Vědci zmapovali nečistoty vedoucí k náhlému rozlomení kovu

Rozsáhlý přehled toho, jak různé nečistoty v železe, niklu a hliníku mohou ovlivnit snížení soudržnosti materiálu a jeho náhlé rozlomení, vypracovali odborníci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR a z Ceitecu Masarykovy univerzity. Článek publikoval jeden z nejprestižnějších časopisů v oboru materiálových věd Progress in Material Science s impaktním faktorem 31.

Nízká koheze materiálu může vést k nenadálému zhroucení kovové konstrukce, jak se stalo například v britské elektrárně Hinkley Point A v roce 1969, kdy došlo roztržení rotoru turbíny.

„Tuto takzvanou mezikrystalovou křehkost způsobují příměsi a stopové prvky, které nejdou při výrobě dané součástky nikdy zcela odstranit a které se postupem času hromadí v místech mezi jednotlivými krystaly látky nazývanými hranice zrn. Kvůli tomu může dojít k výraznému snížení soudržnosti materiálu a ten se při namáhání může bleskově rozlomit,“ uvedl jeden z autorů publikace, Mojmír Šob z výzkumné skupiny Syntéza a analýza nanostruktur Ceitecu MU.

Odborníci se snaží nejen podrobně objasnit příčiny mezikrystalové křehkosti, ale také vytvořit metody, které pomohou s odhadem vlivu příměsí na soudržnost různých materiálů.

„Nejvíc škodí kovovým materiálům síra a fosfor, ale mechanické vlastnosti výrazně narušuje třeba i olovo či vizmut. Tyto nečistoty se hromadí – segregují – na hranicích zrn proto, že je to energeticky výhodnější. Tím se však v daném místě mění vazebné vlastnosti, a v naprosté většině případů se tak ještě víc oslabí soudržnost materiálu,“ přiblížil profesor Šob.

S kolegy v uvedené publikaci shrnuli hodnoty segregačních energií širokého spektra příměsí v železe, niklu a hliníku na hranicích zrn i površích těchto materiálů. Tyto hodnoty, které charakterizují tendenci atomů nečistot ke kontaminaci hranic zrn, získali nejen na základě vlastních výpočtů a experimentů, ale také s využitím údajů dostupných v literatuře.

Výsledky tohoto základního výzkumu mohou využít například odborníci, kteří se zabývají novými možnostmi zpracování kovů. Metodika uvedená v článku se dá aplikovat i na další materiály.

Šobův tým se tématu věnuje dlouhodobě. Společně s kolegy z AV ČR získali originální poznatky i o magnetismu hranic zrn nebo o závislosti segregace nečistot na orientaci těchto hranic.

Masarykova univerzita | Masaryk university