Výzkum > Materiálový výzkum

Materiálový výzkum

Popis programu

Materiálový výzkum je jedním ze čtyř výzkumných programů, které tvoří obsahovou náplň projektu SUSEN – Udržitelná energetika. Je primárně zaměřen na výzkum materiálů pro jadernou energetiku, ale předpokládá se zapojení i v oblastech klasické energetiky a nových nekonvenčních postupů získávání energie. Program je zacílen na studium mezních stavů nových progresivních materiálů, resp. dílů a uzlů z nich vyrobených. Činnost pracoviště bude probíhat v oblasti základního výzkumu vlastností konstrukčních materiálů, výsledky budou přímo aplikovatelné v energetickém průmyslu.

Hala G2 v Plzni

Experimentální základna programu je budována v Plzni, v lokalitě Borská pole. Zde, v objektu G2, který je součástí plzeňského Vědecko-technologického parku, vzniká regionálně unikátní pracoviště, vybavené špičkovými přístroji s kvalifikovanou obsluhou, schopné pružně a komplexně řešit problematiku struktury a substruktury materiálů s ohledem na jejich degradační změny během exploatace v náročných podmínkách daných zejména vysokou teplotou, statickým i cyklickým namáháním a korozně-agresivním prostředím. Stavební úpravy haly G2 byly ukončeny na podzim 2012.

Přístrojové vybavení pracoviště lze formálně rozdělit do čtyř oblastí zahrnujících rozbory prvkového a fázového složení, povrchovou analýzu, analýzu mikrostruktury a substruktury a studium korozních, korozně-únavových a tepelně-únavových procesů. Toto rozčlenění je však třeba chápat do jisté míry jako formální, neboť při řešení daných problémů na sebe jednotlivé oblasti navazují a navzájem se doplňují. Rovněž z hlediska personálního se počítá s prolínáním jednotlivých oblastí. Nové pracoviště je koncipováno tak, aby bylo schopné úzce spolupracovat s ostatními interními i externími jednotkami. Tato interdisciplinární kooperace by měla přinášet výrazný synergický efekt a vést ke komplexním výstupům a řešením.

Ve spolupráci se ZČU v Plzni bude nové pracoviště hrát významnou roli při výchově nových materiálových odborníků. Fakulta strojní – Katedra materiálu a strojírenské metalurgie – bude
v programu participovat v oblasti svařování. Při řešení konkrétních úkolů bude využívána spolupráce v rámci diplomových a doktorských prací. Pozornost bude cíleně zaměřena na práci zahraničních doktorandů s tím, že na jejich stáže budou získávány prostředky z programů ES.

Hlavní cíle

podpora vývoje feritických a martenzitických ocelí s potenciálem aplikace do 650 °C pro neaktivní okruhy jaderných reaktorů GIV a komponenty parních turbín se superkritickými parametry páry
podpora vývoje materiálů na bázi austenitických ocelí a vysoce legovaných niklových slitin, odolných v agresivních prostředích za vysokých teplot a tlaků, pro výrobu komponent jaderných a klasických elektráren s ultra superkritickými bloky.
dokumentace vlivu degradačních mechanismů na vlastnosti konstrukčních materiálů pro komponenty vyšších generací jaderných reaktorů (GIII+,GIV) v neaktivních okruzích.
vývoj nových technologií tavného svařování pro jadernou i klasickou energetikou
(ve spolupráci s partnerem – katedrou materiálu ZČU)

Výzkumné aktivity (VA)

Přehled zařízení

Laboratoře materiálového výzkumu CV Řež s.r.o. jsou budovány v Plzni na Borských polích v areálu VTP Plzeň. Jsou situovány v dvoupodlažní budově o celkové zastavěné ploše 1400 m² s plánovanou experimentální infrastrukturou:

Laboratoře mezních stavů:

