniu temperatury przejścia plastyczno-kruchego (nawet do dodatniej temperatury!),
  • pogorszeniu właściwości zmęczeniowych,
  • spadkowi odporności na pękanie i wzroście ryzyka kruchego pękania (nawet o charakterze międzykrystalicznym).

Poniżej przedstawiono typowe przykłady zdegenerowanych mikrostruktur.

rys_2

Rys. 1. Mikrostruktura stali zgrzewnej ze stropów hali głównej Dworca Głównego we Wrocławiu (1890-1900); a) struktura ziarn ferrytu z licznymi wtrąceniami niemetalicznymi (A), ciągłą otoczką Fe3CIII na granicach ziaren (B), znaczącą ilością wydzieleń kruchych faz we wnętrzu ziarn.  b) stan poeksploatacyjny (trawiono 3% roztworem HNO3) (B) – ciągła otoczka Fe3CIII na granicach ziarn, (C) wydzielenia kruchych faz; węglików i węglikoazotków we wnętrzach ziaren,  mikroskopia skaningowa, c) stan normalizowany (symulujący stan wyjściowy materiału),  ziarna ferrytu ze zredukowaną liczbą symptomów degradacyjnych, trawiono 3% roztworem HNO3), mikroskopia skaningowa, d-f) mikrostruktura stali zgrzewnej ze stropów piwnic Dworca Głównego we Wrocławiu (stan poeksploatacyjny d-e i normalizowany -f).

ZAPRASZAMY DO WSPÓŁPRACY:

Zajmujemy się kompleksową analizą zagadnień degradacji mikrostrukturalnej i wytrzymałościowej obiektów długotrwale eksploatowanych. Prowadzimy pełny zakres badań materiałowych (mikroskopia świetlna, skaningowa mikroskopia elektronowa) a także wytrzymałościowych w zakresie prognozy i diagnostyki materiałów (statyczna próba rozciągania, badania udarowe, niskocyklowe i wysokocyklowe badania zmęczeniowe – jednoosiowe, wieloosiowe, propagacja pękania zmęczeniowego w pełnym zakresie prędkości pękania, odporność na pękanie KIC, JIC, CTOD).

dworzec

Rysunek7Rysunek21

calka_J

S20P

 

Osoba kontaktowa: dr inż. Grzegorz Lesiuk (grzegorz.lesiuk@pwr.edu.pl)