Témata
Reklama

Porušení celistvosti při žárovém zinkování

Nanášení povlaků žárového zinku spočívá v ponoření ocelových součástí do tekutého kovu o teplotě cca 450 °C. Zinkovaný dílec je při ponořování do taveniny vystaven nerovnoměrnému působení zvýšené teploty, kdy část pod hladinou se rychle prohřívá, zatímco část nad hladinou má teplotu prostředí. Součásti jsou proto v průběhu ponořování do zinkové taveniny namáhány významným proměnným pnutím vyvolaným tepelnou roztažností materiálu. Napětí jsou tahová a tlaková a dosahují meze kluzu materiálu. Zinkované dílce se vždy deformují a obsahují zbytková napětí.

Při navrhování ocelových stavebních dílců určených k žárovému pozinkování ponorem (obr. 1) je nutno respektovat skutečnost, že způsob jejich namáhání od nerovnoměrného ohřevu při žárovém zinkování je zpravidla zcela odlišný od vnějších účinků působících na ně při plnění projektované funkce (obr. 2). Ve vrubech, které jsou při ponořování ocelových konstrukčních dílců do tekutého kovu situované na kritických místech, dochází k extrémní koncentraci napětí, přičemž každý svar, bez ohledu na kvalitu jeho provedení, je vždy významným koncentrátorem napětí.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1 Žárové zinkování ocelového dílce

Termika žárového zinkování

Kromě proměnného pnutí dosahujícího meze kluzu je nutno respektovat skutečnost, že ocel vystavená působení zvýšené teploty ztrácí své materiálové charakteristiky, podstatně se snižuje modul pružnosti a klesá houževnatost, tažnost i mez kluzu, která konverguje k hodnotám snížené meze pevnosti. Materiál se stává náchylný ke křehkému lomu. Kromě toho ke zhoršení poměrů může přispět některý ze známých fenoménů, jako je vodíková křehkost či vodíková koroze, precipitační vytvrzení jako následek tvarování za studena nebo popouštěcí křehkost (postihující zbytkový austenit ve svarových spojích). Ve svarovém kovu i v tepelně ovlivněné oblasti působí významná prostorová napjatost vyvolaná smrštěním materiálu a způsobující vznik četných trhlinek.

Obr. 2 Podceněná teplotní napjatost
Obr. 3 Trhlina LMAC

U nosných ocelových stavebních dílců, které byly žárově pozinkované, se v případě kritické kombinace nepříznivých vlivů mohou objevit necelistvosti způsobené zkřehnutím oceli při kontaktu s roztaveným kovem označované jako Liquid Metal Assisted Cracking – LMAC (obr. 3). Aby byla zajištěna potřebná bezpečnost staveb z ocelových žárově pozinkovaných dílců, ze strany projektanta i zinkaře je nutná dostatečná znalost všech nepříznivých vlivů doprovázejících žárové zinkování i možností jejich spolupůsobení.

Relaxace materiálu

Dotace přetvárné energie od nerovnoměrného ohřevu je omezena tepelnou roztažností materiálu. Plastická přetvoření za zvýšené teploty pak vedou k tomu, že materiál relaxuje. Při žárovém zinkování prizmatického profilu je maximum možné poměrné deformace dáno součinem koefi¬cientu tepelné roztažnosti oceli a přírůstku teploty. Je to zhruba 0,5 %. U běžných kon¬strukčních ocelí jsou hodnoty tažnosti nad 15 %. Hladké dílce bez vrubů tedy nejsou tímto vlivem ohroženy. Nelze však očekávat, že nekvalitní svary teplotnímu pnutí odolají (obr. 4).

Obr. 4 Nekvalitně provedené svary

Na základě představy o proměnném pnutí vyvolaném při žárovém zinkování je možno relevantní rizika předvídat a přizpůsobit jim provedení dílců určených k pokovení i postup nanášení povlaku.