Servohydraulické stroje pro zkoušení vysokocyklické a nízkocyklické únavy, sledování šíření trhlin, pro provádění blokových zkoušek s harmonickým zatížením a měnící se střední hodnotou
- Inova ±400 kN/±2 kNm pro kombinované zatěžování tah-tlak/krut do teploty 800°C
- Inova ±100 kN pro jednoosé namáhání do teploty 1000°C
- Inova – pracoviště s dvěma servoválci o kapacitě 10 a 60 kN na T-drážkové upínací desce
servoelektrické stroje pro zkoušky lomové houževnatosti, korozního praskání, akcelerované zkoušky tečení, kombinace tečení-únava v prostředí těžkých tekutých kovů, tahové zkoušky za pomalých deformací (Slow Strain Rate Test) v prostředí těžkých tekutých kovů
univerzální elektromechanický trhací stroj s bezkontaktním měřením deformace se silovou kapacitou ±250 kN pro zkoušky v tahu, tlaku, 3-bodový ohyb, vysoké teploty do 1100°C s bezkontaktním systém měření deformace
elektromagnetický rezonanční stroj pro zkoušení vysokocyklické únavy, iniciaci a sledování šíření trhlin
- RUMUL – Testronic ±250 kN, vysoké teploty +200 až 900°C
elektrodynamický zkušební stroj pro zkoušení malých vzorků a pro zkoušení vysokocyklické a nízkocyklické únavy
- Instron – Electropuls E10000, kombinované zatěžování tah-tlak/krut
  – Axiální dynamické zatěžování silou ±10 kN, statické předpětí ±7 kN a současně krutový moment ±100 Nm.
  – Frekvenční rozsah pro dynamické zkoušky 0,1-100 Hz.
  – Až 8 měřících zesilovačů pro napájení snímače síly a momentu, snímače dráhy a úhlu natočení a snímače deformace.
  – Environmentální komora pro zkoušky v teplotním rozsahu -150 až 350°C
  – Vysokofrekvenční indukční ohřev vzorků do 5 mm a 800°C na povrchu vzorku.
  – Příslušenství s CCD kamerou pro stanovení křehkolomových vlastností pomocí malých vzorků.
instrumentované rázové kladivo (450 J/150 J) pro zkoušky rázem v ohybu při teplotách -180 až +300°C, pro dynamické tahové zkoušky, pro zkoušky dynamické lomové houževnatosti
tvrdoměr pro měření tvrdosti dle Vickerse, Brinella, Rockwella, Knoopa umožňující sekvence měření a záznam síla-hloubka vtisku
- InnovaTech – Nemesis 9000, zatížení 10 až 2500 N

a další vybavení pro instrumentaci korozně mechanických zkoušek (pece, průtahoměry, potenciostaty, tenzometry, bezkontaktní zařízení pro 3D analýzu deformací ….)

Chemické laboratoře

Spalovací analyzátor obsahu síry a uhlíku v kovových materiálech,
Extrakční analyzátor obsahu vodíku, dusíku a kyslíku v kovových materiálech,
Optický emisní spektrometr s doutnavým výbojem pro analýzu pevných vodivých a nevodivých vzorků s možností tvorby koncentračních profilů,
- HORIBA GD-Profiler 2
Potenciostaty pro studium korozních procesů elektrochemickými metodami, vedle metod založených na stejnosměrném a střídavém proudu umožňují i elektrochemickou impedanční spektroskopii a měření elektrochemického šumu.

Materiálografické laboratoře:

Plně motorizovaný invertovaný metalografický mikroskop s DIC dle Nomarského s analyzátorem obrazu k vyhodnocování podílu fází, velikostí zrn, vměstků, tenkých vrstev,…
Stereomikroskop s barevnou kamerou propojený s analyzátorem obrazu
Příprava metalografických vzorků (metalografické pily, automatická bruska-leštička a metalografický lis)
Profiloměr na principu bezdotykového třírozměrného měření povrchu využívající monochromatického laseru a optických objektivů s přesností ve vertikálním směru až 10 nm a v horizontálním směru až 0,03 µm
– Měření topografie povrchu, hloubkových profilů, plošné drsnosti,…
Automatický mikrotvrdoměr
– Plně automatizované měřením tvrdosti (výběr zatížení, penetrace, ostření a vyhodnocení tvrdosti)
– Měření tvrdosti se zatížením 10 až 10000g
– Software pro měření prokalitelnosti, tenkých vrstev, svarů,…
Analytický řádkovací elektronový mikroskop (FEGSEM) s detektory EDX, a EBSD.
– Rastrovací elektronový mikroskop s autoemisní FEG katodou
– Maximální rozměry vzorku zakládaných přímo do pracovní komory 120x100x50 mm
– Dopadová energie 0,2 – 30 keV
– Rozlišení v SE při urychlovacím napětí 30 kV ≤ 1,2 nm
– Chemická analýza pomocí EDX detektoru
– Krystalografická analýza pomocí EBSD detektoru se zkušebním zařízením pro mechanické a tepelné zatěžování vzorků „in-situ“ → možnost pozorování strukturních a topografických změn v reálném čase, max. zatěžovací síla 2 000 N, max. teplota exploatace vzorku 600 °C
– Analýza vodivých i nevodivých vzorků
– Software umožňující analýzu tenkých vrstev, chemického složení, krystalografie, měření délek, úhlů,…