Především je nutno akceptovat skutečnost, že každý svar je koncentrátorem napětí, v němž sehrávají negativní roli vměstky, neprůvary, na hranicích zrn segregované sirníky, fosfidy, karbidy a křemičitany, dále zbytková prostorová napjatost ve svaru, přítomnost zbytkového austenitu, skoková změna materiálových charakteristik, mikrotrhliny jak ve vlastním svaru, tak i v tepelně ovlivněné oblasti apod. Ve stavu proměnné teplotní napjatosti na úrovni meze kluzu může docházet k propojení nebo k rozevření existujících trhlinek, kterými jsou svar a tepelně ovlivněná oblast postiženy (obr. 5).

Obr. 5 Trhlina ve svaru

U součástí provedených z oceli s nižší mezí kluzu nastupuje plastická deformace (relaxace materiálu) při nižším napětí než u stejné součásti provedené z oceli s vyšší mezí kluzu. Proto, jestliže napětí v zinkovaných součástech vyvolané bimetalickým efektem dosáhne meze kluzu, jsou dílce provedené z jakostních jemnozrnných (vysokopevnostních) ocelí vystaveny většímu namáhání než dílce provedené z konstrukční oceli obvyklé jakosti.

Poloha dílce a rychlost zdvihu jeřábu při jeho ponořování do zinkové lázně může míru přetvoření a riziko vzniku trhlin významně omezit. Ke snížení rizika LMAC je nutno u náchylných dílců zvolit správný režim jejich ponořování do zinkové lázně.

Trhliny v zinkovaných součástech

Postižení součástí trhlinami, k jejichž nukleaci došlo při žárovém zinkování, je poměrně vzácné. V řadě případů byly trhlinky v zinkovaných součástech přítomné již před pozinkováním a při styku s tekutým kovem došlo pouze k jejich růstu, propojení nebo rozevření. Pro mechanismus vzniku necelistvostí se nedaří najít spolehlivý model, jejich výskyt je stochastický. Tento fenomén je vždy důsledkem spolupůsobení více faktorů s negativním vlivem. Mezi nejvýznamnější negativní faktory zvyšující náchylnost ke vzniku trhlin při žárovém zinkování patří: svary a ostatní koncentrátory napětí situované na kritickém místě na součásti; škodlivý vliv vodíku (vodíková křehkost, vodíková koroze); deformační zpevnění a precipitační vytvrzování (stárnutí oceli); popouštěcí křehkost; nevhodně navržená konstrukce; nekvalitně provedená konstrukce; nevhodná poloha dílce při jeho ponořování do zinkové taveniny; nesprávně zvolený režim ponořování do tekutého kovu; překročení kritické rychlosti deformace vyvolané bimetalickým efektem.

Obr. 6: Česká verze směrnice DASt 022

Relativně malý vliv na vznik trhlin LMAC má: zbytkové napětí v oceli; obsah příměsí kovů s nízkým bodem tání v zinkové lázni (hypotéza o pronikání kovů s nízkým bodem tání do substrátu podél hranic zrn během obvyklé doby ponoru dosud nebyla prokázána); doba prodlení zinkované součásti v zinkové lázni; pomalé ochlazování na vzduchu po pozinkování.

Náchylnost ke vzniku trhlin LMAC zvyšují:
 jakostní oceli s vysokou mezí kluzu;
 vysoké štíhlé nosníky;
 rizikové konstrukční detaily.
Směrnice DASt 022

Problematika LMAC souvisí se stále širším využíváním žárově pozinkovaných nosných ocelových konstrukcí v posledních desetiletích. Jejich bezpečnosti je věnována značná pozornost. Vzhledem k jedinečnosti protikorozní ochrany oceli žárovým zinkem nelze tento systém jednoduše odmítnout, a proto byly v rámci Evropské unie v nedávné době iniciovány nákladné výzkumy fenoménu LMAC. Na základě získaných poznatků pak byla v Německu vypracována a s účinností od 1. 1. 2010 vydána směrnice DASt 022 pro žárové zinkování nosných ocelových stavebních konstrukcí. Všeobecně se u ní očekávalo, že po krátkém praktickém ověření bude přepracována do evropského standardu, kterým měla být rozšířena existující řada technických norem věnovaných žárovému zinkování. Vzhledem k diskusi mezi zástupci členských zemí Evropské unie, kterou vydání zmíněné směrnice vyvolalo, se tak dosud nestalo. Nicméně existující dokument (který byl rovněž přeložen do češtiny) i přes některé diskutabilní závěry stanovuje prozatím jediná existující a současně spolehlivá pravidla pro vyloučení rizika, že by mohla být realizována stavba ze žárově pozinkovaných dílců postižených trhlinami LMAC.

Příčiny vzniku trhlin

Trhliny LMAC se mohou vytvořit v průběhu ponořování zinkovaného dílce do tekutého kovu, avšak ne každé porušení celistvosti ocelového dílce při ponořování do tekutého kovu je možné klasifikovat jako trhliny LMAC. Trhliny vzniklé při žárovém zinkování mohou mít různé příčiny a všechny lze obvykle vysvětlit s využitím známých přírodních principů.

Vzhledem k jedinečnosti protikorozní ochrany oceli žárovým zinkem nelze tento systém jednoduše odmítnout. Nicméně otázka bezpečnosti staveb z žárově pozinkovaných ocelových konstrukcí je nezpochybnitelná. V zásadě nelze ho¬vořit o žárovém zinkování jako o ne¬vhodném systému protikorozní ochrany pro nosné prvky ocelových konstrukcí. Vzniku trhlin vždy předchází kritická kombinace celé řady faktorů, které společně přispívají k jejich nukleaci. Řešení je nutno hledat na jedné straně u výrobců ocelových konstrukcí, kteří musí žárovému pozinkování přizpů¬sobit konstrukční řešení a dílenské provedení zinkovaných dílců, na straně druhé i nanášení povlaku z roztaveného kovu musí být prováděno s odbornou péčí a se znalostí po¬stupů, kterými lze rizika eliminovat. Splnění kvalifikačních předpokladů u zhotovitele povrchové úpravy by mělo být úředně vyžadováno stejně, jako je tomu u výrobců svařovaných konstrukcí. Neméně důležitým aspektem pak je provádění defektoskopie u důležitých rizikových dílců.

Návrh ocelových konstrukcí

Pro navrhování a provádění svařovaných ocelových konstrukcí platí poměrně přísné předpisy. Svářeči procházejí odborným školením zakončeným zkouškami. Výrobci nosných ocelových konstrukcí jsou povinni prokázat svoji odbornou způsobilost a musí zajišťovat plnění kvalitativních podmínek prostřednictvím svářečského dozoru. V závazných předpisech jsou podrobně popsány postupy svařování i následných nedestruktivních zkoušek. Tím je garantováno, že stavba realizovaná z ocelových svařovaných konstrukcí nebude postižena vadami, které by mohly ohrozit její stabilitu při působení vnějších účinků, pro které byla konstrukce dimenzovaná.

Vzhledem k tomu, že zinkované součásti jsou při postupném ponořování do tekutého kovu vystaveny působení silových účinků, které jsou zpravidla odlišné od zatěžování při plnění projektované funkce, je nutno i povrchovou úpravu žárovým zinkováním provádět se znalostí souvisejících fyzikálních a metalurgických principů, metod z oblasti pružnosti a pevnosti i plasticity, pravidel navrhování a provádění ocelových konstrukcí, znalostí z oboru svařování i nedestruktivní diagnostiky. Pozornost na poli prevence LMAC by měla být věnována zvyšování odborné úrovně pracovníků zhotovitele povrchové úpravy. Je zapotřebí iniciovat vypracování závazných předpisů pro zinkovny. Jestliže výrobce ocelové konstrukce postupuje při provádění ocelové konstrukce s maximální pečlivostí, nemělo by mu být lhostejné, jak s jeho výrobky v dalším výrobním procesu nakládá zinkovna. Stejně jako výrobce ocelové konstrukce musí prokázat svoji způsobilost a postupovat podle závazných pravidel, mělo by toto být požadováno i od zinkaře. V tomto ohledu, pro vyplnění legislativního vakua, je společná iniciativa výrobců ocelových konstrukcí i zinkařů velmi žádoucí.

Ing. Vlastimil Kuklík

Wiegel CZ žárové zinkování
v.kuklik@wzz.wiegel.de
www.wiegel.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 130547
Datum: 07. 05. 2013
Rubrika: Komerční příloha / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Koroze napříč všemi obory

Mezinárodní konference Eurocorr, která každoročně přiláká k účasti tisícovku zástupců komerční i akademické sféry včetně nejvýznamnějších celosvětově uznávaných korozních inženýrů, řadu sponzorů a vystavovatelů z oblastí povrchových úprav a povlaků kovů, chemických úprav prostředí, elektrochemických protikorozních ochran, korozního monitoringu, inspekce a zkušebnictví a mnoha dalších, se letos v září díky Asociaci korozních inženýrů poprvé v historii konala v Praze.

Cyklické zkoušky pro reálnější simulace

Životnost, trvanlivost, odolnost, ale i třeba degradace jsou důležitými pojmy, pokud se bavíme o životním cyklu jakékoliv součásti. Kupující nebo odběratel požaduje záruky, že právě obdržený díl, zařízení či konstrukce bude fungovat předem stanovenou dobu, navíc je-li ve hře také otázka bezpečnosti. Udělení certifikace či určení doby trvanlivosti často předcházejí různé zkoušky. Důležitou skupinou z nich jsou urychlené korozní zkoušky. Nejen jimi se v úzké spolupráci s průmyslem zabývají ve vědecko-technickém parku v Kralupech nad Vltavou.

Související články
Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

Vývoj a výzkum nátěrových hmot pro letecký průmysl

Letecký průmysl vždy patřil a stále patří k tradičním průmyslovým odvětvím v České republice. Výrobky tuzemských firem a podniků „létají“ prakticky po celém světě a svými užitnými vlastnosti dlouhodobě konkurují i jiným renomovaným světovým výrobcům. Nedílnou součástí zajištění požadovaných vlastností leteckých výrobků jsou i povrchové úpravy a ochrany, které jim poskytují přidané ochranné či funkční vlastnosti a umožňují provozovat je po celou dobu jejich technického života.

Přesné měření tloušťky povlaků

Pro optimalizaci vlastností povrchových povlaků a filmů ve výzkumu, vývoji i průmyslové výrobě je důležitá přesná kontrola jejich tloušťky a rovnoměrnosti rozložení. Metrologická metoda CCI představuje mimořádnou přesnost měření pro široký rozsah tlouštěk povlaků.

Nátěry pro hezčí vzhled i lepší funkčnost

Nátěrové hmoty se běžně používají k dosažení dekoračních, ochranných a dalších funkčních účinků na určitém povrchu. Své o tom ví i společnost Synpo, která se již od padesátých let minulého století zabývá výzkumem a vývojem syntetických pryskyřic a laků. Jejich nátěrové hmoty používají např. výrobci dopravních prostředků, zemědělských strojů a jiných strojních zařízení.

Vliv míchání na elektrickou vodivost povlaků

Antistatické nátěrové hmoty slouží k vytvoření elektricky vodivých povlaků, jež jsou svými vlastnostmi vhodné pro prostředí, ve kterých je nutné zamezit tvorbě a negativním důsledkům elektrostatického náboje (statické vybíjení, kumulace prachových částic a další negativní jevy).Svá uplatnění nacházejí v petrochemickém průmyslu, přesné optice, elektrotechnice a v celé řadě dalších odvětví. V rámci výzkumu na Ústavu strojírenské technologie ČVUT v Praze byl sledován vliv metody dispergace plniva a parametrů procesu míchání antistatických nátěrových hmot na finální technologické a funkční vlastnosti povlaku.

Využití povlaků pro zvýšení životnosti hoblovacích nožů

Nanostrukturované povlaky použité jako povrchová úprava hoblovacích nožů pro obrábění dřeva z rychlořezné oceli přinesly výrazné zvýšení životnosti nástroje a tím i zvýšení kvality povrchu obráběného dřeva.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Pokročilé mazání pro úspornost a spolehlivost

Věda a výzkum přinášejí zcela unikátní řešení i pro procesy zdánlivě zavedené a v oblastech, kde by inovace laik neočekával. Každý pozitivní a použitelný krok ke zlepšení klimatické situace naší planety je přínosem a jednou z nesmírně efektivních, užitečných, a vlastně poměrně snadných a finančně nenáročných záležitostí. Takovými by mohly být aplikace pokročilých tribologických řešení především pro dopravu, průmysl a výrobu energií.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit