s 22II2S0 ŽELEZARSKI ZBORNI K VSEBINA Stran Vodopivec Franc, Metalurški inštitut SODOBNE METODE METALOGRAFSKE PREISKAVE IN SMERI NJIHOVEGA RAZVOJA . Kejžar Rajko, Železarna Jesenice RAZISKAVE UPORABNOSTI BOKSITA IN SUROVE GLINE BREŽICE PRI IZDELAVI MU-LITNIH OPEK..............11 Grešovnik Ferdo, Železarna Ravne IZDELAVA IN PRAKTIČNA UPORABA TTT DIAGRAMOV..............31 Segel Jože, Železarna Ravne DOLOČEVANJE POTREBNEGA ŠTEVILA PREIZKUSOV PRI UGOTAVLJANJU UDARNE UPO-GIBNE ŽILAVOSTI ORODNIH JEKEL .... 43 Stocca Bogdan, železarna Jesenice KOROZIJA IN ZAŠČITA CINKOVE PREVLEKE 47 Rodič Jože, Železarna Ravne METODE MREŽNEGA PLANIRANJA 57 1971 • LETO V 1 IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT J?) ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETNIK V MAREC 1971 ŠT. 1 Dr. Franc Vodopivec, dipl. inž. Metalurški inštitut DK: 620.186; 62.001.6 ASM/SLA: M 21 c, e, fg; 23 n, p Sodobne metode metalografske preiskave in smeri njihovega razvoja V članku je zgoščen opis najbolj uporabljanih metod za metalografsko preiskavo kovin. Okvirno je opisana uporabnost, slabe strani in perspektive razvoja posameznih metod. UVOD Metode za metalografsko preiskavo kovin so mnogo preveč raznovrstne in prilagojene specifičnim potrebam raziskovalnega dela, da bi jih lahko opisali v tem sestavku. Zato se bomo omejili na splošen pregled in oceno smeri razvoja. Ne bomo opisovali raznih aparatur, ampak analizirali v glavnem področja njihove uporabe. Razdelitev snovi v sestavku je naslednja: makroskopska in mikroskopska preiskava s pripravo obruskov, kvantitativna metalografska fazna analiza, elektronska mikroskopija, preiskava kovin s pomočjo strukturnega rentgena, preiskava kovin s pomočjo elektronske mikrosonde, preiskava prelomov in posebni postopki metalografske preiskave. 1. MAKROSKOPSKA IN MIKROSKOPSKA PREISKAVA 1.1 Namen metalografske preiskave Z metalografsko preiskavo želimo ugotoviti strukturne značilnosti, od katerih so odvisne lastnosti in uporabnost kovine. Med te značilnosti štejemo: a) vrsto strukture; vrsto, velikost in razdelitev strukturnih komponent b) množino, vrsto in razdelitev nekovinskih komponent v strukturi, n. pr. nekovinskih vključkov in karbidov c) makro in mikronapake v kovinah, predvsem znake nekompaktnosti, kot so razpoke, plinski mehurčki in mikro-lunkerji d) neenakomernosti v razdelitvi strukturnih komponent ali elementov, ki so v trdni raztopini, n. pr. izceje karbidov, vključkov in različnih elementov. Metalografsko preiskavo delimo v makroskopsko in v mikroskopsko. Pri prvi si pomagamo s prostim očesom ali lupo, ki zmore do 20 x-ne povečave, pri drugi uporabljamo metalografske mikroskope do povečave približno 2000 X in elektronske mikroskope do povečave 100000 X ali več. Klasične metode metalografske preiskave so usmerjene predvsem v ugotovitev oblike velikosti in razdelitve strukturnih komponent v kovinah, poudarek je torej na kvalitativni analizi. Moderne metode pa omogočajo, da se določi fazna sestava kovin in elementna sestava posameznih komponent mikrostrukture. Bodočnost metalografije je v razvoju metod, ki bi omogočile, da se čim bolj selektivno in zanesljivo loči posamezne mikro-strukturne komponente ter da se določi elementna sestava teh komponent in njihov kvantitativni delež v masi kovine, oziroma da se določi fazna sestava kovin. Elementna sestava ne daje vedno prave slike o kovini in na njeni osnovi ni vedno mogoče tolmačiti lastnosti kovin. Od modernih metod in aparatur zahtevamo, da so enostavne, zanesljive in hitre in da dajo uporabne rezultate. Bodočnost pa imajo take aparature in metode, s katerimi bo mogoče izvršiti hitro in avtomatsko kvantitativne fazne analize. Druga smer razvoja metalografske preiskave je razvoj specialnih metod, namenjenih za preiskavo specifičnih kovin, za analizo specifičnih problemov ali pa za izvedbo preiskav v posebnih pogojih. 1.2 Zgradba in značilnosti modernih metalo-grafskih mikroskopov Optični mikroskop je osnovno orodje za metalografsko preiskavo kovin in bo svoj pomen ohranil tudi v bodočnosti. V uporabi sta dve konstrukciji mikroskopa: stoječa (normalna) in obrnjena. Prva konstrukcija ima mikroskopsko mizico z obruskom pod objektivi, druga pa nad objektivi. Izdelujejo se že tudi kombinirani mikroskopi. Normalni mikroskop je bolj primeren za opazovanje večjih serij obruskov, sicer sta obe vrsti mikroskopa enakovredni. Dobri mikroskopi imajo okularje in objektive, ki omogočajo opazovanje z direktno povečavo od pribl. 40 do 1500 X. Povečave se spreminjajo navadno v stopinjah. V najmodernejših mikroskopih, pa se povečava spreminja zvezno, ne da bi bilo potrebno znova nastavljati ostrino. V uporabi sta v glavnem dve vrsti mikroskopov: majhni enostavni mikroskopi za rutinsko kontrolno delo in večji mikroskopi, ki so namenjeni za raziskovalno delo. Moderni mikroskopi imajo revolver objektive, naprave za fotografiranje na plošče in na film z avtomatsko napravo za osvetljevanje, optiko za opazovanje v svetlem, temnem polju, ter polarizirani svetlobi; imajo dodatek za fazni in interferenčni kontrast ter napravo za merjenje mikrotrdote. Na nekatere mikroskope lahko montiramo posebne pečice, ki omogočajo, da se neposredno opazuje površina kovin segreta na visoke temperature. Nekateri mikroskopi imajo tudi naprave za optično ali televizijsko projekcijo slike na večji zaslon. Ta zaslon se lahko kombinira z avtomatskimi napravami za fazno analizo mikrostrukture. Koristna dodatna naprava je tudi mikroreflek-simeter. Z njim merimo intenziteto odbite mono-hromatske svetlobe z zelo majhnih področij na površini obruska (do nekoliko mikronov v premeru). S primerjavo intenzitete odbite svetlobe določene strukturne komponente z intenziteto odbite svetlobe znanega etalona lahko določimo precej točno sestavo opazovane komponente. Naprava je precej točna in zanesljiva. Posebno je primerna za identifikacijo mineralnih komponent v kovinah, refleksij ske indekse teh komponent poznamo iz mineralogije. Ko bodo eksperimentalno določeni refleksij ski indeksi za različne kovine v čistem in legiranem stanju bo naprava lahko v bolj enostavnih primerih nadomestila mnogo dražjo elektronsko mikrosondo. 1.3 Priprava obruskov za opazovanje na mikroskopu Metode makroskopske preiskave vzorcev ne kažejo posebnega napredka. Za odkrivanje makro-strukture se uporablja klasično globoko jedkanje v mineralnih kislinah, preiskave z različnimi penetranti pa se uporabljajo za odkrivanje napak. Penetranti so razne tekočine, ki imajo majhno površinsko napetost in zato lahko in hitro prodirajo v napake v kovinah npr. razpoke ali mikro-lunkerje in jih tako pokažejo. ta razvoj pospešili: želja pa avtomatizaciji in pospešitvi izdelave obruskov, metalografska preiskava novih gradiv, za katere klasično poliranje ni bilo uporabno ter zahteva po boljši kvaliteti površine obruskov. Kvaliteta površine ročno pripravljenih obruskov običajno ni zadostna za uspešno analizo na modernih pripravah za fazno analizo kovin. V klasičnem postopku priprave obruskov z ročnim brušenjem in poliranjem se mokro brušenje vedno bolj uveljavlja. Metode elektrolitskega poliranja so že toliko izpopolnjene, da jih z uspehom lahko uporabimo za praktično vse kovine. Obstoja celo naprava za elektrolitsko poliranje, ki omogoča, da se med poliranjem površina kovine neposredno opazuje v mikroskopu (Elipovist, Zeiss Jena). Elektrolitsko poliranje v staljenih soleh ni prešlo začetnih preizkusov. Zelo lepe obruske daje poliranje z avtomatično pripravo, ki drži več obruskov naenkrat (slika 1). Elektro-mehanično poliranje (nemško Wischpoliren) je kombinacija mehanskega in elektrolitskega poliranja. Ta metoda poliranja se zelo uveljavlja. Daje lepe površine pri vseh kovinah tudi pri tistih, ki so premehke, da bi jih lahko uspešno mehansko polirali. Lepe rezultate daje ta metoda poliranja pri pripravi obruskov iz visokolegiranih jekel, ki imajo malo ogljika. Naprava se lahko kombinira z mehanično roko, ki drži več obruskov. Uveljavlja se tudi vibracijsko poliranje. Po tem postopku se avtomatsko mehanično brusijo ali polirajo obruski na plošči, ki vibrira. Intenziteto in kvaliteto poliranja se regulira z intenziteto vibracij in s spreminjanjem obtežbe obruskov. Vibracijsko mehanično poliranje se lahko kombinira z elektrolitskim poliranjem. Kovine, katere polirne tekočine poškodujejo, je mogoče polirati na suho na posebno pripravljenih ravnih steklenih ploščah, ki imajo hrapavo površino. Ta postopek je uporaben tudi tedaj, ko hočemo dobiti ravne robove obruskov. Napredek v snoveh za hladno zalivanje obruskov so epoksi smole in aralditi, ki imajo različno trdoto in so prilagojeni za zalivanje obruskov in a) Poliranje obruskov Naprave za pripravo obruskov za mikroskopsko preiskavo so dosegli lep razvoj. Trije činitelji so Slika 1 Naprava za elektromehanično poliranje Relapol z mehanično roko, ki drži vež obruskov med poliranjem. kovin z različno trdoto. Zaradi majhnih razlik v trdoti pri poliranju ne nastaja relief na obrusku in so robovi ostri. b) Jedkanje obruskov Klasična jedkalna sredstva za mikroskopsko jedkanje obruskov, predvsem raztopine mineralnih kislin in soli v vodi, alkoholu ali drugih tekočinah, brez dodatka ali z dodatkom organskih snovi za zmanjšanje površinske napetosti, se še vedno največ uporabljajo. Zahteva po velikem kontrastu med mikrostrukturnimi komponentami, ki edini lahko zagotovi, da bodo naprave za optično avtomatsko fazno analizo dale dobre rezultate, je na tem področju pospešila razvoj. Zelo se širijo jedkala, ki delujejo z usedanjem. Taka jedkala lepo pokažejo heterogenosti v razdelitvi legirnih elementov v kovini npr. makroskopske in mikroskopske izceje legirnih elemntov, ki so raztopljeni v feritu ali v avstenitu. Važen korak naprej je napravilo elektrolitsko jedkanje z uvedbo potenciostatskega jedkanja. To je jedkanje v primerni razstopini pod določenim potencialom, ki omogoča, da se odkrije samo določena faza. Slika 2 nam kaže, kako zelo je selektivno potenciostatsko jedkanje. Z drugimi postopki je težko doseči tak kontrast, težko pa je tudi zagotoviti zanesljivost in enakomernost jedkanja. S polarizirano svetlobo si ne moremo veliko pomagati pri mikroskopski analizi kovin, optična anizotropnost kovinskih faz je namreč premajhna, da bi imeli s polarizirano svetlobo uspeh. Pač pa uspešno uporabljamo to svetlobo pri indetifikaciji vključkov. Optične razlike med posameznimi kovinskimi fazami močno povečamo, če na površino kovin v vakuumu naparimo tanek sloj optično aktivnih snovi, ki imajo velik lomni količnik. Take snovi so npr. kadmijev in cinkov sulfid ter selenid. Ko naparjeno površino opazujemo v polarizirani svetlobi, se nam struktura pokaže na podoben način kot, da je bil obrus jedkan, v nekaterih primerih pa dobimo celo boljšo selektivnost. o* 0 o-y s # • v M* •, v? , ....... Slika 2 X 500 — Potenciostatsko jedkani karbidi (MC temni in M6C svetli) v hitroreznem jeklu. Kovinske površine je mogoče jedkati tudi z ionskim bombardiranjem. Uporabljajo se ioni plemenitih plinov z energijo med 5 in 15 keV. To jedkanje je uporabno za vse kovine. Postopek je drag in zato se ga splača uporabiti le v primerih, ko hočemo odkriti strukturo posebnih kovin ali pa posebne detajle strukture. 2. Kvantitativne metode metalografske analize Velikost kristalnih zrn najlažje in z zadostno natančnostjo določamo s štetjem ali s primerjavo z etaloni, ki so normirani na primer v ZDA in v SZ. Množino nekovinskih vključkov smo po klasičnih postopkih določali na podobne načine, štetje je dajalo dobre rezultate, vendar so trajale predolgo analize mnogih mikroskopskih polj, ki so potrebne, da bi dobili realno povprečje. Sovjetski standardi s področja metalografske preiskave kovin imajo tudi etalone za določitev razmerja med množinami posameznih komponent mikro-strukture npr. med bainitom in martenzitom, med perlitom in feritom itd. Zelo se uporabljajo tudi etaloni za oceno oblike in velikosti grafitnih delcev v različnih litinah. Kvantitativno fazno sestavo lahko točno določimo s planimetriranjem na medlici mikroskopa ali na mikroskopskih posnetkih. Ta postopek je natančen, vendar je zelo dolgotrajen, ker je potrebno planimetrirati veliko število mikroskopskih vidnih polj ali posnetkov, če hočemo dobiti realno poprečje. Zato ne prihaja v poštev za kontrolne in za serijske preiskave. Napredek je omogočila uvedba integracijske mizice na mikroskopu in linijske analize. Z integracijsko mizico je postalo planimetriranje polavtomatsko in hitrejše, zato je bilo mogoče analizirati večje površine in določiti kvantitativni delež posameznih komponent. Vendar tudi ta postopek ni bil dovolj hiter, da bi ga lahko uporabljali pri kontrolnem serijskem delu. Zadnja leta so v razvoju ali že v prodaji popolnoma avtomatizirane naprave za metalografsko fazno analizo. Nekatere od njih delujejo na optični osnovi, druge pa na osnovi rentgenskih žarkov. Tu bomo opisali le eno napravo, ki deluje na optični osnovi, dve drugi napravi bomo opisali v odstavku o elektronski mikrosondi. Prehodna stopnja k razvoju optičnih avtomatskih priprav so bile aparature, ki so s fotocelico registrirale optične intenzitete pri presevanju filmov ali plošč od metalografskih posnetkov. S pomočjo računalnika je mogoče take rezultate obdelati in določiti fazno sestavo. Do sedaj je edino televizijski mikroskop pokazal, da je primeren za serijsko delo. V tem mikroskopu se slika posname s televizijsko kamero in projecira na televizijski zaslon. Tu elektronska naprava zelo hitro izvrši linijsko analizo, vgrajen računalnik pa izračuna fazno sestavo. Na ta način deluje televizijski mikroskop Quantimet izdelek Metals Research Cambridge. Z njim je mogoče določiti kvantitativni ploščinski delež različnih komponent mikrostruk-ture (npr. vključkov, perlita, ferita, bainita, karbidov itd.), če se le analizirane faze dovolj razlikujejo v optičnem kontrastu druga od druge oz. od osnove. Tako je mogoče posamezne izmed njih diskriminitrati. Zato je važno, da je površina obruska tako jedkana, da je kontrast med preiskano fazo in drugimi čim večji. S pomočjo mikroskopa Quantimet avtomatsko določimo naslednje podatke: — število zrn analizirane faze na enoto površine, — faktor oblike teh zrn, — ploščinski delež zrn v procentih, — poprečno velikost zrn v opazovani smeri in — razdelitev zrn v izbrane velikostne razrede. To je praktično vse, kar potrebujemo za popolno fazno analizo. Obruske za nalizo na Quantimet mikroskopu je potrebno pripraviti po enem izmed avtomatskih postopkov. Realne rezultate pa dobimo le s statistično analizo podatkov številnih mikroskopskih vidnih polj. S tem mikroskopom ne moremo določiti kemijske sestave posameznih faz. Po najnovejših podatkih iz strokovnega tiska sklepamo, da se mikroskop Quantimet uspešno uveljavlja. 3. Elektronska mikroskopija Z optičnim mikroskopom lahko v optimalnih pogojih dosegamo ločljivost 0,5 mikrona. Večje povečave povečajo sliko, ne povečajo pa ločljivosti. Elektronski mikroskop uporablja elektrone, ki imajo mnogo manjšo valovno dolžino od vidne svetlobe in zato mnogo boljšo ločljivost od optičnih mikroskopov. Ločljivost dosega pri najboljših elektronskih mikroskopih že 2 X 10-8 cm. S takimi mikroskopi je praktično mogoče opazovati molekularne vrste. Vsi elektronski mikroskopi imajo še naprave za mikrodifrakcijo, s katerimi je mogoče identificirati drobne delce. Klasično tehniko in direktne preiskave kovin s pomočjo odtisov ali replik površine obrusov je močno obogatilo neposredno opazovanje tankih kovinskih lamel, ki so prozorne za elektrone. Z opazovanjem takih lamel je mogoče določiti kristalno strukturo kovine, direktno je mogoče opazovati linijske kristalne napake npr. disloka-cije in napake zloga, opazovati drobne izločke in določiti njihovo obliko, razdelitev, kristalizacijo in epitakcijo z osnovno kovino. Metode preiskave s pomočjo odtisov so dosegle tako popolnost, da je mogoče z replikami obvladati praktično vse probleme, ki se postavljajo pred elektronski mikroskop. Direktne in indirektne ogljene replike počasi izpodrivajo replike iz različnih organskih lakov in polimerov. Posebno uspešna je uporaba ekstrakcijskih ogljenih replik. S temi replikami lahko ekstrahiramo iz kovin praktično vse vrste drobnih izločkov, npr. karbide, nitride (slika 3), okside in intermetalne faze. Zato je mogoče točno določiti njihovo obliko, velikost in razdelitev, Slika 3 X 20.000 — Ogljena replika ekstrahirana v brom etil alkoholu. Aluminijevi nitridi v jeklu z 0,03 Al in 0,007 0/o N. Slika 4 Elektronski uklonski diagram nitridnega zrna na si. 3. s pomočjo elektronskega mikrouklona (slika 4) pa še kristalizacijo in event. sestavo. Napredek predstavljajo dvostopenjske ekstrakcijske replike, katerih prednost je, da ne poškodujejo površine obrusa, zaradi raztapljanja v brom etilalkoholu. Elektronski mikroskop je nepogrešljivo orodje pri preiskavi prelomnih površin (glej točko 5). Moderni elektronski mikroskopi imajo naprave za segrevanje, ohlajanje in plastično deformacijo vzorcev, imajo posebno napravo za opazovanje v magnetnem polju. Kombinirajo se še lahko s scanning pripravo (glej točki 4 in 6). Elektronska mikroskopija je postala standardna raziskovalna in v mnogih primerih tudi kon- trolna metoda v metalografskem laboratoriju. V naši državi je elektronska mikroskopija na metalurškem področju manj razvita, kot bi ustrezalo našemu industrijskemu potencialu. 4. PREISKAVA KOVIN Z ELEKTRONSKIM MIKROANALIZATORJEM Z elektronskim mikroanalizatorjem lahko določimo elementno sestavo posameznih komponent mikrostrukture, katerih velikost ni manjša od 1—2 mikrona. Analiza je zanesljiva, če koncentracija elementa presega približno 0,1 %. S standardnim elektronskim mikroanalizatorjem moremo določiti vse elemente z atomskim številom nad 4. Elektronski mikroanalizator (slika 5) je sestavljen iz močnega vira elektronov (elektronske puške), optičnega mikroskopa za viziranje analiziranega mesta, kristalnih spektrometrov ter naprave za registracijo rentgenskih žarkov. Z elektroni bombardiramo vizirano mesto, tu nastajajo rentgenski žarki, katerih značilna valovna dolžina je odvisna od atomskega števila elementa, žarke ločimo z uklonom v kristalu in izmerimo njihovo intenziteto, ki je proporcionalna v koncentraciji elementa. S pomočjo posebne priprave (angl. scanning, franc. balayage) je mogoče avtomatsko določiti koncentracijsko razdelitev elementov na področju opazovalne površine z velikostjo do 0,5 X 0,5 mm. Pri »scanning« analizi z elektroni otipamo podobno, kot to dela s svetlobo v televizijski snemalni kameri, v zaporednih črtah celo področje, lokalne intenzitete rentgenskih žarkov spremenimo v črno-bele kontrastne točke na katodni cevi s spominskim zaslonom, kjer jih fotografiramo. Tako dobljena črno-bela slika razdelitve različnih elementov na analizirani površini je zelo verna in jasna (slika 6). Obstojajo tudi scanning elektronski mikroskopi. Z njimi je mogoče napraviti posnetke reljefnih prelomnih površin, ki dajejo zelo prostorsko predstavo o obliki preloma. Scanning slike dajejo že semi-kvantitativno fazno sestavo analizirane površine, popolna bi bila mikrosonda, ki bi dala tudi kvantitativno fazno sestavo, če je le razlika v elementni sestavi med posameznimi fazami dovolj velika, kot je v večini primerov. Z analizo scanning slik je mogoče določiti podobne informacije kot s Ouantimet mikroskopom, zraven pa še določiti elementno sestavo posameznih faz. Taka naprava je »števec vključkov« (angl. Inclusions counter), ki je namenjen za določanje Slika 5 Elektronska mikrosonda, izdelek firme Jeolco. Slika 6 Scanning slika, posneta na elektronski mikrosondi. Razdelitev različnih elementov v nekovinskem vključku. nekovinskih vključkov. Deluje na osnovi logične analize vsaj dveh, lahko pa tudi več karakterističnih dolžin rentgenskih žarkov, ki istočasno izhajajo iz istega mesta, ki ga bombardiramo z elektroni, npr. žarke mangana in žvepla za vključke manganovega sulfida, števec kvantitativno razvršča nekovinske vključke v 12 izbranih kategorij oz. 3 tipa vključkov v 4 velikostne razrede. Za analizo enega mikroskopskega vidnega polja na tej napravi je potrebno 3—60 sek., kar je zelo ugodno. Slaba stran naprave je v tem, da deluje zanesljivo le, če se karakteristični element v vključku kvalitativno razlikuje od osnove. Popolnejša naprava je tako imenovani fazni integrator. Osnova za ločenje faze v tej napravi je minimalna intenziteta rentgenskega sevanja določenega elementa. Ta vrednost se elektronsko diskriminira in se pri scanning linijski analizi registrirajo le področja večje intenzitete. Naprava je uporabna, le če so med fazami zadostne razlike v koncentraciji analiziranih elementov, da je elektronska diskriminacija malih koncentracij zanesljiva. Za analizo področja s površino 0,5 X 0,5 mm potrebuje sedaj naprava 10—20 min., kar je preveč. Pričakujejo pa, da se bo naprava še izpopolnila in se bo čas analize zmanjšal največ na 10 sek., kar bo omogočilo njeno splošno uporabo. Zaenkrat sta obe napravi števec vključkov in fazni integrator v preiskusu, čeprav je zadnja naprava tudi že v prodaji. temveč se metode izpopolnjujejo in prilagajajo na specifične probleme, aparature pa se avtomatizirajo. Rentgenske kamere se uporabljajo le za kvalitativne preiskuse in za preiskave po Laue-postopku. Kvantitativne preiskuse s fotometrira-njem filmov, dobljenih v kamerah, je nadomestila uporaba spektrometrov, na katerih z Geigerjevo cevjo ali drugo podobno napravo, ki registrira uklonjene rentgenske žarke, izmerimo intenziteto žarkov, jo registriramo na papir (slika 7) in nato grafično izvrednotimo s planimetriranjem. Zadnja leta pa so že v prodaji naprave, ki planimetriranje izvršijo z avtomatskim integriranjem množine uklonjenih žarkov, kar olajša izračun kvantitativne sestave. Podobne naprave, ki ne izkoriščajo uklonskih žarkov, namreč sekundarno žarčenje, ki nastane zaradi obsorpcije rentgenskih žarkov v snovi (fluorescentni žarki), se lahko uporablja za avtomatizirano elementno analizo kovin. Tudi za analize tekstur so že avtomatske naprave, ki zelo skrajšajo čas potreben za določitev tečajne figure. Poglejmo katere so slabe strani rentgenskih metod za kvantitativno fazno analizo. Te naprave imajo majhno splošno občutljivost. Ta ne dovoljuje, da bi se v kovinah uspešno analizirale faze prisotne v majhnih množinah, ki pa imajo lahko bistven vpliv na lastnosti kovine. Malokdaj lahko določimo množine pod 2 %. Reproduktivnost in zanesljivost je razmeroma slaba tudi v začetnih zaznavnih koncentracijah, zato tudi z zelo skrbnim delom ne dosegamo vedno pričakovanih rezultatov. Rentgenska fazna analiza ne daje navadno nobenih podatkov o obliki in razdelitvi analizirane faze. Nemajhna pomanjkljivost je tudi dejstvo, da trajajo analize precej dolgo, zato je težko dobiti realne rezultate na makroskopsko heterogenih vzorcih. 5. PREISKAVA KOVIN S POMOČJO STRUKTURNEGA RENTGENA Rezultati preiskave kovin s pomočjo rentgenskih žarkov so bili osnova za določitev kristalne strukture vseh trdnih snovi, tudi kovin. Ta panoga metalografske analize je zelo dovršena. Zadnja leta v njenem razvoju ni vsebinsko novih stvari, Slika 7 Registrirni diagram analize trdine CriCj — 15 Ni na strukturnem rentgenu z difraktometrom. Vrhovi ustrezajo značilnim uklonskim črtam za karbid Cr3C2 in trdno raztopino kroma v niklju. Sodobne rentgenske strukturne naprave imajo dodatke za segrevanje, ohlajanje in deformacijo vzorcev. S posebno rentgensko kamero se lahko napravi mikro-radiografska preiskava kovin. Pri tej preiskavi vzorce, ki imajo obliko tankih lamel, pre-svetlujejo z monohromatskimi rentgenskimi žarki. Zaradi razlik v absorpciji med posameznimi fazami in osnovo kovine, dobimo na filmu črno-belo sliko razdelitve posameznih faz v kovini. Z uporabo skrbno filtrirane monohromatske svetlobe in fino-zrnatega filma dobimo posnetke, ki so zadosti kvalitetni, da jih lahko 100 in večkrat povečamo z ločljivostjo, ki ne zaostaja za ločljivostjo mikroskopskih posnetkov pri isti povečavi. Namesto rentgenskih žarkov se za uklonske preiskave lahko uporabijo nevtronski žarki. S pomočjo uklona nevtronov lahko določimo v kovinah teksturo, smerne magnetne lastnosti, termične lastnosti in valenčno razdelitev elektronov v kristalu. Te preiskave so precej komplicirane in zato se uporabljajo le pri specializiranih fizikalnih problemih. 6. PREISKAVA PRELOMNIH POVRŠIN Prelomna površina je metalurgom bogat vir podatkov o kovini. Na njej lahko opazimo različne notranje napake, ugotovimo vrsto obremenitve, ki je prelom povzročila, ugotovimo morfologijo in naravo preloma in druge podatke, ki nam omogočijo, da si ustvarimo sliko o zgradbi, homogenosti in lastnostih kovine. Na oceni prelomne površine so osnovane nekatere klasične metode za preiskavo jekla: npr. ugotavljanje optimalne temperature kaljenja po Shepperdu na osnovi videza preloma, metoda za oceno makroskopskih nehomogenosti v jeklu (UJŽ, Interni standard 660.2-1964). Prelomne površine lahko opazujemo v optičnem mikroskopu le izjemoma, ko so zelo ravne. Optični mikroskop ima namreč že pri sorazmerno majhni povečavi majhno globinsko ostrino. Pač pa vse prelomne površine z uspehom lahko pregledamo v presevnem elektronskem mikroskopu, ki ima kljub veliki povečavi veliko globinsko ostrino ali pa v scanning elektronskem mikroskopu. To metodo preiskave kovin imenujemo mikrofrakto-grafijo. Za opazovanje površin v presevnem mikroskopu lahko uporabimo enostopenjske in dvostopenjske replike. Enostopenjske replike pripravimo tako, da na prelomno površino naparimo ogljik, nato pa ogljeni film ločimo od površine z raztapljanjem v brom-etil alkoholu. Tako pripravljene replike verno predstavljajo prelomno površino. Na njih se ekstrahirajo nekovinski delci, ki so bili na prelomni površini ali pa tik ob njej. Dvostopenjske replike pripravimo tako, da površino preloma vtisnemo v zmehčano organsko maso, npr. rodoid, pustimo strditi in nato prelom odtrgamo. Na odtis preloma v organski masi naparimo ogljeno repliko in jo nato ločimo z raztapljanjem v primernem organskem topilu. Tudi ta metoda daje verne slike prelomne površine, vendar ne dobimo ekstrahira-nih nekovinskih delcev. Pred enostopenjskimi replikami ima prednost, da se ne poškoduje preiskana površina. Mnogokrat dvostopenjski odtis pripravimo samo kot predstopnjo z namenom, da prelomno površino dobro očistimo. Na osnovi mikrofraktografskega videza lahko ocenimo vrsto preloma: žilav (slika 8), krhek (slika 9), trenuten ali trajen; ocenimo potek preloma: intrakristalen ali interkristalen (slika 10) in, kar je zelo važno, lahko presodimo, ali so in kako so nekovinski delci v kovini vplivali na prelom. Mikrofrakto-grafska slika je praktično edini način, da lahko ugotovimo absorpcijsko krhkost kovine. Slika 8 2000 x — Direktna ogljena replika ločena z brom-etil alkoholom. Intrakristalna žilava prelomna površina jekla za cementacijo. Slika 9 2000 x — Direktna ogljena replika ločena z brom-etil alkoholom. Interkristalna krhka prelomna površina jekla za cementacijo. Slika 10 X 2000 — Direktna ogljena replika ekstrahirana z brom-etil alkoholom. Interkristalna prelomna površina nastala zaradi številnih drobnih karbidnih ploščic po kristalnih mejah. Nerjavno jeklo tipa 18/8, žarjeno 48 ur pri 650» C. Mikrofraktografija se kot tehnika preiskave kovin vse bolj uporablja. Obstoja celo mikrofrak-tografski atlas jekla, ki je v veliko pomoč pri tolmačenju mikrofraktografskih slik. V naši državi je kot standardna raziskovalna metoda vpeljana samo na Metalurškem inštitutu v Ljubljani. 7. POSEBNE METODE ZA METALOGRAF- SKO PREISKAVO KOVIN V tem odstavku bomo na kratko opisali 3 metode za preiskavo kovin: autoradiografsko, nepo-rušno metalografijo in direktno opazovanje kovin pri visokih temperaturah. a) Autoradiografska preiskava kovin Ce kovino, v kateri je legiran radioaktivni element, postavimo na fotografsko emulzijo, ustvarijo radio-aktivni žarki na emulziji sliko razdelitve tega elementa. Zato je autoradiografska preiskava zelo primerna za ugotavljanje razdelitve elementov v kovinah, to je za preiskavo makro in mikro izcej. Samo v posebnih primerih, ko imamo opravka z elementi, ki sevajo alfa žarke, je ločljivost nekaj mikronov, v večini primerov pa avtoradiografije lahko povečamo koristno največ 50-krat, kar pomeni, da je ločljivost sorazmerno slaba. Lahko pa jo bistveno povečamo s pripravo zelo tankih vzorcev (lamel) ali pa če na poseben način pripravljamo fotografsko emulzijo. Metoda ima izredno občutljivost. Z autoradiografijo lahko z uspehom ugotovimo razdelitev elementov, ki so v kovini v množini 0,0001 % ali še manj (slika 11). Enako je uspešna, če je analizirani element dodan v aktivni obliki v kovino, ali pa če se že legiran aktivira. Autoradiografijo lahko pripravimo že pri zelo majhni radioaktivnosti kovine, ko ni nobene nevarnosti zaradi sevanja. Zato jih lahko pripravljamo v normalno opremljenih metalografskih laboratorijih. b) Neporušna metalografija Mnogokrat želimo napraviti preiskavo kovin, ne smemo pa predmeta poškodovati, oziroma razrezati, da bi napravili obrusek primeren za opazovanje na mikroskopu. V takem primeru ročno, strojno ali elektrolitsko zbrusimo in spoliramo del površine predmeta, ki nas zanima, jo jedkamo in jo opazujemo s pomočjo prenosnega mikroskopa. Delo s tem mikroskopom je mnogokrat zelo naporno, mnogo točk na izdelkih, na primer krivine ali ogli, niso dosegljive za opazovanje. Zato se namesto prenosnega mikroskopa vse bolj uporablja preiskava s pomočjo odtisov. Na mestu, ki nas zanima, napravimo odtis in ta odtis nato pregledamo v mikroskopu kot normalne obruse. Za odtise lahko uporabljamo posebne snovi, katere dobavljajo nekatere specializirane firme za meta-lografski material, zelo uspešni pa so tudi odtisi iz lakov. Z 2 % raztopino laka v topilu, npr. form-varja v acetonu, premažemo večkrat pripravljeno mesto, pustimo posušiti, utrdimo z drugim premazom npr. s 4 % rastopino kolodija v kloroformu, odtis odlepimo in pregledamo na mikroskopu. Dobro pripravljeni odtisi verno prikazujejo preiskano površino (slika 12 in 13). Slika 11 X 6 — Autoradiografija. Osiromašenje kristalnih mej v železu z 0,001 % S zaradi žarjenja v vakuumu pri 800» C. Slika 12 c) Visokotemperaturna mikroskopija Nekatere firme izdelujejo posebne pečice, v katerih lahko kovine segrejemo na visoke temperature, tudi do 1700°C, in jih vroče neposredno opazujemo v mikroskopu. V pečici mora biti vakuum ali varovalna atmosfera, da opazovana površina kovine ne oksidira. Največja povečava navadno ne presega 300-krat. Mikroskop lahko z uspehom uporabljamo za opazovanje različnih površinskih pojavov, npr. interakcije med atmosfero in površino kovine, lahko pa opazujemo vse strukturne pojave, ki jih odkriva termično jedkanje, ali pa povzročajo v kovini volumenske spremembe, ki spreminjajo obliko reliefa na opazovani površini. Taki pojavi so alotropske modifikacije, npr. bainitna (slika 14) in martenzitna premena, nataljevanje kovin, izločanje, kristalizacija, rekri-stalizacija in drugo. Potrebno je imeti zadostne izkušnje, da bi bilo delo uspešno in da bi bilo tolmačenje rezultatov pravilno. Visokotemperaturna mikroskopija se uveljavlja kot specifična veja metalografske preiskave. 8. PERSPEKTIVE RAZVOJA METALOGRAFSKE PREISKAVE KOVIN Metalografska preiskava kovin se razvija na dveh področjih: na področju standardnih preiskav, katerih rezultati so v neposredno pomoč pri presoji tehnološkega postopka izdelave, predelave in termične obdelave kovin, ter osnova za presojo primernosti kovine za uporabo in na področju specializiranih metod preiskave, ki so potrebne pri razvoju novih zlitin ali poboljšanju lastnosti tistih zlitin, ki so že v uporabi. Uporabniki zahtevajo vse boljšo kakovost jekla in kovin, s podatki elementne analize pa te kakovosti ne moremo vedno objektivno presoditi. Zato je potrebno, da Slika 14 x 200 — Sekvence bainitne transformacije Cr-Ni-Mo jekla za poboljšanje pri 400° C. Slika 13 100 x — Odtisi strukture jekla v notranjosti bobna parnega kotla. Normalizirana feritno bainitna struktura (si. 12) in kaiiina struktura z razpokami pod zvarom (si. 13). se razvijejo in začnejo uporabljati metode, ki omogočajo kvantitativno fazno analizo kovin. Vzporedno s temi metodami bo potrebno razvijati tudi naprave, s pomočjo katerih bo mogoče kvantitativne fazne analize izvršiti avtomatsko na osnovi uklon j enih ali emitiranih rentgenskih žarkov, ali pa izkoriščale dosedaj neizkoriščene principe. Take naprave bodo morale fazno analizo posameznega mikroskopskega vidnega polja izvršiti hitro (največ v nekaj 10 sekundah) tako, da bo mogoče izvršiti analizo na mnogih točkah kovinske površine in tako statistično določiti realno poprečno sestavo. Proizvajalci kvalitetnih jekel, bodo morali take naprave vpeljati v svoje raziskovalne in kontrolne laboratorije, če bodo hoteli slediti splošnemu trendu razvoja v tehnično naprednih državah. Da bi uspešno izvršili kvantitativno fazno analizo so potrebni brezhibno in enakomerno izdelani obrusi. Manuelno delo priprave obrusov bo potrebno avtomatizirati. To je v tujini že več ali manj izvršeno, pri nas je še malo takih naprav. Elektronska mikrosonda in elektronski mikroskop sta postala standardno orodje vsakega resnega razvojnega dela. V bodočnosti se pa lahko pričakuje da se bo uporaba obeh instrumentov razširila s področja raziskovalne tematike na področje neposrednih kontrolnih preiskav. Literatura E. Plockinger in G. Dorfler: Moderne Verfahren der stereometrischen Analyse; Radex Rundschau, 1967, št. 3^, str. 777—781. B. Dudek: Die Anvvendung des Quantimet in Metalio-graphie; Radex Rundschau, 1967, št. 3—4, str. 790—794. F. Hofer: Erfahrungen beim Einsatz eines Fernsehmi-kroskopes in einem Stahhverk; Radex Rundschau, 1967, št. 3—4, str. 794—805. P. Scvvaat in H. J. Schiller: Die Anvvendung der Ionen-atzund in der Metallographie; Radex Rundschau, 1967, št. 3—4, str. 742—749. H. E. Buhler: Ein Beitrag zur Gefiigeentvvicklung durch Interferenc — Aufdampfschichten; Radex Rundschau, 1967, št. 3—4, str. 672—678. F. Vodopivec, V. Marinkovič in L. Kosec: Uvajanje metode mikrofraktografije pri raziskavah metalurških problemov v zvezi z mehansko tehnološkimi lastnostmi jekel; Poročilo Metalurškega inštituta v Ljubljani, nov. 1964. F. Vodopivec: O upotrebi autoradiografija za ispitivanje metala; Tehnik — Radioaktivni izotopi i zračenja, 1964, št. 3, 419—428. F. Vodopivec in L. Kosec: Ispitivanje metala u mikroskopu kod visokih temperatura; Tehnika — Rudarstvo i metalurgija, 1965, br. 9, 193—203. J. Šinkovic, J. Megušar in N. Majcen: Študije izolacije in separacije karbidov iz jekel; Poročilo Metalurškega inštituta v Ljubljani, marec 1967. G. Petzovv, L. Gessner in D. Holscher: Ober die Schliff-herstellung nach den Vibrationsverfahren; Zeitschrift fur Metallkunde, 53, 1962, št. 8, 535—540. G. Reinacher: Die Anvvendung des Elektrovvischpolierens auf Eisen-Alluminium und Magnesium VVerkstoffe; Berg — und Huttenmannische Monatshefte 109, 1964, št. 3, 62—65. G. Henry in J. Plateau: La Microfraktographie; Editions Metaux, St. Germain en Laye, 1966. ZUSAMMENFASSUNG Im kurzen sind im Artikel die gebrauchlichsten Metho-den fur die metallographische Untersuchung der Metalle beschrieben, und zwar: Makro- und Mikrountersuchungen am optischen Mikroskop, Methoden fur die quantitative Phasenanalyse, mikrofraktographische Untersuchungen und Untersuchungen mit dem Elektronenmikroskop, Untersuchungen mit dem Feinstrukturrontgen und Mikro- sondenuntersuchungen, Hochtemperaturmikroskopie, Auto-radiographie und die zerstorungsfreie Mikroskopie mit der Hilfe von Ausziehabdriicken. Am Anfang und bei den einzelnen Methoden ist auch die Art der Probenvorbereitung beschrieben. Zum Schluss ist noch eine kurze Analyse uber Aussichten der kiinftigen Entvvicklung der einzelnen Untersuchungsmethoden und Methoden fur die Probenvorbereitung gegeben. SUMMARY The most used methods in metallographie investigation of metals are shortly deseribed in the paper: maero- and microinvestigations in the optical microscope, methods for quantitative phase analysis, microfractographic investiga-tions and investigations with electron microscope, X-ray investigations of strueture and electron probe microana- lyzer investigations, high-temperature microscopy, auto-radiography and nondestructive microscopy by replicas. In general also the way of sample preparations is deseribed in the beginning of the paper and with single methods. At the end the author shortly analyzes the prospects of development of single investigation methods and sample preparation methods. 3AKAIOTEHHE B cTaTbe KpaTKO paccMOTpeHbi MeTOAti KOTOpue HaxoAflTcs B ynoTpečAeHHH npH MeTaAA0rpaHa3Hora aHaiuoa, MHKpotJjpaKTOrpatJjHiiccKOc HcnbiTaHHe, HCnbITaHHe C SAeKTpOHHbIM MHKpOCKOIlOM, peHTrCHO-CTpyKTypHOe HCIII.ITai!He, SAeKTpOHHblft MHKpOaHaAH3, BblCOKOTeMne- paTypH3H MHKpocKoiraa, aBTopaAHorpana h, HaKOHeu, mhkpockoiihh 6e3 pa3pyineHHa, coSAioAaii noBTopeHHH. B Ha^aAe, npH oiracaHHH OTAeAbHbix MeTOAOB yKa3aH0 TaK»e Ha cnocočbi npnroTOBAeHHH 06pa3U0B. B 3aKAiOHeHHH aBTop AaeT KpaTKHfl aHaAH3 nepcneKTHBbi pa3BHTHa OTAeAbHbix mctoaob ircnbi-TaHHH AAa npurOTOBAeHHS Heo6xoAHMUx o6pa3UQB. Mag. Raj ko Kejžar, dipl. inž. DK: 553.492:553.61 Železarna Jesenice ASM/SLA: RMh Raziskave uporabnosti boksita in surove gline Brežice pri izdelavi mulitnih opek Mulitnc opeke spadajo v grupo visokogliničnih ognjeodpornih opek, ki so dobro odporne proti kombiniranim korozijskim mehanskim in temperaturnim obremenitvam. Kot osonvne surovine za izdelavo teh opek smo uporabili sintetičen mulit (pripravili smo ga iz boksita in gline), sortirane Samotne odpadke in vezivno glino. Pri izdelavi sintetičnega mulita in mulitnih opek morajo biti vse surovine fino zmlete, ker le na ta način dobimo veliko stično površino med glino in boksitom. Od njene velikosti je namreč v veliki meri odvisna intenzivnost kemičnih reakcij — nastajanje mulita in tvorba steklaste jaze (sintranje). Mulitne opeke, izdelane iz sintetičnega mulita (pripravljen iz boksita Gvajana in surove gline Brežice z žganjem na 1400° C), oblikovane pod pritiskom vsaj 400 kp/cm2 in žgane odvisno od sestave mulitne mase v temp. območju od 1400 do 15000 C, imajo odlične fizikalno kemične lastnosti. Uporabljamo jih lahko za obzidavo korozijsko, mehansko in temperaturno obremenjenih delov peči. UVOD Mulitne opeke so zaradi višje vsebnosti A1203 korozijsko in temperaturno odpornejše od šamot-nih opek ter zato tudi primernejše za obzidavo metalurških peči, ki so skoraj vedno podvržene tako visokim temperaturnim obremenitvam kot tudi močnemu korozijskemu delovanju zelo agresivnih snovi, kot so žlindra, škaja in podobno. Agresivnost posameznih komponent žlindre lepo prikazuje diagram št. 1. Ugoden vpliv višje vsebnosti A120, na korozijsko odpornost šamotnih opek pa je prikazan v diagramu št. 2. Iz prikazanega diagrama korozijske odpornosti šamotnih opek je razvidno, da so mulitne opeke, ki vsebujejo nad 50 % A1203 in imajo po diagramu ca. 2 % korozijo, približno 2 X odpornejše proti koroziji kot običajne šamotne opeke (ca. 20—40 % A1203), ki imajo po diagramu ca. 3,5—4,5 % korozijo. Visoki odstotek A1203 lahko dobimo v šamotnih opekah tako, da pri izdelavi opek uporabljamo surovine, ki so bogate na A1203, to so korund, boksit, mulit itd. Elektro taljeni korund in boksit CaO - žlindre Fe - oksidne žlindre / f eO l Mi 1O, y\ N JI 12 05 -Nc ?0 \ y K2C 0 TO 20 30 40 50 0 2 4 6 8 V 12 K 16 18 20 Mol. % Mol. % Diagram št. 1 Vpliv posameznih komponent na korozijo bazičnih žlinder % Al203 Velikost krogov je proporcionalna številu poiskusov, ki predstavljajo določeno točko krivulje Diagram št. 2 Vpliv AI2O3 na korozijsko odpornost šamotov (predžgan na temp. 1560°C) se uporabljata predvsem za izdelavo opek z več kot 70 % A1203. Te visokoglinične opeke imenujemo korundne, oz. boksitne opeke. Ker je samo predžganje boksita zelo težavno (1560°C), je primernejše, če fino zdrobljen surovi boksit najprej pomešamo in pre-gnetemo s surovo glino ter zatem z žganjem na temp. 1400°C dobimo sintetičen mulit, ki je zelo kvalitetna surovina za izdelavo visokogliničnih — mulitnih opek, ki vsebujejo ca. 50—70 % A1203. MIKRO IN MAKROSKOPSKA ZGRADBA MULITNIH OPEK 1. Kemijska in mineraloška sestava mulitnih opek Mulitne opeke so visokoglinične opeke. Visok odstotek A1203 je pri njih dosežen z dodatkom sintetičnega mulita. Mineraloška sestava mulitnih opek in sintetičnega mulita je razvidna iz faznega diagrama Si02— A1203 (glej diagram št. 3). 2000 g 1800 3 E a. I A 1600 W0 la lina krist obal it alina + / i run 1+ ta lina \ VIT C^ lulil talin a ki irund m + jlit ristob alit+r nulit Wi >°C j 1 | tridimit + mulit SiO. 10 20 30 40 50 60 (ut. % ) - Diagram št. 3 Sistem SiO; — AbO- Kemijske reakcije žganja sintetičnega mulita, ki smo ga pripravili iz kalciniranega boksita in surove gline ter žganja mulitnih opek, ki smo jih pripravili iz sintetičnega mulita, šamota in surovih glin, so sledeče: — razgradnja glinenih mineralov pri temperaturi ca. 500° C A1203 . 2 Si02. 2 H20 -kaolinit A1203. 2 Si02 + 2 H,0 metakaolinit 70 80 90 100 Al203 — razpad metakaolinita v temp. območju 700 do 780° C A1203. 2 Si02 —» A1203 + 2 Si02 metalkaolinit prosti oksidi —• nastajanje mulita pri temperaturah nad 900°C 3 A1203 + 2 Si02 -> 3 A1203. 2 SiO, prosti oksidi mulit — nastajanje steklaste faze — evtektikov pri temperaturah nad 1000°C (glej tabelo št. 1) Pri sintranju se del Si02 in A1203 (odvisno od količine FeO, CaO in MgO) porabi za tvorbo steklaste faze — evtektikov. V tabeli št. 2 so glede na kemično analizo surovin podane preostale količine Si02 in A1203, ki so na razpolago za tvorbo mulita. Iz podanih preostalih količin Si02 in A1203 (delež SiO, in A1203, ki se porabi za tvorbo evtektikov, je že odštet) pa lahko izračunamo sestavo mešanice za izdelavo sintetičnega mulita s teoretično največjo možno količino mulitnih kristalov na sledeč način: a) kale. glinica + surova glina Brežice Količino kale. glinice »X« moramo pomešati s količino surove gline Brežice »Y«. Sestava mulita je 3 A1203. 2 Si02 Tabela št. 1 Evtektik Sestava evtektika Tališče evtektike Fe0-Si02-Al203 45 % FeO, 42 % Si02, 13 % A1.,o3 1073»C Ca0-Si02-Al203 23,3 % CaO, 62 % Si02, 14,7 % A1203 1175°C Mg0-Si02-Al203 20,3 % MgO, 61,4 % Si02, 18,3 % A1203 1345 °C Tabela št. 2 Kale. glinica Boksit Gvajana Sur. gl. Brežice Sur. gl. Blatuša Sur. gl. Rudovai Si02 4,94 % 46,20 % 57,20 % 47,20 % A1203 ca. 100 % 86,70 % 32,84 % 29,37 % 32,54 % Kemična analiza Fe203 CaO 2,88 % 0,67 % 2,89 % 1,34 % 1,62 % 0,90 % 2,45 % 1,00 % MgO 0,24 % 0,88 % 0,80 % 0,88 % Ti02 2,90 % 1,13 % 1,14 % 0,58 % žar. izg. 1,50 % 10,20 % 6,50 % 13,20 % Si02 0 ca. 37,7 % ca. 51,0 % ca. 39,9 % A1203 ca. 100 % ca. 85,4 % ca. 30,5 % ca. 27,7 % ca. 30,5 °/o Razmerje prostalih oksidov (Si02 in A1,03) v mešanici mora torej biti sledeče: delež A1203 _ 3 A1203 _ 306 _ X . 1,00 + Y . 0,305 delež Si02 ~ 2Si02 ~ 112 Y . 0,377 Y = 1,38; Y = 1,38 X X X + Y = 1 X + 1,38 X = 2,38 X = 1 X = 0,42; Y = 0,58 42 % Brežice kale. glinice + 58 % surove gline b) 53 % Blatuša kale. glinice + 47 % surove gline c) 44 % Rudovci kale. glinice + 56 % surove gline d) 46 % Brežice boksita Gvajana + 54 % surove gline e) 56 °/o Blatuša boksita Gvajana + 44 % surove gline f) 48 % Rudovci boksita Gvajana + 52 % surove gline Sintetični mulit je le surovina za izdelavo mu-litnih opek. Če hočemo tudi v mulitnih opekah imeti veliko mulitnih kristalov, je za izdelavo mulitnih opek primernejši sintetični mulit s prebitkom AI203. Pri izdelavi sintetičnega mulita mora biti stična površina med delci kale. glinice, oz. delci boksita Gvajana in delci surovih glin čim večja. To dosežemo, tako, da vse surovine zelo fino zmeljemo ter temeljito premešamo — pregnetemo. Surove kepe sintetičnega mulita pripravljamo za žganje po plastičnem postopku. Minimalen procent surove gline, ki je potreben za dosego zadovoljive plastičnosti mulitne mase, je ca. 40 %. Sestava sintetičnega mulita s prebitkom A1203 je torej sledeča: 60 % boksita Gvajana + 40 % surove gline Brežice. Teoretična sestava omenjenega sintetičnega mulita s prebitkom A1203 je: Si02 A1203 Fe203 CaO MgO Ti02 % % % % % % ca. 23 ca. 70 ca. 3 ca. 1 ca. 0,5 ca. 2,5 Iz teoretično izračunane sestave sintetičnega mulita sledi, da se približno 7 % Si02 in 2 % A1203 porabi za tvorbo steklaste faze — evtektikov, preostalih 16 % Si02 pa se veže s ca. 44 % A1203 v mulit tako, da vsebuje opisani sintetični mulit še ca. 24 % A1203 v prebitku. Ce bi hoteli pri izdelavi mulitnih opek ves prebiten A1203 iz opisanega sintetičnega mulita vezati v mulit s prebitnim Si02 iz surove gline Blatuša, bi morali obe surovini pomešati v sledečem razmerju: »X« g sint. mulita z »Y« g surove gline Blatuša. V sintetičnem mulitu ostane po tvorbi evtektikov še ca. 16 % Si02 in ca. 68 % A1203. V surovi glini Blatuša pa ostane po tvorbi evtektikov še ca. 51 % Si02 in ca. 27,7 % A1203. delež Al A _ 306 _ X . 0,68 + Y . 0,277 delež Si02 112 ~ X . 0,16 + Y . 0,51 Y = 0,218; Y = 0,218 X X X + Y = 1 X + 0,218 X = 1,218 X = 1 X = 0,82; Y = 0,18 82 % sintetičnega mulita + 18 % surove gline Blatuša. Dobro oblikovane mulitne mase morajo poleg sint. mulita vsebovati še min. 30—40 % surove gline. Mulitne opeke, izdelane iz opisanih sintetičnih mulitov, vsebujejo poleg mulitnih kristalov in steklaste faze še tridimit in kristobalit (prosti Si02). 2. Granulacijska sestava Pri pripravi tako sintetičnega mulita kot mulitnih opek želimo dobiti v izdelku čim več mulita. Ker je intenzivnost kemičnih reakcij v veliki meri odvisna od velikosti stične površine med glino in žganimi materiali, je pri pripravi teh izdelkov zelo pomembna granulacija. Pri pripravi sintetičnega mulita morajo biti vse surovine zelo fino zmlete. Podobno je tudi pri izdelavi mulitnih opek, kjer z mletjem žganih materialov pod 1 mm dobimo fina zrna, delci surovih fino zmletih glin pa so še finejši ter zapolnijo nastale prazne prostore med finimi zrni žganih materialov. Ker od kvalitetnih mulitnih izdelkov pričakujemo tudi dobro korozijsko odpornost, ta pa je v znatni meri odvisna tudi od poroznosti (glej diagram št. 4), moramo pripravljati mulitne izdelke tako, da postanejo čim gostejši, s čim manjšim številom odprtih por, kar je pogoj za majhno kon- % poroznosti Velikost krogov je proporcionalna številu poiskusov, ki predstavljajo določeno točko krivulje Diagram št. 4 Vpliv poroznosti na korozijsko odpornost šamotov taktno površino mulitnega izdelka z agresivnim sredstvom in s tem za dobro korozijsko odpornost mulitnih opek. Poroznost mulitnih izdelkov je odvisna od razmerja med količinami žganih materialov (večja zrna) in surovih glin (bistveno finejša zrna) v mulitni masi ter od oblikovalnega pritiska in temp. sintranja pri izdelavi mulitnih izdelkov. S predpostavkami, da sestavljajo fino zmlet (pod 1 mm) žgan material zrna (kroglice), ki se po velikosti bistveno ne razlikujejo med seboj, surovo glino pa bistveno manjši delci, kar lahko storimo, saj je velikost zrn pod 1 mm zmletega žganega materiala večinoma med 0,1 in 1 mm, velikost delcev surove gline pa je pod 20 p,, lahko teoretično izračunamo najprimernejše razmerje žganih materialov in surovih glin v mulitni masi za dosego najbolj gostih — kompaktnih mulitnih izdelkov. V teoretično izračunanem diagramu poroznosti za sistem z dvema frakcijama (glej diagram št. 5) je prikazana odvisnost poroznosti od sestave in postavitve zrn. Zgornja krivulja predstavlja poroznosti pri postavitvi zrn žganega materiala v obliki kocke, spodnja krivulja pa postavitev zrn žganega materiala v obliki tetraedra. Postavitvi zrn v obliki kocke in v obliki tetraedra sta ekstremni. Pri obliki kocke je med zrni največ praznega prostora, zato pri izdelavi kompaktnih gostih izdelkov težimo za tem, da čim več zrn zavzame postavitev v obliki tetraedra, pri kateri dobimo najgostejše izdelke z najmanj praznega prostora. Pri idealnem pomešanju bo točka, ki predstavlja poroznost neke sestave, vedno med obema krivuljama, od zunanjih sil (obl. pritiska, mešanja, vibriranja itd.) pa je odvisno, kateri od obeh krivulj bo bliže. Pri višjih oblikovalnih pritiskih bo bliže spodnji krivulji, ki predstavlja poroznosti v primeru, da vsa zrna zavzamejo najgostejšo postavitev zrn — v obliki tetraedra. Iz diagrama št. 5 je razvidno, da je za izdelavo gostih kompaktnih mulitnih izdelkov najprimernejše, da mulitna masa vsebuje poleg žganih materialov (sintetični mulit, šamotni odpadki, žgane gline itd.) še od 30—35 vol. % surovih glin (idealno 50r 40- 0 1 <£ Sestave visokogliničnih opek 1 - box/t opeka pripravljena iz kalciniranega boksita Gvajana 2-boksit opeka pripravljena iz žganega boksita Gvajana (temp. žganja 1400 "C ) 3- mulit opeka Diagram št. 16 Vpliv sestave visokogliničnih opek na fizikalne lastnosti (tlačno trdnost in poroznost) že zelo jasne (visoko glinična probna telesa, ki so bila pripravljena z uporabo sintetičnega mulita po kvaliteti jasno odstopajo od ostalih boksitnih probnih teles) — mulitna probna telesa so gostejša in trdnejša. 4. Fizikalno kemijske lastnosti izbranih sestav mulitnih opek — vpliv temp. žganja in obl. pritiska na njihovo kvaliteto a) Priprava in fizikalno kemične lastnosti mulitnih vzorcev izdelanih iz izbranih sestav mulitnih mas Na osnovi rezultatov, dobljenih pri prejšnjih poizkusih, smo izbrali kot najprimernejše sledeče sestave mulitnih mas za izd. mulitnih opek (glej tabelo št. 12): Tabela št. 13 Oznaka vzorcev Sestava mase Oblikovalni pritisk A M 32 200 kp/cm2 B M 33 200 kp/cm2 C M 34 200 kp/cm2 D M 32 400 kp/cm2 E M 33 400 kp/cm2 F M 34 400 kp/cm2 G M 32 600 kp/cm2 H M 33 600 kp/cm2 I M 34 600 kp/cm2 Po temeljitem osušenju na zraku smo probna telesa toplotno obdelali na sledeč način: — le osušili pri 105° C — po eno uro žgali na 800, 1300, 1400 in 1500° C Izdelani mulitni vzorci so imeli naslednje fizi-kalno-kemične lastnosti (glej tabeli št. 14 in št. 15): Tabela 14 — Kemična analiza a u > c S ■ " c/: E > o O i- o N > a M rt c O t/5 9 O < O £> Ph O a CJ ° o S H M 32 A, D in G 44,00 49,47 2,56 0,90 0,64 2,22 M 33 B, E in H 40,60 52,12 3,36 0,90 0,80 2,22 M 34 C, F in I 37,00 55,60 3,04 0,90 0,64 2,48 Tabela 15 — Spremembe med toplotno obdelavo in fizikalne lastnosti M U XI S O -O g N O > S c a D N O t/3 O H Oblik. prit. kp/cm2 AG G % AV V % G o M b TI. trdnost kp/cm2 Sp. teža g/cm3 Cfi O C N O U 0 PH Ta točka °( Najedanje mm Ui C/3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 M 32 M 33 M 34 M 32 M 33 M 34 M 32 M 33 B D H po obl. 200 2,05 105 5,7 0,6 1,94 45 800 10,8 0,9 1,84 210 1300 11,3 7,6 1,96 410 1400 11,7 10,8 2,02 700 2,73 26,5 1520 2,8 1500 11,4 12,3 2,06 1220 2,70 18,9 1520 2,3 po obl. 200 2,07 105 6,4 0,6 1,95 45 800 11,4 0,9 1,85 200 1300 11,9 5,6 1,93 420 1400 11,3 7,4 1,98 490 2,80 31,0 1520 2,7 1500 11,3 8,6 2,01 1090 2,81 21,7 1550 2,2 po obl. 200 2,09 105 6,7 0,6 1,96 50 800 11,4 0,9 1,86 210 1300 11,4 3,6 1,92 370 1400 11,6 4,5 1,93 440 2,85 31,9 1560 2,7 1500 11,4 4,8 1,95 810 2,88 26,1 1580 2,0 po obl. 400 2,13 105 6,7 0,6 2,00 50 800 11,4 0,9 1,90 250 1300 12,1 7,3 2,01 460 1400 11,6 9,1 2,07 780 2,75 22,7 1510 2,6 1500 11,4 9,4 2,09 1700 2,68 13,7 1560 2,3 po obl. 400 2,14 105 5,8 0,6 2,02 55 800 11,0 0,6 1,92 245 1300 11,0 5,5 2,01 480 1400 11,3 7,3 2,04 610 2,79 26,8 1530 2,0 1500 11,3 8,5 2,07 1190 2,80 20,4 1560 2,0 po obl. 400 2,16 105 6,7 0,6 2,03 55 800 11,3 0,9 1,93 240 1300 11,6 4,0 1,99 430 1400 11,4 4,9 2,01 495 2,85 29,7 1580 2,0 1500 11,4 6,2 2,04 890 2,87 23,8 1590 2,0 po obl. 600 2,18 105 6,7 0,6 2,05 70 800 11,4 0,9 1,95 300 1300 12,1 7,5 2,06 550 1400 12,0 8,7 2,10 855 2,71 20,6 1540 2,0 1500 12,0 9,6 2,12 nadl700 2,69 5,3 1580 2,0 po obl. 600 2,19 105 6,7 0,6 2,06 75 800 11,4 0,9 1,96 290 1300 11,7 5,0 2,04 520 1400 11,3 5,6 2,06 680 2,78 25,4 1550 1,9 1500 11,4 6,3 2,07 1550 2,77 16,5 1580 1,9 32/33 33/34 34/35 32/33 33/34 34/35 32/33 33/34 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M 34 I po obl. 600 2,20 105 6,7 0,6 2,06 75 800 11,3 0,9 1,97 280 1300 11,7 3,7 2,02 485 1400 11,6 4,4 2,04 610 2,88 26,4 1580 1,9 1500 11,3 5,0 2,06 1020 2,87 22,9 1590 1,9 b) Prikaz sprememb teže in dimenzij opisanih mulitnih vzorcev med žganjem AV n . AG Rezultate G in a — vrednosti za različno toplotno obdelane mulitne vzorce iz tabele št. 15 sem vnesel v diagrame, ki prikazujejo spremembo teže, volumna in volumske teže med žganjem mulitnih izdelkov (glej daigram št. 17). Med žganjem se mulitnim vzorcem zmanjša teža zaradi ostranjevanja nevezane in vezane vode. Do temp. 100° C odstranjujemo nevezano vodo (sušenje), v temp. območju 400—500° C pa vezano — kristalno vodo. Zmanjšanje teže mulitnih opek pri Pritisk oblikovanja mulitnih opek je 200 kp/cm2 A G Pritisk oblikovanja mulitnih opek je 400 kp/cm2 Pritisk oblikovanja mulitnih opek je 600 kp/cm2 Temperatura v °C Diagram št. 17 Spremembe teže, volumna in volumske teže med žganjem mulitnih opek M 32 M 33 M 34 žganju, to je potek odstranjevanja nevezane in vezane vode, je pri vseh sestavah mulitnih opek enak — je neodvisen od sestave mulitne mase (procent vlage je pri vseh sestavah mulitnih mas približno enak — ca. 7 %, ker mulitne opeke izdelujemo vse po polsuhem postopku, dodatek surovih glin pa je tudi pri vseh mulitnih masah 20 % sur. gl. Češki Brod in 20 % sur. gl. Blatuša, ostale surovine pa so vse predhodno žgane) in od oblikovalnega pritiska (glej diagram št. 17). Iz diagrama št. 17 je razvidno, da je krčenje mulitnih izdelkov med žganjem močno odvisno od sestave mulitne mase — od vsebnosti A1203 (z naraščanjem vsebnosti A1203 se zmanjšuje krčenje mulitnih opek med žganjem), delno pa tudi od oblikovalnega pritiska — predvsem pri masah z nižjo vsebnostjo A120, (pri probnih telesih oblikovanih pod nižjimi pritiski, ki imajo manj gosto strukturo — več praznih prostorov, je možno močnejše skrčenje). Do temp. 800° C še ni razlik v krčenju, te nastopijo šele pri višjih temperaturah ter so posledica nastajanja steklaste faze (zaradi površinskih napetosti steklaste faze se mulitna zrna zbližajo — mulitna opeka se zgosti — skrči). Zelo pomembno je spreminjanje volumske teže (cr) mulitnih opek med žganjem (glej diagram 17). V območju odstranjanja nevezane (100° C) in vezane (400—500° C) vode volumska teža mulitnih izdelkov pada, v območju nastajanja steklaste faze (nad 800° C) — zgoščevanje mulitnega izdelka — pa volumska teža narašča. Volumska teža mulitnih opek je odvisna tudi od njihove kemične sestave. Surove mulitne opeke z višjo vsebnostjo A1203 imajo višjo volumsko težo, po žganju pa je zaradi slabše zgostitve (manj steklaste faze) njihova volumska teža nižja kot volumske teže enako obdelanih mulitnih opek z nižjo vsebnostjo A1203 (iz diagrama št. 17 je razvidno, da se omenjeni preobrat izvrši v temp. območju 1100—1200° C). Iz diagrama št. 17 je lepo razviden tudi vpliv oblikovalnega pritiska na volumsko težo (pri višjih oblikovalnih pritiskih je postavitev zrn bolj kompaktna — bliže postavitvi zrn v obliki te-traedra), c) Vpliv temperature in oblikovalnega pritiska na tlačno trdnost mulitnih opek Vpliv temp. žganja na zasintranje mulitnih opek in s tem na tlačno trdnost mulitnih opek je prikazan v diagramu št. 18, ki je izdelan na osnovi tlačnih trdnosti mulitnih vzorcev, ki so podane v tabeli št. 15. Iz diagrama št. 18 je razvidno, da je za sintranje mulitnih opek potrebna temperatura min. 1400° C, če želimo dobiti trdne, dobro zasintrane mulitne izdelke. Višina temperature, ki je potrebna za dobro zasintranje mulitnih izdelkov, pa je odvisna tudi od njihove kemične sestave. Tako mulitni izdelki, narejeni iz mulitne mase sestave »M 32« (49,47 % A1203) dobro zasintrajo, če je temperatura žganja nad 1400° C, mulitni izdelki, narejeni iz mulitne mase sestave »M 33« (52,12% A1203), če je temp. žganja nad 1450° C, mulitni izdelki, narejeni iz mulitne mase sestave »M 34« (55,60 % A1203), pa če je temp. žganja nad 1500° C. M 32 1500 E £ 7000 n 0 1 500 1 _il —Tt i 1 i .-O—"" -1 K-*" -600 kp/cm -400 kp/cm2 M 33 I-600 kp/cm2 )r----400 kp/cm2 -200 kp/cm2 g 1000 x> CL Je 10 o C 5 500 / J ^.o J. - ,600 kp/cm2 -400 kp/cm2 -200 kp/cm2 500 1000 Temperatura v "C 1500 Diagram št. 18 Vpliv temperature žganja na tlačno trdnost mulitnih opek Boljše sintriranje mulitnih mas z nižjim procentom A12Oj je lepo razvidno iz diagrama št. 18, še lepše pa iz diagrama, št. 19, ki prikazuje vpliv pritiska oblikovanja mulitnih izdelkov na njihovo tlačno trdnost. Mulitni izdelki, oblikovani pod višjimi oblikovalnimi pritiski, imajo tudi višje tlačne trdnosti (glej diagram št. 19). Iz diagrama št. 19 je tudi razvidno, da se pozna vpliv sestave na trdnost mulitnih izdelkov šele pri temp. okoli 1300° C — torej šele v območju nastajanja steklaste faze. M 32 M 33 —4/50CC M 34 '•1400 °C ^H300°C t y.l500'C 200 400 800°C —j10S°C 600 200 400 1400°C 1300°C 800°C \ 105°C , 1500X *1400°C 1000V 800°C 105"C 600 200 400 600 M 32 M 33 '1400°C >*1500°C M 34 1400°C 1500°C z Le Chatelierjevim principom zavzemajo mulitna zrna bolj gosto postavitev — postavitev mulitnih zrn v obliki tetraedra. Boljša zgostitev (nižja poroznost) mulitnih vzorcev, ki so pripravljeni iz sestav mulitnih mas z manj A1203, je posledica prisotnosti večje količine talil, kar je vzrok, da pri žganju nastane več steklaste faze. e) Vpliv temperature žganja in oblikovalnega pritiska na točko zmehčanja (Ta-točko) pri mulitnih opekah Iz diagrama št. 21 je razvidno, da na zvišanje Ta-točke pri mulitnih opekah ugodno vplivajo sledeči faktorji: 1600 Oblikovalni pritisk v kp/cm2 Diagram št. 19 Vpliv oblikovalnega pritiska na tlačno trdnost mulitnih opek d) Vpliv temperature in oblikovalnega pritiska na poroznost mulitnih opek Vpliv temp. žganja in oblikovalnega pritiska na poroznost mulitnih izdelkov je prikazan v diagramu št. 20, ki je izdelan na osnovi poroznosti mulitnih vzorcev, ki so podane v tabeli št. 15. 1550 iS M 32 150oL^±- M33 1500'C W0°C M 34 1500°C 1400'C 1500°C 1400°C 1400V ■ 1500% 200 400 600 200 400 600 200 400 600 Oblikovalni pritisk v kp/cm2 Diagram št. 20 Vpliv oblikovalnega pritiska in temperature žganja na poroznost mulitnih opek Zgostitev mulitnih izdelkov nastopi pri žganju zaradi nastajanja steklaste faze, ki povzroči zaradi svoje površinske napetosti zbližanje mulitnih zrn, to pa ima za posledico volumsko skrčenje izdelka ter zmanjšanje poroznosti. Ker pri višji temp. nastane pri žganju mulitnih izdelkov več steklaste faze, so tudi ti izdelki bolj gosti — imajo nižjo poroznost. Mulitni izdelki, oblikovani pri višjih oblikovalnih pritiskih, so gostejši, to pa zato, ker v skladu 200 400 600 200 400 600 200 400 600 Oblikovalni pritisk v kp/cm2 Diagram št. 21 Vpliv temperature žganja in oblikovalnega pritiska na točko zmehčanja (Ta-točko) pri mulitnih opekah — visok oblikovalni pritisk (bolj gosti izdelki) — visoka temperatura (nastane več mulita) — visok procent A1203 v mulitni masi, ki ima za posledico tudi visok procent mulita v mulitni opeki. f) Vpliv temp. žganja in oblikovalnega pritiska na odpornost mulitnih opek proti najedanju agresivnih medijev (žlindra, škaja itd.) Iz diagrama št. 22 je razvidno, da so mulitni izdelki korozijsko odpornejši, če so: — čim gostejši (oblikovani pod visokimi oblikovalnimi pritiski in toplotno obdelani pri visokih temperaturah žganja) I ■Š 2 O g CD M 32 M 33 M 34 J5l <40d°C ]400°C /500?" " 1500°C j4oq°c 200 400 600 200 400 600 200 400 600 Oblikovalni pritisk v kp/cm2 Slika 22 Vpliv temperature žganja in oblikovalnega pritiska na odpornost proti najedanju pri mulitnih opekah — pripravljeni iz mulitnih mas s čim višjim procentom A1203. Mulitne izdelke z visokim procentom A1203 je težko izdelati goste — z nizko poroznostjo, tako je običajno pri njih visoka poroznost vzrok za nizko korozijsko odpornost. Na ta način si lahko tudi razlagamo razmeroma majhne razlike v korozijski odpornosti opisanih mulitnih izdelkov, pripravljenih iz mulitnih mas sestav »M 32«, »M 33« in »M 34« (mulitna masa sestave »M 32« — z najnižjim odstotkom A120, je korozijsko nekoliko manj odporna od mulitnih mas sestav »M 33« in »M 34«, med katerima pa ni bistvene razlike v korozijski odpornosti). Korozijsko odpornost zmanjšuje tudi nastanek večje količine steklaste faze (pri višji temp. žganja nastane več steklaste faze), ki tako kompenzira ugoden vpliv, ki ga ima zmanjšanje poroznosti na korozijsko odpornost mulitnih izdelkov. To je razlaga, ki pojasni, zakaj pri mulitnih vzorcih, ki so oblikovani pri visokih obl. pritiskih toplotna obdelava (temp. žganja 1400 ali 1500°C) ne vpliva bistveno na korozijsko odpornost. Zaključek 1. Visokoglinične opeke delamo tako, da pri izdelavi opek uporabljamo surovine z visokim odstotkom A1203, kot npr.: korund, boksit, mulit itd. Priprava korunda in boksita za izdelavo visoko-gliničnih opek pa je v primerjavi s pripravo sint. mulita zelo draga (korund pripravimo s taljenjem boksita v posebnih elektro pečeh, boksit pa tako, da ga predžgemo na temperaturi 1560° C). Laboratorijski poizkusi priprave sintetičnega mulita so pokazali, da je temp. žganja 1400° C že zadostna, da dobimo iz dobro premešane in pre-gnetene navlažene mešanice fino zmletega boksita Gvajana (ekonomsko še primernejši bi bil surovi boksit) in fino zmlete surove gline Brežice po žganju sintetični mulit, ki je zelo primeren kot surovina za izdelavo visokogliničnih mulitnih opek. Prednost surove gline Brežice pred ostalimi preizkušenimi glinami je predvsem njena dobra plastičnost in nekoliko višji procent talil — ni potreben dodatek vezivnih sredstev, nekoliko višji odstotek Fe203 pa pospešuje tudi nastajanje mulita. 2. Tako pri pripravi sintetičnega mulita kot pri izdelavi mulitnih opek morajo biti vse surovine fino zmlete, le na ta način dobimo veliko stično površino med glino in boksitom (oz. žganimi materiali). Od velikosti stične površine je namreč v veliki meri odvisna intenzivnost kemičnih reakcij — nastajanje mulita in tvorba steklaste faze (sintranje). Laboratorijski poizkusi so pokazali, da je najprimernejša sestava mulitne mase za izdelavo sintetičnega mulita sledeča: 60 % ut. boksita Gvajana (fino zmlet) 40 % ut. surove gline Brežice (fino zmleta) Po navlaženju, temeljitem pomešanju in pre-gnetenju oblikujemo mulitno maso omenjene sestave po plastičnem postopku v kepe (oblika ni pomembna), ki jih po osušenju žgemo na temp. 1400° C. Žgane kepe sintetičnega mulita pripravimo kot surovino za izdelavo mulitnih opek tako, da jih zdrobimo na zrno pod 1 mm. Ker od kvalitetnih mulitnih opek pričakujemo tudi dobro korozijsko odpornost, ta pa je v znatni meri odvisna od poroznosti, moramo pripravljati mulitne izdelke tako, da postanejo čim gostejši. Ker vpliva na poroznost granulacijska sestava, ki mora biti pri izdelavi mulitnih izdelkov fino zrnata, moramo doseči zapolnitev praznih prostorov med finimi zrni žganih materialov, katerih velikost je od 0,1 do 1 mm, s še finejšimi zrni surovih glin, katerih velikost je pod 20 \i. Za izdelavo gostih, kompaktnih mulitnih izdelkov je teoretično (idealno pomešanje) najprimernejše, da mulitna masa vsebuje poleg žganih materialov še 30—35 vol. °/o surove gline (ca. 30 ut. % surove gline). Pomešanje pa praktično ni nikdar idealno, zato je praktično najprimernejša sestava mulitne mase premaknjena nekoliko v prid surovi glini, ki naj je vsebuje ca. 45 vol. % (ca. 40 ut. %). 3. Laboratorijska primerjava uporabnosti kale. boksita, žg. boksita (1400° C) in sint. mulita za izdelavo visokogliničnih izdelkov je pokazala, da je žg. boksit (1400°C) kot surovina za izd. visoko gliničnih boksitnih izdelkov primernejši od kale. boksita, sintetični mulit pa je za te namene najprimernejši, saj visokoglinična mulitna probna telesa, ki so pripravljena z uporabo sintetičnega mulita, po gostoti in trdnosti znatno odstopajo od visokogliničnih — boksitnih probnih teles. Pri temp. žganja okoli 1500°C dobimo že dobro zasin-trane, goste in trdne visokoglinične — mulitne opeke, pri visokogliničnih — boksitnih opekah, ki imajo vsebnost A1203 približno enako kot mulitne opeke, pa pri tej temperaturi še ne pride do zadostnega zasintranja. 4. Najprimernejše sestave mulitnih mas za izdelavo kvalitetnih, korozijsko, mehansko in temperaturno dobro odpornih mulitnih izdelkov so podane v naslednji tabeli: Sest. mulitne mase Sint. mulit s preb. AhOs Šamot. odp. s SK ca. 30 Sur. glina Češki Brod Sur. glina Blatuša M 32 40 ut. % 20 ut. % 20 ut. % 20 ut. % M 33 50 ut. % 10 ut. % 20 ut. % 20 ut. % M 34 60 ut. % — 20 ut. % 20 ut. % Iz zasledovanja sprememb volumna, teže in fizikalnih lastnosti mulitnih izdelkov opisanih sestav mulitnih mas med žganjem smo ugotovili, da mora biti pri žganju mulitnih izdelkov, ki so narejeni iz mulitne mase sestave »M 32« (49,47 % A12Oj), temp. žganja nad 1400°C, pri žganju mulitnih izdelkov, ki so narejeni iz mulitne mase sestave »M 33« (52,12% A1203), temp. žganja nad 1450°C, pri žganju mulitnih izdelkov, ki so narejeni iz mulitne mase sestave »M 34« (55,60 % A1203), pa temp. žganja nad 1500° C. Mulitni izdelki, oblikovani iz opisanih sestav mulitnih mas pri višjih oblikovalnih pritiskih, so gostejši in trdnejši —- imajo boljše fizikalne lastnosti. Za pripravo kvalitetnih, korozijsko, mehansko in temperaturno dobro odpornih mulitnih izdelkov je potrebno, da so oblikovalni pritiski vsaj 400 kp/cm2. Laboratorijsko smo ugotovili, da so mulitni vzorci, oblikovani pod pritiskom 400 kp/cm2 znatno kvalitetnejši od mulitnih vzorcev, oblikovanih pod pritiskom 200 kp/cm2. S povečanjem oblikovalnega pritiska od 400 kp/cm2 na 600 kp/cm2 pa bistveno ne izboljšamo kvalitete mulitnih izdelkov. Literatura 1. Harders-Kienow: Feuerfestkunde (1960) 2. H. Salmang: Die Keramik (1958) 3. Beljankin-Lapin-Iwanov: Technische Petrographie (1960) 4. R. Kejžar: Priprava in uporabnost korundnih opek v metalurgiji — Železarski zbornik III (1969) št. 4, str. 241—261 5. Spravočnik himika I. (1962) ZUSAMMENFASSUNG Die Mullitsteine gehoren zu den hochtonerdehaltigen Steinen welche gut korrosions-, mechanisch- und tempera-turbestiindig sind. Als Rohstoff fiir die Erzeugung dieser Steine wurde sintetischer Mullit (aus Bauxit und Ton gefertigt), sortierte Schamotteabfalle und Bindeton ange-wendet. Sovvohl bei der Vorbereitung von sintetischen Mullit wie auch bei der Erzeugung der Mullitsteine miissen alle Rohstoffe in fein gemahlenem Zustand vorliegen. Nur auf diese Weise vvird eine grosse Beriihrungsflache zvvischen dem Ton und Bauxit erreicht. Von der Grosse der Beriihrungsflache zwischen Ton und Bauxit hangt in grossem Masse die Intensitiit der chemischen Reaktionen bei der Bildung von Mullit und der glasigen Phase. Sintetischer Mullit ist fiir die Erzeugung hochtonerdehaltigen Erzeugnisse mit ca. 55 % AI2O3 der geeignetste Rohstoff. Die Erzeugung von Mullit (Sintern der Mischung von Bauxit Gvajana und der rohen Tonerde Brežice im Gevvichtsverhaltnis 60 + 40 bei einer Temperatur von 1400° C) ist im Vergleich mit der Erzeugung von Korund (durch das Schmelzen von Bauxit in Elektroofen) und Bauxit (Vorsintern von Bauxit bei 1560° C) ambiligsten. Aus kalziniertem oder gebranntem Bauxit (1400° C) erzeugte hochtonerdehaltige Erzeugnisse waren bedeutend schlech-ter von den chemisch gleichwertigen (mit demselben % AI2O3) hochtonerdehaltigen Mulliterzeugnissen (wenn auch die Erzeugungsbedingungen gleich vvaren: Formungs-druck 400 kp/cm2, Brenntemperatur rund 1500° C). Da die Granulationszusammensetzung welche bei der Fertigung von Mulliterzeugnissen sehr fein sein muss, die Porositat und damit auch die Korrosionsbestandigkeit dieser Erzeugnisse stark beeinflusst, muss bei diesen die Kompaktheit mit dem richtigen Mengenverhaltniss der gebrannten Materialen und der rohen Tonerde in der Mulitmasse erzielt vverden. (Die Nachfiillung der leeren Raume zwischen den gebrannten Kornern von 0.1 bis 1 mm Grosse vvird durch die feinen Teilchen der rohen Tonerde deren Grossen unter 2011 (Mikron) ist erreicht.) Fiir die Erzeugung von dichten kompakten Mulliterzeugnissen ist theoretisch amgeeignetsten, dass die Mullitmasse neben den gebrannten Materialen noch etwa 30 Gewichts-prozent der rohen Tonerde enthalt. Die Durchmischung ist praktisch nie ideal, deshalb ist die praktisch amgeeignetste Zusammensetzung der Mullitmasse etwas zu Gunsten der rohen Tonerde verschoben, von der sie etvva 40 Gevvichts % enthalten soli. Die amgeeignetsten Zusammensetzungen der Mullitmasse fiir die Erzeugung von qualitiiten, korrosions, mechanisch und temperatur gut bestandigen Mulliterzeug-nisse sind in der unteren Tabelle angegeben: % AI.O3 in der Mullitmasse o .- t, 6 D c s O E _ 5 :t3 d) o2< L) £j h6 1/5 d t/5 D TJ " 'H c -ž o — H » •S o o o « u Ph H ra c 03 0 £ t-1 y S: ■§3 01 m M 32 (49,47 °/o) 40 Gew. °/o 20 Gew. % 20 Gew. °/o 20 Gew. % M 33 (52,12 %) 50 Gew. % 10 Gew. % 20 Gew. °/o 20 Gew. % M 34 (55,60 °/o) 50 Gevv. % — 20 Gew. % 20 Gew. % Aus der angegebenen Zusamensetzung der Mullitmasse konnen qualitate, korrosions, mechanisch und temperatur gut bestandige Mulliterzeugnisse gefertigt vverden, wenn sie mit einem Druck von mindenstens 400 kp/cm2 geformt werden, und wenn sie abhangig von der Zusammensetzung der Mullitmasse in einem Temperaturintervall von 1400° bis 1500° C gesintert vverden. SUMMARY Mullite bricks belong to the group of high- alumina refractory bricks, vvhich have good corrosion, mechanical and temperature resistance. As the basic raw material for manufacturing these bricks the synthetic mullite (pre-pared of bauxite and clay), sorted fire-clay odds and ends, and binding clay were used. For preparation of the synthetic mullite and for manu-facture of mullite bricks ali raw materials must be finely ground in order to obtain big contact surface betvveen the clay and the bauxite. The area of the contact surface between clay and bauxite has a great influence on the intensity of chemical reactions — formation of mullite, and formation of glassy phase (sintering). The synthetic mullite is the most suitable raw material for manufacture of high-alumina products with about 55 % AI2O3. Its preparation (sintering of mixture of Gua-yana bauxite and Brežice raw clay in weight ratio 60:40 at 1400° C) is cheaper than preparation of corundum (smelt-ing of bauxite in special electrofurnaces) and of bauxite (calcination of bauxite at 1560° C). High-alumina bauxite products made of calcined bauxite at 1560 or 1400° C had much worse properties than chemically equivalent (the same % AI2O1) high-alumina mullite products (conditions in manufacturing bauxite and mullite products were absoluten the same: forming pressure 400 kp/cm2, sintering temperature 1500° C). As the grain composition \vhich must in manufacture of mullite products consist of very fine grains influences the porosity and thus also the corrosion resistance of products the compactness must be achieved by the correct ratio between calcined components and the raw clay in mullite mixture (empty spaces between the grains of calcined materials of size 0,1 to 1 mm can be filled with fine particles smaller than 20 p. of the raw clays). To obtain dense, compact mullite products theoretical!y (ideal mixing) most suitable mullite mixture must contain about 30 wt. % raw clays beside the calcined components. But mixing practically never is ideal and therefore practically the best mullite mixture must contain about 40 wt. % raw clays. The best compositions of mullite mixtures for manufacture of quality mullite products with good corrosion, mechanical, and temperature resistance are given in the follovving table: Composition of mullite mixture (AI2O3) Synth. mullite vvith AI2O3 surplus Fire-clay odds Orton Cone about 30 Raw clay Češki Brod Raw clay Blatuša M 32 (49,47 %) 40 wt. % 20 \vt. % 20 wt. % 20 wt. % M 33 (52,12 %) 50 wt. % 10 wt. % 20 wt. % 20 wt. % M 34 (55,60 %) 60 wt. % 20 vrt. % 20 wt. «/0 From the described compositions of mullite mixture good mullite products are obtained if the forming pressure is at least 400 kp/cm2 and if they are sintered in the temperature range 1400 to 1500° C depending on the composition of mullite mixture. 3AKAIOTEHHE MyAAHTHbie KHpnHMH othochtch k rpynne BbicoKoyrAepoAHCTbix orHeynopHbix KHpneKe MexaiumecKOH yCTOHHHBOCTH H CTOHKOCTH npOTHB K0pp03HH. KaK OCHOBHOe Cbipbti AAH H3r0T0BAeHH3 3thx KHpneqeii ynoTpeSAeH CHHTeTimecKuii MyAAin npHTOBAeH H3 6oKCHTa H rAHHbi, copTHpOBaHHora CKpana luaMOTa H BS3HOH rAHHbi. HtoSm noAytjHTb xopomyio CBS3b m«kay tahhoh H Sokchtom He06x0AHM0, MTošbi cocTaBHbie Macra CHHTeTHMecKora MyAAHTa a TaK>Ke h Kiipmm 6mah xopomo CMOAaTbi. Ot bcahhuiili conpiiKOCHO-BeHHOii n0BepxH0CTH Me5KAy TAHHoii H 6okciitom 3aBHCHT rAaBHbiM 06pa30M HHTeilCHBHOCTb XHMHHeCKHX peaKHHHH: 06pa30BaHHC MVAAl! Ta h cTeKAHHHofl (J>a3bi (arAOMepaijHa). AAfl npurOTOBAeHHSI BbICOKO-yrAepOAHCTbIX H3ACAHH C COAepJKa-Hiie« npuSA. 55 % AI2O3 cainoe n0AX0Aawee cbipbe hmchho chhtc-THMecKHii MyAAHT. IlpH cpaBHCHHH ero npHroTGBCACiina cneKamieM c,«ecH 60 % 6oKCHTa TBasiHa (Gvajana) h 40 % cbipofi rAHHbi Epe-Hcrnie (Brežice) npii TeMn. 1400" It c npnroioBAeHHeM KopynAa-npe-ABapiiTeAbHbiH oBjkht SoKCHTa npH Temn. ot 1560° U u noTOM nocAe-AViomec nAaBAeHHe B cneuHHAbHoii SAeKTponeiH — qro CHHTenraecKHH MyAAHT AemeBAe. B CAyHae KorAa SbiA ynoTpe6AeH KaAbijHHOBaHHbui Sokcht, npii-TOTOBAeH oSjkhtom npa TeMn. 1400° IX, BbicoKO-yrAepoAHCTbie Sokciit-Hbie npoAyKTbi GbiAii ropa3AO xyAinero KaiecTBa b cpaBHeHHH c XHMHMeCKH 3KBHBaAeHTHbIMH (0AHHaK0B0e COAep>KaHIie AI2O3) Bbl-COKO-yrAepOA«CTbIMH MVAAHTHUMU H3AeAHHMH HeCMOTpa Ha TO, 1TO ycAOBHs npHTOTOBAeHHii oahhx h apy™x 6hah coBceM OAHHaKOBbi: nAacTHHHoe AaBAemie npH 400 Kn/CMJ H TeMn. oSacura npuSA. 1500° U. TaK KaK rpanyA3piibiH cocTaB, KpaflHe MeAK03epmic-n.ni. bahhc i Ha nopHCTHOCTb a C 3THM Ha Ha yCTOHMHBOCTb npOTHB K0PP03HH 3THX H3ACAHH, HeO0XOAHMO nOAy^HTb 0npeAeAeHH\T0 nAOTHOCTb CMeCH IipaBHAbHblM BblČOpOM OTHOHieHH« KOAHMeCTBa 0f>0>KeHHbIX KOMnO-HeHT H CbipOH TAHHbl B MyAHTTHOH MaCCe. VCTaHOBAeHO, HTO, HTOObl aanoAHHTb nycTbie npoMe>K\TKH we>KAy 3epnaMn BCAimuHa K0T0pbix HaxoAHTCH b npeAeAax 0.1—1 mm, lacnmbi rAHHbi aoajkhu 6biTb MeHbrne 20-th mhkpohob. H3roTOBAeHHH rycTbix h nAOTHbix MyAAHTHUX np0AyKT0B TeopeTimecKH caMoe n0AX0Aamee KOAH^eCTBO cbipofi rAHHbi b MyAAHTHoft Macce npecraBAaeT npH6A. 30 56. Ho, TaK KaK, npaKTimecKH, npHTOTOBAeHiie CMeCH mto KacaeTca nAOTHOCTH, He nocTHraeT »eAaHHora pe3yAbTaia, KOAHHecTBO cbipofi rAHHbi HaAO yBeAHHHTb Ha npH0A. 40 % Beca. CaMbifl noAxoAamnit cocTaB MyAAHTHOH Maccbi aah npuroroBAe-hhh xopomora Ka < y ■ ca H < s S O o< « 3 b a *o a urn ■ 0 P S £ 3« a i" ^ < ca un" M 32 (49,47 %) 40 Bec. % 20 Bec. % 20 Bec. % 20 Bec. % M 33 (52,12 %) 50 Bec. 96 10 Bec. % 20 Bec. % 20 Bec. % M 34 (55,60 %) 60 Bec. % — 20 Bec. % 20 Bec. % npii (jjOpMOBaHHIO npH AaBAeHHH OT 400 KIl/CM2 H CneKaHHH, b 3aBHCHM0CTH ot coAep>KaHHH, npH TeMn-u 1400—1500° U, noAy-qeHbie npoAYKTH OTBeMalOT jKCAaHHOM KanecTBy mto KacaeTca ycTOH-HHBOCTH npOTHB K0pp03HH, TeMn-bi H MexaHH^eCKHM BAHaHHaM. Ferdo Grešovnik, dipl. inž. Železarna Ravne DK: 620.18: 669.017.3 ASM/SLA: M23b; N8b; M23a; M23r Izdelava in praktična uporaba TTT diagramov Opisan je dilatometer DITIRC. ki služi za izdelavo izotermnih in kontinuirnih TTT diagramov. Poudarjene so predvsem različne možnosti uporabe te naprave. Navedeni so načini doseganja različnih ohlajevalnih hitrosti, ki so potrebne za izdelavo TTT diagramov. Omenjene so pomožne metode za dopolnitev premenskih krivulj nekaterih jekel. Razloženo je vrednotenje diagramov čas—temperatura—dilatacija. Opisane so fazne premene pri avstenitizaciji in pri ohlajanju avste-nitne faze. Na praktičnih primerih je prikazan vpliv premen na obliko dilatometrskih krivulj pri konti-nuirnem ohlajanju in izotermnem držanju. Naveden je postopek za praktično uporabo TTT diagramov. UVOD Mnogo zlitin ima pri visokih temperaturah enofazno strukturo, ki se lahko zadrži v metastabil-nem stanju do dosti nižjih temperatur, kot jih predvideva ravnotežni diagram. Iz te metastabilne faze se tvorijo strukturne faze z dokaj različnimi lastnostmi od onih, ki jih sečamo pri fazah, izoblikovanih v termično ravnotežnih pogojih. Za uporabnike takih zlitin so zanimive transformacijske krivulje, ki kažejo potek faznih premen bodisi v izotermnih pogojih ali pa pri kontinuirnem ohlajevanju. Ce vrišemo transformacijske krivulje v pravokotni koordinatni sistem, pri katerem nanašamo na abscisno os log t, na ordinatno pa T, dobimo TTT diagram. Do sedaj so se TTT diagrami uporabljali največ za jekla, zato se bomo zadržali na teh zlitinah. Pri raziskavah faznih transformacij merimo fizikalne lastnosti materiala, ki so odvisne od fazne sestave: mikroskopski videz, specifični električni upor, specifično toploto, magnetne lastnosti, kristalo-grafske značilnosti, specifično prostornino in podobno. Nobeden izmed teh načinov ne nudi popolne slike o faznih transformacijah, kljub temu pa lahko rečemo, da se z dilatometrijo (merjenjem raztezkov) dobi na najenostavnejši način največ podatkov. Opis in uporabnost dilatometra DITIRC V železarni Ravne uporabljamo za izdelavo TTT diagramov dilatometer DITIRC, ki ga je razvila francoska firma ADAMEL. Vidimo ga na sliki 1. Aparat je sestavljen iz dveh ločenih enot: — podstavka, na katerem so nameščeni: naprava za merjenje, peči in pomožni deli, ki omogočajo izvedbo različnih toplotnih ciklov in atmosfer, v katerih držimo preizkušance, — registratorske omare, v katero so vgrajeni: registrator, elektronska naprava za napajanje in sprejem signalov iz sistema za merjenje podaljškov in elektromehanski sistem za avtomatsko dviganje in spuščanje pisača. a) Naprava za merjenje. Preizkušanec ima obliko cevke; njegova dolžina je 30 mm, zunanji premer 4 mm. Nameščen je v kremenčevi cevki, ki je na spodnji strani zaprta. Dimenzijske spremembe se prenašajo preko kremenčeve palice, ki hkrati služi za izolacijo termo-elementa; le-tega privarimo direktno na preizkušanec. Sprememba dolžine preizkušanca premakne jedro linearnega diferencialnega transformatorja, zaradi česar se inducira v sekundarnih tuljavah spremenjena napetost. b) Naprava za prenos. Konec cevke z vzorcem lahko uvedemo v katerokoli peč ali posodo s sredstvom za ohlajanje. Poleg tega lahko zaščitimo to cevko z dodatnimi cevmi, s čemer dosežemo manjšo ohlajevalno hitrost. Prenos izvedemo s kombinacijo dveh trans-latornih gibanj: vertikalnega s premikanjem gibljivega podstavka in horizontalnega s premikanjem Slika 1 Dilatometer DITIRC plošče, na kateri je pritrjena naprava za merjenje. Maksimalen čas prenosa je okrog štiri sekunde. Sistem blažilcev zmanjšuje sunke pri prenosu. c) Peči in ostali deli na podstavku. Dilatometer ima tri peči: ena služi za avsteni-tizacijo, ostali dve pa za izvedbo izotermnih kopeli. Za izotermno kopel uporabljamo bodisi primerno sol ali evtektik (npr. Pb/Bi). Peči so Chevenard-Joumierove vrste (regulacija z dilata-cijsko žico). Pri prvi je možno regulirano segrevanje s stalno hitrostjo in izotermno držanje, pri ostalih dveh pa samo izotermno držanje s točnostjo ± 1°C. Na srednji nosilec lahko postavimo Dewarjevo posodo ali šobo za hlajenje s pihanjem zraka. Na gibljivem podstavku so posebne šobe za odpiho-vanje korozivnih par, ki izhajajo iz izotermnih kopeli. Sistem cevi in zaklopk omogoča skupaj z rotacijsko vakuumsko črpalko doseganje \akuuma v cevki z vzorcem in dodatno ohlajanje z inertnim plinom. d) Registratorska omara Registrator je kompenzacijski in omogoča risanje takihle diagramov: — dilatacije Al (na osi x) v odvisnosti od temperature TAl (na osi y) — dilatacije Al (na osi x) v odvisnosti od časa t, ki ga registriramo z odvijanjem diagram-skega papirja s konstantnimi hitrostmi (na osi y). V prvem primeru lahko brez težav beležimo Al na osi y, T pa na osi x. Na ta način v drugem primeru registriramo temperaturo v odvisnosti od časa, kar je posebno važno za eksperimentalno določanje ohlajevalnih krivulj na različnih vzorcih. V vsakem primeru lahko s pomočjo elektro-mehanskega sistema za dviganje in spuščanje pisača v enakomernih časovnih presledkih črtkamo registrirno krivuljo; število črtic je sorazmerno času. časovne intervale lahko izberemo na deset različnih načinov. Posebna elektronska naprava napaja primarne ovoje linearnega diferencialnega transformatorja s sinusnim tokom, katerega frekvenca je 5 kHz, sprejete signale iz sekundarnih ovojev pa preoblikuje v enosmerno napetost. Le-ta raste sorazmerno z raztezanjem dilatometrskega vzorca, njeno začetno vrednost pa lahko naravnamo z gumbom. Pri merjenju temperature ni posebnih težav, ker je registrator prirejen za merjenje enosmernih napetosti iste velikosti, kot jih daje termoelement Pt/Pt-Rh (10%); upoštevati pa je treba, da je napetost termoelementa odvisna od absolutnih temperatur vročega in hladnega spoja, zaradi česar je treba držati hladni spoj med eksperimentiranjem pri določeni temperaturi. Pri merjenju linearnega temperaturnega raz-tegnostnega koeficienta na diagramu odčitana vrednost po deljenju z ojačevalnim faktorjem še vedno ne ustreza pravi vrednosti. Če segrejemo dilatometrski preizkušanec skupaj s spodnjim delom kremenčeve cevke in palice za AT, se preizkušanec raztegne za Al, oni del kremenčeve cevke, ki obdaja preizkušanec, pa za Alsi02. Raztezanje višjih delov kremenčeve cevke in palice zaradi enakih temperatur ne vpliva na rezultat meritve. Preizkušanec dvigne palico samo za Al' = Al — — Alsi02. To pomeni, da je treba tudi pri določanju linearnega temperaturnega razteznostnega koeficienta iz diagrama izračunani vrednosti dodati še razteznostni koeficient cevke ( = 0,55 . 10-6°C-i). a = a' + asi0, (1) DOLOČANJE OHLAJEVALNIH KRIVULJ PRI EKSPERIMENTIH NA DILATOMETRU DITIRC Važen del kontinuirnih TTT diagramov so ohlajevalne krivulje in njihov časovni odvod — ohlajevalna hitrost. Čim več različnih ohlajevalnih hitrosti lahko dosežemo, tem natančneje lahko narišemo TTT diagram. Pri dilatometru DITIRC lahko to dosežemo na tri načine: a) z regulacijo atmosfere, v kateri držimo preizkušanec b) z uporabo zaščitnih cevi c) z izbiro sredstva, v katerem ohlajamo cevko z vzorcem. Kombinacija vseh teh načinov nam da množico ohlajevalnih krivulj, katerim pripadajo ohlajevalne hitrosti med 150° C/h in 150° C/s. a) Regulacija atmosfere, v kateri držimo preizkušanec Vzorec obkroža v kremenčevi cevki tanek sloj plina. Debelina te plasti je ocenjena na 0,1 mm, a kljub temu vpliva na ohlajevalno hitrost zaradi nizke toplotne prevodnosti. S pomočjo kinetične teorije plinov ugotovimo, da se toplotna prevodnost za določeni plin ne menja, dokler ni pritisk plina tako nizek, da je prosta pot molekul približno enaka širini zračne reže; v našem primeru je ta pritisk okrog 1 tor. Toplotna prevodnost se pri nižjih pritiskih manjša linearno s padcem pritiska, v vsakem primeru pa je odvisna od kvalitete plina. b) Uporaba zaščitnih cevi Za zmanjšanje hitrosti ohlajanja pri ohlajevanju na zraku lahko uporabljamo zaščitne cevi z različnimi debelinami stene. c) Izbira sredstva, v katerem ohlajamo cevko z vzorcem Cevko z vzorcem lahko ohlajamo v peči za avstenitizacijo bodisi s prekinitvijo električnega toka, bodisi po urnem mehanizmu, v šobi za pihanje zraka, v navadni posodi z različnimi sredstvi za ohlajanje (z vodo, oljem, raztopinami kislin, baz in soli) in v Dewarjevi posodi z različnimi kriogenimi sredstvi (tekočim dušikom in podobno). Pri ohlajanju z različnimi tekočinami je ohlajevalna hitrost odvisna od fizikalnih lastnosti tekočine: vrelišča, specifične izparilne toplote, toplotne prevodnosti in viskoznosti; pri ohlajanju s pihanjem zraka je ohlajevalna hitrost odvisna od hitrosti zračnega curka. Ohlajevalna hitrost navadno ni konstantna po celem temperaturnem intervalu; zaradi tega je ugodneje navesti povprečno ohlajevalno hitrost med dvema različnima temperaturama: ti —t, Za nekatere vrste jekel maksimalne dosežene hitrosti ohlajanja z dilatometrom DITIRC ne zadoščajo (npr. za podevtektoidna ogljikova jekla). Problem je v tem, da ni primernega materiala, ki bi imel hkrati dobro toplotno prevodnost in konstanten razteznostni koeficient. Pri visokih ohlajevalnih hitrostih bi bilo tolmačenje dilatome-trskih rezultatov tudi kočljivo zaradi velikih temperaturnih gradientov. Tu dilatometrijo vsaj delno nadomesti termična analiza in magnetna merjenja. Eden izmed najudobnejših načinov je enostavna termična analiza, ki je osnovana na pojavu, da se pri vsaki transformaciji strukturnih faz znatno spremeni notranja energija, kar začasno vpliva na potek temperature v odvisnosti od časa. To pomeni, da je treba samo registrirati ohlajevalne krivulje na čim manjših preizkušancih, s čemer preprečimo vpliv temperaturnih gradientov na rezultate meritev. Zaradi zaščite pred korozijo je najbolje eksperimentirati v vakuumu, kot ohlajevalno sredstvo pa uporabljati inertni plin. Registracijo najlaže izvedemo s primernim oscilo-grafom. Na osi x izberemo primerno časovno bazo, na os y pa vodimo ojačeno napetost termoelemen-ta. Primer za ogljikovo jeklo z okrog 0,35 % C vidimo na slikah 2 in 3. Magnetna merjenja so osnovana na pojavu, da so nekatere strukturne faze v jeklu v določenih temperaturnih intervalih feromagnetne, v drugih pa paramagnetne, modifikacija y pa je pri vseh temperaturah paramagnetna. Ce se transformacija T->a izvrši pri dovolj nizki temperaturi, spremlja premeno pojav feromagnetizma. Spremembo magnetnih lastnosti detektiramo z magnetnimi tehtnicami ali z merjenjem induk-tivnosti tuljav, katerih jedra so iz raziskovanega jekla. Prvi način je možno uporabiti predvsem v laboratorijih. Pri njem izkoriščamo zakonitost, da je sila na snov v nehomogenem magnetnem polju odvisna od susceptibilnosti materiala. Pomanjkljivost metode je v tem, da so načini ohlajanja dokaj omejeni, s tem pa tudi ohlajevalne hitrosti. Drugi način se že uporablja v industrijskih laboratorijih, npr. za določanje točk Ms. Induktiv- nost tuljave z merjencem najlaže merimo v enem izmed ustreznih mostov. Če na horizontalne odklonske plošče katodne cevi priključimo napetost termoelementa, privarjenega na preizkušanec, vertikalne plošče pa nam služijo kot ničelni indikator, je dokaj preprosto določiti temperature, pri katerih dobimo močan prirastek induktivnosti tuljave. Slika 2 Posnetek ohlajevalne krivulje direktno z zaslona oscilografa s spominom. Enemu razdelku na abscisni osi ustreza 0,5 s. Na ordinatni osi je kalibrirana napetost termoelementa. Transformacija y -* a se je izvršila v martenzitni stopnji. \ II M u 1 1 1 lili 1 1 1 l_ lili 1 M 1 1 1 II \ Slika 3 Posnetek ohlajevalne krivulje direktno z zaslona oscilografa s spominom. Enemu razdelku na abscisni osi ustreza 0,2 s. Na ordinatni osi je kalibrirana napetost termoelementa. Transformacija y -> a se je zvršila v martenzitni stopnji. RAZLAGA DIAGRAMOV t — T — Al Dilatometrsko določanje faznih premen je osnovano na pojavu, da je specifična prostornina različnih faz različna in da se za posamezne faze razlikujejo tudi linearni temperaturni razteznostni koeficienti. Numerični podatki za omenjene konstante se spreminjajo od ene do druge vrste jekla v odvisnosti od kemične sestave (poseben vpliv ima vsebnost ogljika). Najpogosteje nas zanima premena avstenita v ferit, mešanico ferita in karbidov ter v martenzit. Vse nastale faze imajo večjo specifično prostornino kot avstenit. Razlika je odvisna še od temperature, ker je temperaturni razteznostni koeficient avstenita okrog 1,7-krat večji kot ferita ali martenzita; torej je razlika manjša pri višjih kot pri nižjih temperaturah. Ce želimo pri dilatometrskem eksperimentu za neko temperaturo vedeti, kolikšen del avstenita se je že preoblikoval v novo fazo, je potrebno poznati specifično prostornino za avstenit in nastalo fazo pri določeni temperaturi, nato pa linearno inter-polirati izmerjeno vrednost specifične prostornine med prej omenjeni vrednosti. Običajno ne poznamo vseh potrebnih specifičnih prostornin, ampak moramo ekstrapolirati eksperimentalno določene vrednosti. Natančnost takega določevanja ni posebno dobra, vendar je za prakso zadovoljiva. Ekstrapolacija je uspešna samo v primeru, če poteče transformacija avstenita vsaj pri nižjih temperaturah popolnoma, to pomeni, da pri normalni temperaturi ne sme biti prisoten zaostali avstenit. V nasprotnem primeru je treba najprej določiti vsebnost zaostalega avstenita, nato pa ostalih faz. Na sliki št. 4 vidimo primer za določanje odstotka pretvorjenega avstenita v jeklu VCMo-125 (Č.4730), ki je bilo po 10-minutni avstenitizaciji pri 900° C ohlajeno v dilatometrski kremenčevi Slika 4 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 minut pri temperaturi 900° C; ohlajanje brez zaščitne 500 cevi s pihanjem zraka; v-= 22" C/s 900 cevki s pihanjem zraka. Poprečna ohlajevalna hitrost med 900 in 500° C je 29° C/s. Iz oblike krivulje je razvidno, da je začetek premene avstenita pri temperaturi 385° C, konec pa pri 225° C. Pri nadaljnjem ohlajanju je dilatometrska krivulja spet približno premica. Določimo, koliko avstenita se je že pretvorilo pri 3503 C! Najprej ekstrapoli-ramo dilatometrsko krivuljo pred pretvorbo in po njej, nato pa potegnemo zaželeno izotermo. Presečne točke izoterme s podaljškoma dilatome-trske krivulje in samo dilatometrsko krivuljo so označene z A, B in C. Odstotek pretvorjenega avstenita dobimo po obrazcu: AB p (v °/o) = . 100 % (= 54 %) (2) AC Na sliki 4 vidimo, da je na dilatometrski krivulji pri omenjenem načinu ohlajanja samo ena anomalija, kar pomeni, da se je avstenit pretvoril v eno samo novo fazo. Pogosto srečamo bolj zapletene primere, eden takih je na sliki št. 5. Postopek določanja deleža avstenita, ki se je pretvoril v nove faze, je enak kot prej; vedno najprej ekstrapoliramo dilatometrsko krivuljo čistega avstenita in po popolni premeni avstenita, nato pa podobno kot prej določimo za posamezno izotermo, koliko avstenita se je že pretvorilo Slika 5 Dilatometrski diagram za jeklo OCR-12VM; avstenitizacija 10 minut pri temperaturi 920° C; ohlajanje s hitrostjo 500 v — = 4,6» C/min. 920 v nove faze. Tak način ni povsem pravilen, ker smo predpostavili, da imajo vse nove faze isto specifično prostornino. Napaka zaradi tega navadno ni dosti večja, kot je natančnost odčitavanja dolžin na diagramu. Nekoliko večji problem imamo pri izločanju (ali raztopu) karbidov. Tu bi morali določiti ustrezen odstotek iz sistema enačb: VA + VK = V' enačba volumske sestave ^ pAVA + pKVK = pAV0 enačba ohranitve mase VA.......prostornina osnove VK.......prostornina karbidov V'........prostornina vzorca po izločitvi karbidov V0.......prostornina vzorca pred izločanjem karbidov p. ....... ustrezni gostoti Pk ..............& Rešitev za VK je: v _Pa(v'~V0) vK-- Pa~ Pk Prostorninski del karbidov v odstotkih je: n AV 7 0 Al Pa • - 3 Pa ■ — V 1 pK = — . 100 % = - . 100 % (4) Pa — Pk Pa — Pk Spet imamo linearno zvezo med vsebnostjo karbidov in dilatacijo, poznati pa je treba razmerje med gostoto karbidov in faze, iz katere so se karbidi izločili pri določeni temperaturi. S pomočjo dilatometra lahko določimo tudi odstotek zaostalega avstenita, kar je zelo ugodno za popolnost TTT diagramov. Po dilatometrskem poskusu pogosto ostane v preizkušancu še nekaj zaostalega avstenita tudi pri normalni temperaturi. Podoben pojav imamo pri kaljenju izdelkov v proizvodnji. Vsebnost avstenita ima znaten vpliv na lastnosti jekla, zaradi česar je razumljiva težnja za njenim določanjem. Dilatometrski način je osnovan na pojavu, da se zaradi vsebnosti nepre tvor j enega avstenita spremeni naklon dilatometrske krivulje na začetku (pri 20° C). Če bi vzorec vseboval edino fazo a, bi znašal njegov temperaturni razteznostni koeficient aF, če pa edino fazo y, bi bil ta koeficient aA. Teoretična obdelava pojava da razmerje aA , — = 1,7 aF Vzorec z dvofazno sestavo (a + y) ima po predpostavki, da velja zakon za mešanice, temperaturni razteznostni koeficient A % 100 —A % aa + f = aa •--1" af •- 100 100 A .... vsebnost zaostalega avstenita v % Od tod dobimo: A % = 100 . aA + r ~ aF aA — aF a A + p , aF in aA je treba izmeriti v istem tempe-turnem intervalu. Problem je v tem, kako dobiti preizkušanec iz istega jekla, a s strukturo, ki bi ustrezala fazi a v preizkušancu z ostalim avsteni-tom. Nekateri avtorji trdijo, da je najboljši način popuščanje preizkušancev z ostalim avstenitom pri temperaturah med 300 in 450° C. Za merjenje ostalih temperaturnih razteznostnih koeficientov je najbolje uporabljati kombinacijo absolutne in diferencialne dilatometrije. V vsakem primeru je treba vzorce najprej popuščati pri temperaturi 100° C, če merimo temperaturni razteznostni koeficient v intervalu 20 do 100° C. S podatki, ki jih razberemo iz absolutne dilatometrske krivulje, lahko določimo tudi temperature, pri katerih se avstenit najhitreje pretvarja v nove faze. V tistih točkah je odvod dolžine preizkušanca po času maksimalen. Ker je: dl _ d (1-120) _ d (Al) dt dt dt moramo narisati samo krivuljo Al = Al (t) in poiskati čase, pri katerih je naklon tangente na krivuljo maksimalen. Iz ustrezne ohlajevalne krivulje določimo še temperature. Primer vidimo na sliki št. 6. o o 240 1000 Cas (sek ) o o 800 § 600 I £ 400 200 1 1 l l t l i i 480° r» 1/ 1 0 4 0 80 120 160 200 240 Čas (sek ) Slika 6 Določanje temperature, pri kateri je hitrost transformacije y —> cc maksimalna. IZDELAVA TTT DIAGRAMOV Obstajata dve vrsti TTT diagramov: izotermni in kontinuirni. Pri obeh tipih rišemo v koordinatnem sistemu T/logt področja transformacije avste-nita v nove faze. Razlika je v tem, da pri poskusu za izotermni diagram poteka premena pri konstantni temperaturi, pri poskusu za kontinuirni TTT diagram pa se temperatura menja v odvisnosti od časa in ima njen potek najmočnejši vpliv na nastale transformacije. Do sedaj smo obravnavali samo določanje poteka premene, nič pa narave nastalih faz. Za razpoznavanje Ie-teh uporabljamo mikroskopiranje, rentgensko difraktometrijo in podobno. S poznavanjem splošnih značilnosti nastajanja in razpada avstenita nam dosti povedo tudi same dilatometrske krivulje. Avstenitizacija je transformacija, ki da iz zmesi ferita in cementita bolj ali manj homogeno avstenitno fazo. To definicijo lahko uporabljamo tudi za martenzitno izhodno strukturo, ker nastaneta iz martenzita pri segrevanju najprej ferit in cementit1, šele nato dosežemo področje stabilnosti faze Na delu metastabilnega Fe-C diagrama, slika št. 7, vidimo shematski prikaz avstenitizacije podevtektoidnega jekla; pod evtektoidno temperaturo ga sestavljajo delci cementita v feritni osnovi. Če vzorec segrejemo na temperaturo T,, cementit (točka 5) v stiku s feritom (točka 4) ni več v ravnotežju, ampak nastane med njima reakcija; delci cementita se obdajo z avstenitom. V trenutku nastanka avstenita je sistem v sledečem stanju: cementit (točka 5), avstenit v dotiku s feritom (točka 2), ferit (točka 4). To pomeni, da v avste-nitni fazi še nimamo enakomerne koncentracije ogljika (pada od točke 3 k 2). Maksimalna koncentracija ostane nespremenjena, dokler še imamo cementit, podobno je z minimalno koncentracijo, dokler še obstaja ferit. Avstenit teži k ravnotežju, predstavljenim s točko I. Avstenitizacija poteka analogno pri nadevtektoidnih jeklih. V vsakem primeru so temperature, pri katerih se izvrši, odvisne od ogrevalne hitrosti zaradi potrebnih difuzij skih procesov. Potek transformacije >a je odvisen od ohla-jevalne hitrosti že pri elementarnem železu, še bolj pa v primeru, ko je v železu raztopljen ogljik in drugi legirni elementi (to je pri jeklu). Vzrok za to je končna difuzijska hitrost ogljika. l/o G Ta 'C G Slika 8a Vpliv ohlajevalne hitrosti na začetek izločanja feritnih kristalov. Slika 7 Shematski prikaz procesa avstenitizacije na delu Fe-C diagrama. Slika 8b Potek koncentracije ogljika v avstenitu in feritu. Če ohlajamo jeklo z 0,2 % C od temperature avstenitizacije z določeno hitrostjo v0, se feritni kristali ne začnejo izločati na ravnotežni črti GS (slika 8a), ampak pri nekoliko nižji temperaturi. Med svojim nastajanjem ferit odpušča ogljik v okoliški avstenit, ki ima na meji sestavo Ca (slika 8b); ta sestava je pri temperaturi Ta v ravnotežju s feritom. Pri nadaljnjem ohlajanju se koncentracija ogljika na meji avstenit-ferit spreminja po črti CaS, koncentracija na največji oddaljenosti od meje po črti ab, srednja koncentracija pa po a'b'. Črta ab hkrati predstavlja temperature začetka premene v odvisnosti od vsebnosti ogljika in to za ohlajevalno hitrost vQ. Črta ab ima tudi večji naklon kot GS, kar pomeni, da stabilnost avstenita raste pri povišanju vsebnosti ogljika. Novi kristali ferita lahko nastajajo v področju nizke koncentracije ogljika. Ko doseže avstenit na meji točko S, se cementit ne pojavi takoj pri temperaturi T, (slika 9a), ampak pri S,, to je pri temperaturi T3. Avstenit, ki ni v direktnem stiku s feritom, ima še nižjo vsebnost ogljika in doseže mejo nasičenja pri T4; iz avstenita, ki vsebuje najmanj ogljika, se cementit izloči šele v točki b pri temperaturi T5. Točka b' predstavlja poprečno sestavo evtektoidne strukture. V neposredni bližini cementita se avstenit osiromaši z ogljikom, zato nastane ferit. Na meji ferita je dovolj ogljika, zato se tam pojavi cementit itd. Taka struktura se imenuje perlit. Povišana ohlajevalna hitrost pomakne evtekto-idno točko k nižjim temperaturam in k nižji koncentraciji ogljika (slika 9b). Pri nižji temperaturi transformacije se poveča število klic, zaradi česar so perlitna zrna številnejša in manjša. Lahko Vj v2 v3 točke. se zgodi, da jih z optičnim mikroskopom sploh ne moremo več ločiti. Pri zelo visokih ohlajevalnih hitrostih je tvorba perlita onemogočena. Maksimalna hitrost, pri kateri še dobimo popolno perlitno transformacijo, oziroma najmanjša hitrost, pri kateri dobimo transformacijo avstenita tudi pri Ar" (slika 10), se imenuje spodnja kritična hitrost za kaljenje. Na sliki 10 vidimo odvisnost temperature transformacije avstenita od ohlajevalne hitrosti. Nad spod- Crj 1 i 1 l i l 1 1 Ar j -i-i Ar' i -1- 1 i= i i -1- i 1 Ar" i -U 1 1 Slika 10 Odvisnost temperature transformacije avstenita od ohlajevalne hitrosti. njo kritično hitrostjo za kaljenje vQ se izvrši transformacija v dveh etapah po novem mehanizmu. Pri Ar" se pojavi matenzit. Nad zgornjo kritično hitrostjo je transformacija avstenita na stopnici Ar' nemogoča in se začne pretvarjati šele pri temperaturi Ar". Pri ohlajanju s hitrostjo, ki je le malo manjša od gornje kritične, je difuzija ogljika še zadovoljiva za pojav transformacije, a je difuzija železa prepočasna. Zaradi tega se ferit orientira v smeri nekaterih ravnin v avstenitni mreži in služi kot klica za tvorbo medstopenjskih struktur (pri per-litu ima to vlogo cementit). Medstopenjskih struktur je več, a v novejšem času opažamo težnjo, da se imenujejo s skupnim imenom bainit. Poglejmo na primeru jekla VCMo-125 s kemično sestavo v %: C Mn Cr Ni Mo Si Cu 0,25 0,68 1,1 0,19 0,22 0,20 0,16, kako se prej opisane transformacije izražajo na dilatometrskih krivuljah pri kontinuirnem ohlajanju! Na sliki 11 vidimo, da se je ves avstenit pretvoril v martenzit. Anomalija na dilatometrski krivulji pri višjih temperaturah je posledica razlike temperatur kremenčeve cevke in preizkušanca pri hitrem ohlajanju. Popolno transformacijo avstenita v martenzit dobimo pri nekoliko počasnejšem ohlajanju (slika 12). Pri še počasnejšem ohlajanju (slika 13) se pojav predevtektoidnega ferita izraža kot majhna sprememba naklona dilatometrske krivulje med 530 in 490° C. Pri tej zadnji temperaturi se začenja močna ekspanzija, ki predstavlja pojav bainita. Pri 385° C ima krivu- lja nezvezen odvod — znak, da je tam začetek tvorbe martenzita. Pri naslednji manjši ohlajeval-ni hitrosti (slika 14) ima dilatometrska krivulja sledeče značilnosti: — prva sprememba nagiba med 650 in 570° C: predevtektoidni ferit Temperatura avstenitizacije Slika 12 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 min. pri 900" C; ohlajanje brez zaščitne cevi s pihanjem 500 zraka; v--= 22° C/s 900 A (i pr-A Si C>2 ) Slika 11 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 500 10 min. pri 900° C; ohlajanje v vodi; v- =53" C/s 0 5 10 A(>i pr-* Si02) Slika 13 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 min. pri 900" C; ohlajanje brez zaščitne cevi na zraku; 500 v--- 9,5« C/s 900 T°C , 900- Temperatura avstenitizacije 900° C 700-600 ■ 500 400 , 300-200 ■■ 100 - Slika 14 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 min. pri 900° C; ohlajanje z uporabo zaščitne cevi I na 500 zraku; v-= 2,8« C/s 900 — začetek krivljenja med 570 in 540° C: prehodna tvorba manjše količine gornjega bainita — ekspanzija od 540°C naprej: tvorba spodnjega bainita — pri 360° C začenja tvorba manjše količine martenzita iz zaostalega avstenita. Iz dilatometrske krivulje na sliki 15, ki je bila posneta pri že zelo nizki ohlajevalni hitrosti, razberemo: — od 740 do 725° C: tvorba predevtektoidnega ferita — od 725 do 650° C: tvorba perlita — od 650 do 515° C: začasen zastoj premene avstenita — od 515 do 315° C: tvorba bainita — od 315° C naprej z dilatometrijo ni možno odkriti premen; če nastopajo, so v malem obsegu. Ne da bi računali vsebnost posameznih faz po premeni avstenita, dobimo iz gornjih podatkov TTT diagram, ki ga kaže slika 16. Za ilustracijo, kako lahko legirani elementi spremene pretvarjanje avstenita, je na sliki 17 podan kontinuirni TTT diagram nadevtektoidnega jekla OCR-12 VM (C.4850). Izločanje karbidov ni posebej prikazano, njihova vsebnost po ohlajanju s hitrostjo 150° C/h je bila ocenjena mikroskopsko na okrog 10 %. Snemanje izotermnih TTT diagramov z dilato-metrom DITIRC je prikazano na sliki 18. Na dilatometrskem diagramu so tipični odseki: — krivulja ohlajanja CD od 900° C do temperature izotermnega držanja 725° C Slika 15 Dilatometrski diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 min. pri 900" C; ohlajanje v peči za avstenitizacijo s pre- 500 kinitvijo električnega toka; v--= 10,5« C/min. 900 — čas izotermne inkubacije DE — krivulja izotermne transformacije EFG — končna ohlajevalna krivulja HI, na kateri ne vidimo nikakršne transformacije __Slika 16 Kontinuirni TTT diagram za jeklo VCMo-125; avstenitizacija 10 min. pri 900" C. Slika 17 Kontinuirni TTT diagram za jeklo OCR-12 VM; avstenitiza-cija 10 min. pri 1040« C. Pri snemanju odsekov AB, CD in HI je bil regi-strator vključen na položaj »xy«, pri snemanju izotermne krivulje DEFG pa na »xt«. Podobne krivulje posnamemo še pri drugih temperaturah izotermne kopeli, za katero je najbolje uporabljati evtektsko zlitino Pb/Bi2, ker se lahko uporablja v zelo širokem temperaturnem intervalu. Do temperature izotermnega držanja hitreje ohlajamo s pihanjem zraka kot v kopeli. Primer izotermnega TTT diagrama vidimo na sliki 19. Čas v sek. Slika 19 Izotermni TTT diagram za jeklo OCR-4 ex. sp.; avstenitiza-cija 10 min. pri 900° C. PRAKTIČNA UPORABA TTT DIAGRAMOV A (i pr-A S1O2) Slika 18 Primer snemanja izotermnega dilatometrskega diagrama na jeklu OCR-4 ex.sp.; avstenitizacija 10 min. pri 900" C; izo-termno držanje pri 725° C. Za praktično uporabo kontinuirnih TTT diagramov v toplotni obdelavi jeklenih izdelkov je nujno poznati ohlajevalne krivulje po preseku kosov. Najboljše bi bilo, če bi jih določili teoretično, ker pri merjenju temperature v notranjosti primerkov delno zmotimo temperaturno polje. Zaradi pomanjkanja podatkov je nemogoče točno računanje poteka temperature. Običajno računamo samo za okrogle in pravokotne profile. Temperatura se v trdnih telesih spreminja skladno s toplotno difu-zijsko enačbo: 5 t Koeficient D je odvisen od toplotne prevodnosti, specifične toplote in gostote materiala. Enačba v tej obliki velja samo v primeru, če so tempera- OCR 4 ex. 35 102050g sp. turni gradienti mali ali če je koeficient toplotne prevodnosti malo odvisen od temperature, sicer je enačba nelinearna. Gornjo enačbo je možno analitično rešiti le v primeru zelo idealiziranih robnih in začetnih pogojev. Realnejše ohlajevalne pogoje, ki jih določimo eksperimentalno, lahko upoštevamo le pri numeričnem reševanju. Če položimo na prozornem papirju narisane ohlajevalne krivulje na ustrezen TTT diagram, lahko spremljamo, katere transformacije se bodo izvršile v različnih globinah profila, če pa razpolagamo še s podatki o fizikalnih lastnostih posameznih struktur (te bi izmerili na izotermno obdelanih preizkušancih) lahko določimo različne karakteristike kontinuirno ohlajenega kosa. Med take lastnosti moramo šteti predvsem trdoto in trdnost. V novejšem času so dobili praktičen pomen tudi izotermni TTT diagrami in to predvsem za izotermno poboljšanje, stopenjsko kaljenje in izotermno normalizacijo. Ker je v vsakem TTT diagramu narisano tudi področje premene a—>y, služijo tudi za določanje žarilnih temperatur. Pri praktični uporabi TTT diagramov moramo upoštevati, da so transformacijske krivulje izdelane v posebnih pogojih: samovoljno smo izbrali pogoje avstenizacije (čas in temperaturo), čeprav smo težili, da se približamo pogojem v praksi, poleg tega pa lahko imamo razliko v kemijski sestavi dilatometrskih preizkušancev in izdelkov v proizvodnji. Na potek transformacije vplivajo tudi notranje napetosti, ker material vedno teži za tem, da je v takem stanju, v katerem se zmanjša pritisk. Literatura 1. de Sy A., Vidts J.: Metallurgie Structurale, 2"r" edition Pariš, DUNOD, 1968 2. Cizeron, G.: »Dilatometrie de trmepe«, Mesures (Pariš) Vol. 33, N°8, 9 (1968) ZUSAMMENFASSUNG Es ist die dilatometrische Methode fiir die Begleitung der Phasenumvvandlungen im Stahl beschrieben. AIs Bei-spiel einer Aparatur, fiir die Messung der Ausdehnungen beim isotermen Halten und kontinuirlicher Abkiihlung ist der Dilatometer DITIRC beschrieben. Die vielseitigen Moglichkeiten fiir die Anwendung dieser Aparatur sind betont. Aufgezahlt sind die Arten fiir die Erziehlung ver-schiedener Abkiihlungsgeschvvindigkeiten. Fiir die Er-ganzung der Umvvandlungskurven einiger Stahle kann die magnetische Methode und die thermische Analyse ange- wendet werden. Die Ausvvertung der dilatometrischen Dia-gramme bei der Ausarbeitung der TTT Diagramme vvird erklart. Zwecks der einfacheren Identifizierung der ent-stehenden Phasen vvahrend des dilatometrischen Ver-suches, sind die Phasenumwandlungen bei der Auste-nitisierung und Abkiihlung der austenitischen Phase ange-geben. Einige Beispiele der dilatometrischen Kurven und davon erhaltenen TTT Diagrammen sind angegeben. Bei der Beschreibung des Verfahrens fiir die praktische An-wendung der TTT Diagramme, wird auf die Faktoren die dabei beriicksichtigt werden miissen hingedeutet. SUMMARY The dilatometrie method for studying phase trans-formations in steel is deseribed. As an example of the apparatus for isothermic measurements of expansions and for measurements during continuous cooling the dilatometer DITIRC is deseribed. The possibilities of the use of this apparatus are stressed, and the ways how to obtain various cooling rates are enumerated. As supplement to the transformation curves of some steels also magnetic method and thermal analysis can be used. Evaluation of the dilatometrie plots is explained when TTT diagrams are composed. For easier identification of the formed phases during the dilatometrie test the phase transforma-tions in austempering are cited. Some examples of dilatometrie curves and the obtained TTT diagrams are given. The deseription of the practical use of TTT diagrams stresses the parameters which must be taken in account. 3AKAK)*ffiHHE OrracaH AHAaTOMeTpiraecKHH MeTOA npocAOKHBam-iJi pa3AHMin.r\ 4>a3Hbix nepeMeH b CTaAH. Hanp.: AHAaTOMe-rp no Ditirc-y, npii-6op aah H3MepemiH pa3TaaceHHH npH H30TepMHHecK0M 3aAepjKHBa-HHIO H HenpepbIBHOM OXAa3KAehhh. nOAHepKHVTLI B03M03KH0CTH ynoTpe6AeHHH 3Tora npn6opa H OTMeneHbi cnocoSu aocthjkchhh pa3AH»jhoh 6mctpoth oxAa5KAeHHfl. 1to6h AonoAHHTb nepeMenHbie KpHBbie hckotopbix COpTOB CTaAeH MOJKHO VIIOTpeČHTb MarHHTHbIH MeTOA h TepMHiecKuft aHaAH3. a^ho oSbacHeHne k otteHKu AHAa- TOMeTpHMecKHX AHarpaMMOB npH pa3pa6oTKH AHarpaMMOB ttt. aa» 6oAee AerKofl HAeiiTH(t>HKaunH noAyMeHbix 4>aa npH AHAaMeTpmecKOM HccAeAOBaHHio npHBeACHbi nepeMeHbi 4>a3 bo BpeMa aycTeHH3auHH H OXAa3KAeHHII ayCTeHHTHOH 4)a3H. PaCCMOTpeHHbl HeCKOAbKO npn-MepoB AHAaMeTpniecKHX KpHBbix h, noAy^eHbix Ha hx ocHOBaHHM, ttt AHarpaMMOB. Ilpn onHcaHHH cnoco6a npHMeHeHHH ttt AHarpaMMOB b npaKTH^ecKOM 0cymect0baehhk) ynoMHHyTbi aKTopbi KOTOpbie HaAO npH 3T0M \-HCTaTb. Srednja proga v ravenski jeklarni (loto Exportprojekt) Jože Segel, dipl. inž. Železarna Ravne DK 669.9 ASM/SLA: Q 6n, Q 6p Določevanje potrebnega števila preizkusov pri ugotavljanju udarne upogibne žilavosti orodnih jekel Metoda določevanja števila paralelk je uporabna pri vseh tistih meritvah, kjer je zaradi velike standardne deviacije potrebno večje število paralelk. Pri izbiri števila paralelk upoštevamo: potrebno ločljivost, standardno deviacijo in verjetnostni nivo predvidenih preizkusov. V članku je ta metoda aplicirana na določevanje števila paralelk za merjenje udarne upogibne žilavosti orodnih jekel. UVOD V praksi se večkrat srečamo s problemom: koliko paralelk izbrati za preiskus, za katerega že vnaprej vemo, iz izkušenj, da bo imel večje ali manjše trošenje rezultatov posameznih meritev. Če hočemo ta problem rešiti, moramo vedeti: na kakšnem verjetnostnem nivoju gotovosti bomo delali preizkuse, kakšna ločljivost je potrebna in kakšno standardno deviacijo lahko pričakujemo. Običajno se smatra, da je 95 % verjetnostni nivo gotovosti dovolj visok za prakso in le redko, to je v posebnih primerih, uporabljamo višji 99 % verjetnostni nivo gotovosti. Za racionalno izbiro števila paralelk je važno, da delamo s takšno natančnostjo, kot je potrebna, kajti zgodi se, da mnogokrat delamo po nepotrebnem z večjo natančnostjo. To pa pomeni, da delamo z večjim številom navadno dragih paralelk, kot je potrebno. Pri primerjanju dveh srednjih vrednosti nekih preizkusov, za katere je značilno, da nastopi trošenje, ne moremo preprosto trditi, da se eden preizkus razlikuje od drugega, že samo zato, ker se razlikujejo srednje vrednosti. Nujno moramo upoštevati standardno deviacijo, število paralelk in verjetnostni nivo gotovosti. Natančnost preizkusa pomeni v našem primeru: ločljivost srednjih vrednosti dveh ali več primerjajočih preizkusov, ki jih zaradi standardne deviacije ne moremo poljubno natančno ločiti. Pri tem se vprašamo: pri kakšnem številu paralelk že lahko z določeno stitistično gotovostjo trdimo, da se dve srednji vrednosti preizkusov z določenimi standardnimi deviacijami razlikujeta in kdaj tega še ne moremo trditi. Navadni Charpyjev preizkus upogibne udarne žilavosti z normalno zarezo (DVM) ima pri orodnih jeklih majhno sposobnost ločenja, če pa vzamemo probe brez zareze, dobimo zelo veliko trošenje rezultatov. Orodna jekla z udarno upogib-no žilavostjo od 2 do 9 kpm/cm2 zahtevajo za preizkus udarne upogibne žilavosti, merjene s probami brez oslabitve, 30 do 40 paralelk.1 Ker je v praksi takšen preizkus zaradi velikega števila paralelk težko izvedljiv, so pred leti pričeli v železarni Ravne uvajati metodo preizkušanja udarne upogibne žilavosti s plitvo oslabitvijo, ki jo uporabljajo v ZDA.2 Metoda določevanja racionalnega števila paralelk bo modificirana na določevanje števila paralelk po zgodaj omenjeni metodi s plitvo oslabitvijo, pri kateri se je do sedaj uporabljalo dvanajst do petnajst paralelk. Metoda določevanja števila paralelk Pri primerjanju dveh srednjih vrednosti x, in x2 upoštevamo: število podatkov (paralelk) N, in N2, standardno deviacijo S, in S2 ter verjetnostni nivo P. Od vseh teh faktorjev je odvisno, ali bomo lahko v nekem primeru trdili, da se dve srednji vrednosti statistično pomembno razlikujeta ali ne. Kajti zgodi se lahko, da kljub razliki srednjih vrednosti: x, —x2 + 0 (1) še ne vemo, ali je omenjena razlika statistično pomembna ali ne. Mnogokrat so za prakso važne samo dovolj velike razlike srednjih vrednosti merjenih veličin, manjše pa se smatrajo nepomembne. V takšnem primeru bomo delali samo s takšnim številom paralelk, ki bodo pomembno razliko še pokazale — manjše, nepomembne, pa ne več. V ustrezni formuli3, s za izračun števila paralelk: t = l*i-*2l V nttn; Sd |/ N, + N2 (2) je t funkcija prostostnih stopenj n, ki so: n = N, + N2 —2 (3) Standardna deviacija Sd v enačbi (2) se dobi iz formule: Sd2 = SlilN| -1) +S22(N2- 1 ) N, + N, —2 (4) V primeru, da je S! = S2 in N, = N,, je: Sd2 = S,2 = S22 (5) Sd l 2 \ 2 (6) Iz poenostavljene enačbe (5) ni mogoče direktno poiskati števila paralelk N, pri znani standardni deviaciji »Sd« in ločljivosti (x, — x2), ker je t = f (N). Zato si pomagamo z grafično metodo, ki je prikazana na sliki 1. Na sliki sta2 s polno črto označeni odvisnosti med t in N pri verjetnostnih nivojih 95 in 99 %. Dejansko se v tabelah3-4 dobijo odvisnosti med t in prostostnimi stopnjami n, vendar pa je za nas bolj praktično, če te pretvorimo in podamo s pomočjo enačbe (3) v obliki števila paralelk N. Prekinjene črte na si. 1 označujejo enačbo (6) pri različnih kvocientih »K«. Kvocient »K« v enačbi (6) pomeni razmerje med razlikami srednjih vrednosti (Xj — x2), to je ločljivostjo in standardno devia-cijo Sd. -- Število paralelk N Slika 1 Nomogram odvisnosti med t, N in K. Sečišča omenjenih dveh funkcij, ki so označene s polnimi in prekinjenimi črtami, nam pomagajo pri izdelavi dveh novih praktičnih nomogramih, ki sta prikazana na sliki 2 in 3. Diagrama na slikah 2 in 3, ki služita za izbiro števila paralelk glede na izbrano ločljivost in predvideno standardno deviacijo, se razlikujeta samo po tem, da upoštevata v prvem primeru 95 %, v drugem pa 99 % verjetnostni nivo gotovosti. Območje ločljivosti je podano od 0,1 do 10 in ravno tako standardne deviacije. Ta območja so vzeta zaradi uporabnosti pri določevanju števila paralelk žilavostnih prob pri orodnih jeklih. Kot primer uporabnosti diagramov na sliki 2 in 3 naj služi kar naslednje poglavje: Potrebno število paralelk pri ugotavljanju in primerjanju udarne upogibne žilavosti orodnih jekel Če hočemo ugotoviti potrebno število paralelk pri določenih poizkusih, se moramo na osnovi izkušenj odločiti, kakšno standardno deviacijo predvidevamo. Kadar izkušenj nimamo, si pomagamo s predpoizkusi. V tabeli 1 so vpisane poprečne standardne deviacije udarne upogibne žilavosti za jekla, preizkušena v železarni Ravne. Pri izbiri predvidene standardne deviacije moramo vedeti, da je to odvisno ne samo od vrste jekla, temveč tudi od toplotne obdelave jekla, izdelave oslabitve (brušena ali frezana) itd. Poleg tega se moramo odločiti za nas potrebno ločljivost in verjetnostni nivo gotovosti. Glede potrebne ločljivosti se moramo vprašati, kakšne razlike srednjih vrednosti preizkusov so za nas --Sd 0,5 1 2 3 A 5 6 7 8 9 10 JO O^CNjn-jNj-in^oC^aooic-i CT CfCf CTCTo" CTCT C? C3W -— Ločljivost X] -X2 Slika 2 Nomogram za izbiro števila paralelk glede na izbrano ločljivost in predvideno standardno deviacijo »Sd« pri 95 °/o verjetnostnem nivoju. 0,51 2 3 4 5 Sd 6 7 8 9 10 O^ Ovgrv) !C N QD O) rs cr o- of c? c> o" c> c? Jz- 0 OJ 0,2 0,3 OA 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 01 2 34^5 67 8910 -— Ločljivost Xf - X2 Slika 3 Nomogram za izbiro števila paralelk glede na izbrano ločljivost in predvideno standardno deviacijo »Sd« pri 99 °/o verjetnostnem nivoju. praktično še pomembne in katere ne več. Pri preizkusih bomo običajno vzeli verjetnostni nivo 95 % gotovosti in le v izjemnih primerih, ko bodo potrebne posebno točne meritve, bomo vzeli 99 °/o verjetnostni nivo in s tem dosti večje število para- lelk, kot to lahko ugotovimo pri primerjavi nomo-gramov na slikah 2 in 3. 1. primer: Preizkušamo udarno upogibno žilavost različno toplotno obdelanega brzoreznega jekla Č.9682 (BRC-3). Predpostavimo, da je razlika srednjih vrednosti 0,1 kpm/cm2 udarne upogibne žilavosti dveh različno toplotno obdelanih serij za nas še pomembna, manjša pa ne več. Iz tabele 1 najdemo poprečno standardno deviacijo, ki je za to jeklo Sd = 0,08. Delali bomo pri 95 % verjetnostnem nivoju in zato uporabljali nomogram na sliki 2. Z interpoliranjem ugotovimo, da je pri Xj — x2 = 0,1 Sd = 0,08 in P = 95 % število potrebnih paralelk 6—7. Iste vrednosti dobimo tudi iz diagrama na sliki 1, če prej poiščemo vrednost kvocienta K. K= CxL-x2)= 0,11 Sd 0,08 N = 6—7 Poprečna standardna deviacija Sd = 0,08 se nanaša samo na preizkuse udarne upogibne žilavosti BRC-3 po metodi, za katero so značilne probe s plitvo oslabitvijo. Zanimivo je še poiskati, kakšno bi bilo potrebno število paralelk v primeru, da predvidevamo minimalno oz. maksimalno po izkušnjah dobljeno standarno deviacijo. Iz diagrama na sliki 2 dobimo za interval od Smin = 0,04 do Smax = 0,11 od 3 do 9 paralelk. Poleg tega pa je še zanimivo, koliko paralelk je potrebno pri isti poprečni standardni deviaciji in ločljivosti pri višjem 99 % verjetnostnem nivoju. Iz slike 3 najdemo, da je število paralelk dosti večje, to je dvanajst. 2. primer: Metodo določevanja števila paralelk bi lahko uporabljali tudi v primeru, da se uvede redna kontrola udarne upogibne žilavosti nekaterih orodnih jekel. Tabela 1: Standardne deviacije udarne upogibne žilavosti nekaterih orodnih jekel Območje toplotne obdelave (°C) Vrsta jekla Sd Smin Smax Probe z: temperatura kaljen j a temperatura popuščanja Č.9682 (BRC-3) 0,08 0,04 0,11 brušeno plitvo oslabitvijo 1260—1320 530—590 Č.6980 (BRC) 0,18 0,08 0,31 brušeno plitvo oslabitvijo 1260—1320 530—590 Č.6880 (BRW) 0,10 0,05 0,15 brušeno plitvo oslabitvijo 1230—1290 530—590 Č.6882 (BRW-2) 0,12 0,08 0,17 brušeno plitvo oslabitvijo 1230—1290 530—590 Č.7680 (BRM-2) 0,15 0,07 0,25 brušeno plitvo oslabitvijo 1170—1260 530—590 Č.6443 (BRU) 0,10 0,06 0,15 brušeno plitvo oslabitvijo 1200—1260 530—590 č.4750 OCR 12 ekstra 0,32 0,17 0,53 frezano plitvo oslabitvijo 1030— 970 500 Razlika med srednjo vrednostjo in zgornjo ali spodnjo predpisano mejo bi pomenila nivo ločljivosti (Xj—x2). Vzemimo primer kontrole izdelkov iz jekla OCR 12 ekstra popuščenega pri temperaturi 500° C. Predpisana udarna upogibna žilavost naj bo od 0,90 do 1,50 kpm/cm2. Pri tem je ločljivost (x, —x2) 0,30. Iz tabele 1 najdemo za ta primer poprečno standardno deviacijo Sd = 0,32. Potrebno število prob na 95 % verjetnostnem nivoju odčitamo iz nomograma na sliki 2. To število znaša 9 prob. Za en preizkus pri redni kontroli udarne upo-gibne žilavosti bomo morali torej vzeti 9 prob. Zaključek Pri metalurških raziskavah udarne upogibne žilavosti bo število paralelk v odvisnosti od standardne deviacije in verjetnostnega nivoja nihalo od 3 do 15. Zato bo pri širših raziskavah žilavosti orodnih jekel racionalna izbira števila paralelk pomenila znatno pocenitev razmeroma dragih preiskav. Primer uporabe opisane metode v redni kontroli žilavosti nam kaže, po kakšnih kritirijih bomo izbirali število paralelk in obenem tudi to, da bomo zaradi velikega števila paralelk redno kontrolo udarne upogibne žilavosti orodnih jekel uporabili le v izjemnih primerih. Literatura 1. Bungardt K., O. Mulders, W. Spyra: »Statistische Aus-vvertung von Zahigkeitsuntersuchungen an ungekerbten Schlagbiegeproben aus Stahlen hoher Harte« — Stahl und Eisen 77, št. 26. 2. Steven G.: »Impact Test of Evaluating Toolsteels« Metal Progress, 1959, 5. 3. Graf U., H. J. Henning: Folmeln und Tabellen der mathe-matischen Statistik, Springer-Verlag — Berlin 1958. 4. Rode B., J. Rodič: »Statistično planiranje in vrednotenje metalurških raziskav« — Železarski zbornik, Jesenice, 2 (1968) 2, str. 99—113, tabela 5. 5. Palazzi A.: Metodi statistici nella ricenca industriale e nel controllo della prouzione, ET/AS Kompass — Milano 1964. ZUSAMMENFASSUNG Bei der Bestimmung der notwendigen Zahl der para-lellen Proben ist die notige Trennbarkeit (Genauigkeit), die standarde Abweichung und der Wahrscheinlichkeitsniveau der vorgesehenen Untersuchungen zu beriicksichtigen. Im Artikel ist eine Methode fiir die Bestimmung der notvvendigen Zahl der paralellen Proben, die gegenseitige Abhangigkeit der obengenannten Faktoren welche die Wahl der Probenzahl beeinflussen, und die Applikation dieser Methode bei der Bestimmung der Kerbschlagbiegezahig-keit der Werkzeugstahle beschrieben. SUMMARY When number of parallel test is to be determined the necessary selectivity (accuracy), standard deviation, and the probability level of the foreseen experiments must be taken in account. The paper describes the method of determination of the number of parallel test, correlation betvveen the men-tioned parameters, and the application of the method in determining the bending impact toughness of the tool steels. SAKAIO^EHHE npH onpeAeAeHHH Heo6xoAHMora incAa napaAAeAbHbix npoS naao yqectb Heo6xoAHMyio to™octb, ctahaapahyio acbiihuiho h hhbo BepOHTHOCTH HaMeMeHbIX OnbITOB. B cTaTbe paccMOTpeHbi: mctoam onpeAeAeHHH 4Hc.\a napaAAeAb-HbIX IipoS, B33HMH0H 3aBHCHMOCTb ynOMHHyTbIX aKTOpOB KOTOpbie bahhiot Ha bi.iGop qHCAa napaAAeABK H npHMeHeHHe MeioAa aah onpeAeAeHHH HsrnSHoii VAapHofl BH3K0CTH HHCTpyMeHTaAbHofl CTaAii. Bogdan Stocca, dipl.inž. Železarna Jesenice DK: 669.586:620.191.2 ASM/SLA: Rl, 2, 3, lOf Korozija in zaščita cinkove prevleke Pri vskladiščenju in posebno pri transportu pocinkane pločevine pride v dneh visoke relativne vlage v zraku do korozije cinkove prevleke. Ta korozija je včasih tako izrazita, da lahko v sorazmerno kratkem času popolnoma uniči sloj cinka. Cinkova prevleka je podvržena močni koroziji tudi ob morski obali in v močno onesnaženih industrijskih predelih. Da ne bi prevleka med transportom korodirala in da bi njeno življenjsko dobo podaljšali, jo je potrebno zaščititi. članek obravnava pojave korozije, številne možne zaščite ter rezultate, ki smo jih pri tem dosegli. Na koncu je podano nekaj napotkov, kako izvesti vskladiščenje in transport. Uvod Glavni namen pocinkanja jeklenih predmetov je zaščita teh pred korozijo, predvsem zaščita proti raznim atmosferskim vplivom in vodi. V dotiku z zgoraj omenjenimi agenti je prevleka lahko pod določenimi pogoji podvržena kemičnim vplivom, ki jo lahko v celoti uničijo. V tem članku bom obravnaval potek korozije, ukrepe za zaščito ter preiskave korozijske obstojnosti cinkove prevleke. KOROZIJA CINKOVE PREVLEKE Kakor nam je dobro znano, spada čisti cink med barvne kovine in ima dobro kemično odpornost proti atmosferskim vplivom. S cinkom zaščitimo številne jeklene predmete, predvsem pločevino, cevi, žico itd. Cink nanašamo na različne načine. Najbolj razširjena sta vroči način pocinkanja, kjer se jekleni predmeti prekrijejo s cinkom, oziroma s cinkovo zlitino pri temperaturah od 430—460° C, in elektrolitski način pocinkanja. Prevleka, s katero zaščitimo jeklene predmete, je pod določenimi pogoji podvržena koroziji. Jakost korozije je odvisna od koroziv-nega sredstva, od sestave prevlek in od temperature, pri kateri korozija poteka; čas trajanja prevleke, ki je izpostavljena določenim korozijskim vplivom, pa je odvisen tudi od njene debeline in homogenosti (poroznosti). Tu bom obravnaval le atmosfersko korozijo, to je tisto, kjer se vršijo procesi v temperaturnem območju med —30 in + 50° C. Stopnjo korozije merimo na dva načina, in sicer kot izgubo na teži v g/m2 na enoto časa ter kot zmanjšanje debeline v p, ravno tako na enoto časa. Kot enoto časa lahko vzamemo dan, mesec ali leto odvisno pač od hitrosti korozije. Te vrednosti lahko med seboj primerjamo. Za ugotovitev srednje vrednosti zmanjšanega preseka v mikronih je dovolj, da delimo vrednost izgube na teži v g/m2 s 7,13, t. j. specifično težo cinka. Osnove korozije Na površini cinka, oziroma cinkove prevleke, če je ta izpostavljena vplivu atmosfere, se tvori zaščitni film. Če je cink izpostavljen vplivu suhe atmosfere, se tvori na njegovi površini le izredno tanek oksid-ni film, ki ga na plošno ne smatramo za zaščitnega. V zraku se vedno nahaja še določena količina ogljikovega dioksida, zaradi katerega se tvori film bazičnega cinkovega karbonata, ki je kompakten, neporozen, v vodi netopen in zato močno zaščiti kovino. V atmosferi debelina tega filma postopoma narašča. Po Andersonu in Fullerju se ta film tvori na suhem zraku v 100 dneh, v atmosferi s 33 % relativne vlage v 14 dneh, s 75 % relativne vlage pa v 3 dneh. Kakor je iz navedenega razvidno, ima relativna vlaga odločujoč vpliv na tvorbo in debelino karbonatnega filma. Iz tega sledi, da bo imela cinkova prevleka, na zraku, ki ne vsebuje S02, tudi v visoki relativni vlagi sorazmerno visoko korozijsko odpornost. Vedeti pa moramo, da se posebno pri visoki relativni vlagi in pri močnem nihanju dnevnih temperatur doseže rosišče zraka, pri katerem pride do tvorbe kondenzata na površini cinkove prevleke. Zaradi tega korozijska obstojnost prevleke izredno pade. Kvarni vpliv kondenzata je zmanjšan le na tistih mestih, kjer je dobro prezračevanje in s tem hitro odstranjevanje kondenzata s površine. Tam, kjer je prezračevanje slabo ali ga sploh ni, se zaradi malih količin ogljikovega dioksida v zraku in s tem tudi v kondenzatu ne more tvoriti zaščitni film bazičnega cinkovega karbonata, temveč se celo že obstoječi zaščitni film pretvori v cinkov hidroksid, ki nima več zaščitnega značaja in ki je mnogo bolj porozen od cinkovega oksida. Posledica te korozije je nastanek modrih in belih madežev, odnosno cinkovega prahu na površini prevleke. Ti madeži, kolikor niso močno poškodovali cinkove prevleke, so le estetskega značaja in nimajo večjih kvarnih posledic ter se dajo odpraviti, kakor bomo kasneje videli. S to korozijo se je leta 1962 posebno ukvarjal profesor Schikorr. Preiskoval je produkte korozije (belega prahu), ki so nastali na spodnjih delih strešnih elementov, to je na tistih delih, ki niso bili direktno izpostavljeni atmosferskim padavinam, z namenom, da bi ugotovil njihovo sestavo in potek korozije. Ugotovil je, da reakcija z ogljikovim dioksidom začenja potekati šele tedaj, ko je že nastal kot začetni produkt korozije cinkov oksid. Ta cinkov oksid pa se v prisotnosti kon-denzata ali atmosferske vlage pretvori v cinkov hidroksid. Ti dve spojini, cinkov oksid in cinkov hidroksid sta, čeprav malo, vendar le topni v vodi, kar seveda povečuje korozijo v kondenzatu. Raz-topost cinkovega karbonata v vodi pa je skoraj enaka ničli. Iz tega sledi po Schikorru, da je karbonat tisti produkt, ki daje pasivizacijo pocinkane površine. Pri vsem tem moramo imeti v vidu, da se zaradi premajhne vsebnosti C02 v zraku in še manjše v vodi ves cinkov oksid ne more pretvoriti v' karbonat. Produkt korozije bo torej sestavljen iz bazičnega karbonata in hidroksida, ki odgovarja sestavi X Zn C03. Y Zn(OH). Katera od teh dveh komponent prevladuje, pa je odvisno od vseh faktorjev, ki na korozijo vplivajo. Atmosferska korozija Kakor je bilo že rečeno, so pocinkani predmeti izpostavljeni v pretežni večini atmosferski koroziji, katero glede na prisotne reagente v zraku delimo na korozijo v mestni, podeželski, industrijski in obmorski atmosferi. Zmanjšanje debeline zaradi atmosferske korozije je zelo različno. Glede na atmosfero naj bi bile te izgube naslednje: Podeželska atmosfera — 0.4 — 5.0 um/leto Mestna atmosfera — 1.6— 7.0 um/leto Obmorska atmosfera — 0.6 — 15 um/leto Tropska atmosfera — 0.2 — 39 um/leto Industrijska atmosfera — 3.4 — 41 um/leto Da je korozija v eni atmosferi večja kot v drugi atmosferi, moramo iskati vzroke v številnih nečistočah, ki se nahajajo v zraku v obliki plinov, vlage itd. 1939 1940 1941 1942 Slika 1 Vrednosti relativne vlage navzema ževplovega dioksida in izgube na teži, odvisno od letnega časa, ločeno po mesecih. Vrednosti žveplovega dioksida so podane v obliki pridobivanja na teži neke komponente, ki absorbira SO2 V mestni atmosferi je hitrost korozije zelo različna, odvisno pač od stopnje onesnaženosti zraka, od letnega časa, relativne vlage itd. Ta korozija je v zimskih mesecih večja kot poleti, večja je tudi v poznih večernih, nočnih in zgodnjih jutranjih urah dneva zaradi rose, ki povzroča naraščanje relativne vlage v zraku. Slika 1 prikazuje vpliv letnega časa na korozijo cinka v severni Nemčiji za obdobje 1939—1942. Korozija je največja ob najvišjem navzemu S02 in najvišji relativni vlagi. Izgube na teži so v zimskem času nekajkrat večje kot v poletnem. Ta pojav močnejše zimske korozije si razlagamo s slabšim prezračevanjem površine pocinkanih predmetov in z raztopnostjo v vodi dela žveplovega dioksida, ki se nahaja v zraku. Iz vsega zgoraj navedenega je razvidno, da bo korozija v podeželski atmosferi, kjer ni škodljivega S02 v zraku, najmanjša in odvisna pač od količine vlage in stopnje prezračevanja. Korozija cinkove prevleke je v industrijskih predelih največja. Hitrost korozije v tej atmosferi je tako kot pri mestni atmosferi predvsem odvisna od vsebnosti S02 v zraku in od relativne vlage. Tu moramo omeniti, da so meritve pokazale, da je kljub visoki vsebnosti S02 v zraku potek korozije počasen v tistih krajih, kjer je relativna vlaga v zraku nizka, kar vel ja predvsem za dežele s suhim podnebjem. Iz vsega zgoraj navedenega je razvidno, da je žveplov dioksid izredno škodljiva komponenta, ki se nahaja v atmosferah v količinah od 0,01 do 10 mg/m3 zraka. Razumljivo ga bo najmanj na podeželju, največ pa v mestih in v bližini industrijskih centrov. Prah, ki se nahaja v zraku v velikih količinah, predvsem v mestih in industrijskih atmosferah, nima praktično bistvenega vpliva na potek korozije. Pri industrijski atmosferi moramo omeniti še korozijo zaradi povečane koncentracije škodljivih komponent v bližini raznih kemičnih tovarn, lužil-nic itd. Poznano je, da je cinkova prevleka podvržena koroziji tudi ob morski obali. Ta korozija je posebno intenzivna tedaj, ko je površina direktno izpostavljena vplivu vode ali solnih meglic. Če pa je cinkova prevleka izpostavljena vplivu suhega morskega zraka, ki vsebuje soli, se tvorijo produkti korozije, ki konstantno naraščajo. Po preteku nekega določenega časa (nekaj let) naraščanje debeline teh produktov preneha, ker se je na površini tvoril pasiviziran film, sestavljen iz magnezijevih soli. Razumljivo, da je potek korozije najbolj intenziven tik ob morski obali, manjši pa, čim bolj se od obale oddaljujemo, zato ker se zmanjša koncentracija klora v zraku. Preiskave so pokazale, da je padec klora pri različnih zemljepisnih širinah in pri različni konfiguraciji terena različen. Kot primer naj navedem, da znaša vsebnost klora v deževnici 500 m od obale med 15—20 mg/liter, v oddaljenosti 1 km pa že 8—12 mg/liter. V diagramu slike 2 je razvidna občutna razlika v koroziji med vzorci, ki so bili na prostem, izpostavljeni direktnemu vplivu atmosfere, in vzorci, ki so bili na pokritem, zaščiteni pred padavinami. Največjo stopnjo korozije so zabeležili od meseca maja do septembra. I IN O) o <1 3 O) N 10 o,s 0,6 OA o.-----o no prostem ' 0-o zaščiteno pred dežjem / / i / t— \ \ \ / 1 1 \ V N / / / / / / \ ! / / / V / / Z / V t— \ \ V \ J r^_, / / \ 1 1 1958 Slika 2 Vpliv letnega časa na potek korozije na obalah Indijskega oceana pri mestu Anamalaj v letu 1958 Na podlagi vsega zgoraj navedenega je razvidno, da na atmosfersko korozijo vplivajo predvsem relativna vlaga, S02, C02 in v morskih atmosferah še prisotnost Cl-ionov ter soli. Tu moram še pripomniti, da deževnica ali druge tekoče vode niso nevarne in da celo odstranjujejo s površine razne reagente. Stoječa voda pa povzroča močno korozijo tudi če je to deževnica. Poznano je, da je cinkova prevleka sestavljena iz več plasti. Zgornja plast, ki ima debelino med 8—12 n, imenujemo tj plast. Ta plast je pri sveže pocinkanih predmetih in pri tistih, kjer površina prevleke še ni oksidirala, izredno gladka in zato zelo neprikladna za barvanje zaradi slabe oprijemljivosti. Da dosežemo boljšo oprijemljivost, moramo pustiti prevleko starati, to je oksidirati, da postane hrapava. Pri tem moramo seveda paziti, da ne pride do tvorbe belega prahu. To staranje traja ca. 2—6 mesecev, odvisno pač od vrste atmosfere. Hrapavo površino lahko naredimo tudi z rahlim peskanjem, vendar je ta način obdelave zelo redek. V kolikor je prevleka izpostavljena le podeželski atmosferi in delovanju deževnice, ni nujno, da površino prevleke prebarvamo. Nujno potrebno je barvanje tistih pocinkanih predmetov, ki so izpostavljeni industrijskim atmosferam, posebno tistih v bližini kemičnih tovarn. Pri izbiri barv v industrijskih predelih moramo le paziti, ali je prevleka podvržena kislim ali bazičnim reagentom. Posebno nevarna je atmosfera, ki je zasičena s hlapi H2S04. Olja: Zaščita cinkove prevleke z raznimi olji ni našla uporabne poti, niti kot zaščita pri vskladi-ščenju niti pri transportu. Včasih se ti premazi uporabljajo le kot zaščita pri prekomorskem transportu. ZAŠČITA CINKOVE PREVLEKE Za preventivno zaščito pred korozijo je bilo opravljenih že mnogo raziskav. Namen vseh teh pa je bil podaljšati življenjsko dobo cinkove prevleke, predvsem tiste, ki je izpostavljena močnim korozijskim vplivom. Kot zaščitna sredstva poznamo: a) barve b) olje c) kemične prevleke Skušal bom na kratko opisati posamezna zaščitna sredstva: Barve: Barve so najstarejša zaščitna sredstva. Poleg osnovnega namena, to je zaščite, jih uporabljamo tudi v dekorativne namene. Zaščitimo cinkovo prevleko, ki jo korozija še ni načela in tako, ki je že močno korodirana. Ne glede na namen, ki ga želimo doseči z barvno prevleko, mora biti en pogoj vedno izpolnjen, to je, da moramo doseči čim boljšo oprijemljivost barve na cinkovo osnovo. Kemične zaščite: Kakor sem ze navedel, cinkova prevleka ni dovolj obstojna v kondenzatu vode, v šibkih kislinah, bazah itd. Da bi njeno odpornost proti koroziji povečali, jo v zadnjem času vse bolj pogosto zaščitimo kemično. Poleg zelo dobre kemične odpornosti imajo te zaščite še to prednost, da jih lahko nanesemo na površino tik po pocinkanju, kar velja posebno za trakove, žico itd. Poznamo dve vrsti kemične zaščite, in sicer fosfatiranje, to je zaščita površine s potapljanjem ali z brizganjem, ter kromatizacija, kjer se vrši zaščita izključno s potapljanjem v posebno izdelanih raztopinah. Pred kemično zaščito je potrebna primerna predpriprava površine pocinkanih predmetov, ki sestoji iz razmaščevanja, temeljitega izpiranja in sušenja. Kot razmaščevalna sredstva se uporabljajo trikloretiren, bencin, razni detergenti itd., kot sredstvo za izpiranje pa topla ali mrzla voda ali blaga alkalna raztopina. Kakor sem že navedel, je kromatizacija kemični postopek zaščite cinkove površine, ki jo dosežemo z namakanjem v raztopinah, ki vsebuje kromove kisline. Cinkova prevleka, ki jo potopimo v take raztopine, se prevleče s plastjo kromovega hidroksida in bazičnega bikromata. Tvorba zaščitne plasti poteka takole: ko pride cinkova prevleka v dotik s kislo raztopino, pride do reakcije, pri kateri nastanejo cinkovi ioni in vodik po naslednji formuli: Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 (1) Pri tem se koncentracija vodikovih ionov v stični ploskvi tekočina — prevleka zmanjša. Kot posledica takega osiromašenja na H+ ionih začenja potekati po formuli 2 reakcija v desno, v smeri kromatizacije, tako da se ponovno začenja tvoriti vodik. Cr2072- + H20 = 2 Cr042— + 2 H + (2) Vodik, ki je nastal po formuli (1) se, kakor je razvidno v spodaj navedeni formuli, depolarizira, pri čemer se primarna reakcija pospeši. (3) Cr2072- + 3 H2 + H20 = 2 Cr(OH)3 + 2 OH- Zaščitna plast na cinkovi prevleki pa nastane, kakor je razvidno, iz naslednje formule (4) 2 Cr(OH)3 + CrCV- + 2 H+ = = Cr(OH)3.Cr(OH) . Cr04 + 2 H20 (4) Ta kromatna zaščitna plast [Cr(OH)3. Cr(OH) . . Cr04] pa je lahko brezbarvna, zelene ali rumene barve, kar dosežemo s primernimi dodatki, s spremembo pH ter delovnih pogojev. Priprava ter delo s temi raztopinami je zelo enostavna, tudi investicijski stroški so nizki. S pomočjo kromatizacije lahko zaščitimo vse cin-kove prevleke, ne glede na tehnologijo pocinkanja. Samo elektrolitsko nanesene prevleke niso najbolj primerne za tako zaščito zaradi izredno tanke debeline Zn plasti. Naslednja tabela prikazuje stopnjo korozijske obstojnosti čistega cinka ter toplo in elektrolitsko nanesene prevleke v odvisnosti od različnih načinov kromatizacije. Kakor je iz tabele I razvidno, Tabela št. 1 Čas do začetka korozije v urah c Obdelava N o* Neobdelana površina 1 1 1 Brezbarvna kromatizacija 100 70 70 Zelena kromatizacija 500 350 500 Rumena kromatizacija 250 170 300 Rumena kromatizacija izpiranje v NaOH 50 20 50 nam daje najvišjo odpornost proti koroziji prevleka, ki je bila obdelana v raztopini zelene kromatizacije. Preiskave korozije so se vršile v megli, 5 % vodne raztopine NaCl pri temp. 35° C (ASTM B 117-54 T). Navedene vrednosti niso absolutne vrednosti, ker je korozijska obstojnost močno odvisna od debeline varovalne plasti, to je od obdelovalnih pogojev. Po sleherni kromatizaciji je potrebno površino temeljito izprati in posušiti. Temperatura sušenja ne sme biti višja od 80° C, ker se v nasprotnem slučaju zmanjša korozijska obstojnost kromati-zirane prevleke. Brezbarvna kromatizacija — Brezbarvno kro-matizacijo imenujemo tudi pasivizacijo. Predmete potapljamo v raztopine, ki vsebujejo kromovo, žvepleno in solitrno kislino, oziroma v raztopine njihovih soli. pH teh raztopin je pod 1. Temperatura raztopin pri brezbarvni kromatizaciji niha med 15—30°C, čas potapljanja pa ca. 5—20 sek. Višja temperatura raztopine in daljši časi niso priporočljivi zaradi nevarnosti poškodb same prevleke. Pri potapljanju cinkovih predmetov v prej omenjene kisle raztopine pride do močne reakcije med cinkom in kislino. V 1 minuti se zmanjša debelina cinkove prevleke za ca. 5—6 [jl, kar odgovarja izgubam ca. 35—45 g/m2/min. Iz tega sledi, da mora biti čas potapljanja sorazmerno kratek, kar je posebno važno za elektrolitsko pocinkane predmete, ki imajo zelo tanko prevleko. Torej se v času potapljanja raztaplja le cink. Do izoblikovanja zaščitne plasti na cinkovi prevleki pa pride šele tedaj, ko predmete vzamemo iz raztopine. V tem trenutku začenja potekati reakcija med cinkom in raztopino, ki se je obdržala na površini. Pasivizirana plast, ki pri tem nastane, ni debelejša od 0.1—0.3 p, ter ima rahlo rumeno barvo zaradi kromovih spojin v zaščitni plasti. Ta rumeni odtenek pa odpravimo z izpiranjem v šibki alkalni raztopini, tako da ostane prevleka prozorna. Praktično lahko izvedemo to pasivizacijo na katerem koli pocinkanem predmetu. Poraba kemikalij znaša ca. 50 g/m2. Zaradi sorazmerno visokih stroškov proizvodnje se ta način pasivizacije ni uveljavil za masovno zaščito pocinkanih predmetov. Zelena kromatizacija — Prevleka, ki jo pri tem postopku dobimo, ima močno zeleno olivno barvo, zato ima poleg korozijske obstojnosti tudi dekorativni pomen. Raztopine, ki se za to uporabljajo, so podobno sestavljene kot raztopine za brezbarvno zaščito in vsebujejo poleg kromovih kislin, oziroma njihovih mineralnih soli še posebne dodatke organskih kislin, ki dajejo zaščitni prevleki omenjeno barvo. Raztopina je kisla, vrednost pH je približno 3. Iz tega sledi, da bodo pri namakanju izgube na teži prevleke mnogo manjše kot pri brezbarvni kromatizaciji. 1» M O) .2 > P. S" P O. £ g « sJš o C ft Cas potapljanja je zaradi tega lahko daljši in lahko doseže vrednosti nad 90 sek. Izgube na teži cinkove prevleke znašajo ca. 1 g/m2 na min. Debelina zaščitne plasti je odvisna od časa potapljanja in od obdelovalnih pogojev. Teža zaščitnega sloja se giblje med 2—7 g/m2 in je zaradi tega odpornost proti koroziji velika. Temperatura raztopine ne sme presegati vrednosti 30° C, tako kot pri brezbarvni kromatizaciji. Poraba kemikalij je pri zelenem kromatizira-nju nekoliko manjša od porabe pri brezbarvnem kromatiziranju in znaša ca. 25 g/m2. Ta poraba pa je previsoka za ceneno zaščito in se zato zeleno kromatizacijo za masovno ne uporablja. Rumena kromatizacija — Raztopine, ki se uporabljajo za rumeno kromatizacijo, imajo približno enako sestavo kot rastopine, ki se uporabljajo za brezbarvno kromatizacijo. Poleg kromove, žveplene in solitrne kisline vsebujejo še solno kislino ali soli teh kislin. Raztopina je sorazmerno kisla, saj znaša vrednost pH med 2—3.5. Zaradi navedenega je čas potapljanja lahko daljši. Izgube na teži pri tem potapljanju znašajo ca. 1 g/m2 na min. in so približno enake kot pri zelenem in neprimerno manjše kot pri brezbarvni kromatizaciji. Teža zaščitnega sloja se giblje med 0.3 do 3.5 g/m2, odvisno pač od koncentracije raztopine, od pH vrednosti in od časa obdelave. Višje bodo te vrednosti, večja bo debelina plasti. Odvisno od debeline se spreminja tudi barva prevleke od svetle pri tanjši prevleki do rjave barve pri debelejših zaščitnih plasteh. Ta prevleka ima poleg zaščitnega značaja tudi dekorativni pomen. Rumeno prevleko je mogoče narediti brezbarvno z namakanjem v raztopini NaOH. Poraba kemikalij je pri tem postopku sorazmerno nizka in znaša ca. 7 g/m2. Ta poraba pa lahko precej niha, odvisno od debeline zaščitne prevleke, ki jo želimo doseči. Rumena kromatizacija se od vseh najbolj uporablja in to predvsem za zaščito masovnih proizvodov, kot so pocinkani in hladno valjani trakovi itd. Fosfatna prevleka. Tako kot je mogoče fosfa-tirati čisto površino jeklenih predmetov, je mogoče fosfatirati tudi cinkovo prevleko. Poznamo dva različna postopka fosfatizacije in sicer: Fosfatiranje — pasivizacija. Pri tem postopku se vrši pasivizacija površine cinkove prevleke. V ta namen se uporabljajo kislo alkalno fosfatne raztopine z vrednostjo pH med 3.5—6.0. Zaščita poteka po naslednji enačbi: Zn + 2 H+ = 2 Zn2+ + H2 Ker so Zn ioni v teh šibkih fosfatnih raztopinah malotopni, se začenja izločevati terciarni Zn fosfat na metalno površino v obliki prevleke. Končna enačba je naslednja: 3 Zn -f 4 NaH2P04 = Zn3(P04)2 + 2 Na2HP04 + 3H, Debelina zaščitne fosfatne plasti [Zn3(P04)2] se nahaja med 0.1—0.5 p.. Nastala prevleka nima visoke korozijske obstojnosti in jo je potrebno zato naknadno obdelati v zelo razredčeni krom fosfatni kislini. To fosfatiranje služi najpogosteje le kot predpriprava za lakiranje, ker nam naredi prevleko hrapavo. Taka prevleka odlično drži lak na njeni površini. To fosfatiranje se vrši s potapljanjem ali brizganjem pri 40—70° C. Potreben čas potapljanja je sorazmerno dolg (1—4 min.), izgube na teži pa izredno majhne. Nizka je tudi poraba kemikalij ca. 0.5 g/m2. Fosfatiranje z nastankom prevleke — Ta postopek fosfatiranja, pri katerem nastane zaščitna-plast, se vrši v raztopini, ki v glavnem vsebuje primarni cinkov fosfat in prosto fosforno kislino. pH vrednost raztopine znaša 2.5—3.5. Fosfatna zaščitna plast nastane podobno kot pri fosfatiranju železa. Zn prevleka reagira s prosto fosforno kislino po enačbi Zn + 2 H+ = Zn2+ + H, Med luženjem nastopi v neposredni bližini kovinske površine znižanje koncentracije H ionov zaradi česar se premakne reakcija v desno k tvorbi H ionov. Cinkova prevleka reagira s fosforno kislino po enačbi 3 Zn2+ + 2 H2P04 = Zn3(P04)2 + 4 H+ Cinkov fosfat se izloči v obliki zelo finih trdih kristalov. Za pospešitev nastanka te fosfatne plasti Zn3(P04)2 dodamo raztopini oksidante, kot so NaN03, NaN02, NaC103. Debelina fosfatne plasti niha med 2—10 n in je odvisna od obdelovalnih pogojev in od sestave raztopine. Korozijska obstojnost tako nastale plasti je zelo dobra in najpogosteje služi kot osnova za lakiranje. Fosfatiranje se vrši pri temperaturi 40—70° C. Cas fosfatiranja se giblje med 0.5 do 3 min. Izgube na teži so sorazmerno nizke. Visoka pa je poraba kemikalij, ki znaša 20—30 g/m2 površine, to je znatno več kot pri pasivizaciji. Preiskave korozijske obstojnosti fosfatnih prevlek so bile izdelane v megli 5 % vodne raztopine NaCl pri temperaturi 35° C po ASTM normah B 117-54 T. Rezultati so razvidni v tabeli 2. Po končani fosfatizaciji je cinkovo prevleko potrebno izpirati v zelo razredčeni krom-fosfatni raztopini. Ce se ta fosfatna prevleka namerava dodatno še lakirati, je potrebno izpiranje v vodi, ki je prosta vseh soli. Soli namreč povzročajo mehurčavost laka. Po vsakem izpiranju je potrebno temeljito sušenje. Sušimo lahko s pihanjem zraka, najpogosteje pa v posebnih sušilnih pečeh. Tabela št. 2 PREISKAVE KROMATIZACIJE PLOČEVINE Čas do začetka korozije v urah Obdelava 98.5 % Zn toplo nanes. prevleka elektrolit, nanes. prevleka brez obdelave 1 1 1 pasivizacija 10 10 10 fosfatiranje z nastan- kom prevleke 20 50 50 Naprave za kemično zaščito — V novejšem času se v vse večji meri uporablja površinska zaščita vroče ali elektrolitsko pocinkane pločevine. Ta zaščita se izvede takoj po končanem pocinkanju. Proge za površinsko zaščito elektrolitsko pocinkanih trakov se nekoliko razlikujejo od naprav za zaščito toplo pocinkane pločevine. Kakor je iz slike 3 razvidno, je proga za kemično zaščito elektrolitsko pocinkanih trakov zelo enostavna in brez predhodne kopeli za razmaščevanje. Progo sestavljajo a) odvijalec b) kad s sredstvom za zaščito c) valji za ožemanje d) kad z izpiralnim sredstvom e) kad z izpiralnim sredstvom f) komora za sušenje g) navijalec ME V Železarni Jesenice smo pločevino odpremljali raznim kupcem v zaprtih kamionih in vagonih, vendar brez vsake druge zaščite. Pri pločevini, ki se je nezaščitena transportirala v skladih, smo ugotavljali pogostokrat več ali manj korodirano povrsmo. Do te korozije pa je prišlo le v slučajih, ko smo pločevino transportirali v času, ko je bila v zraku visoka relativna vlaga in velike temperaturne razlike med dnevi in nočmi. Vse zgoraj navedeno jasno govori, da je prišlo med transportom do tvorbe kondenzata vode na površini pocinkane površine in s tem do korozije. Površina je izgubila svoj kovinski sijaj in postala več ali manj mat barve. Nastal je na površini film cinkovega hidro- K - \ fliHIfe F*3? m - * 1 m Slika 5 Lepa sijajna kovinska prevleka Slika 3 Konti proga za kemično zaščito elektrolitsko pocinkanih trakov Proga za površinsko zaščito toplo valjane pločevine je razvidna na sliki 4. Pri tej progi je potrebna predhodna razmastitev površine, ostali deli so: a) vstopna odprtina b) čiščenje c) valji za ožemanje d) izpiranje e) sredstvo za kemično zaščito f) izpiranje g) izpiranje h) sušenje i) izstopna odprtina f ■ ■ "v'j " A mi Slika 4 Konti proga za kemično zaščito toplo pocinkane pločevine m Slika 6 Prevleka z rahlo pomodreno površino Slika 7 Močno korodirana prevleka ksida, ki je odseval rahlo modro. Ta hidroksid ni v ničemur prizadel korozijsko obstojnost cinkove prevleke, vendar je pločevina dobila s tem lepotno napako. Ta napaka je motila slehernega, ki se z njenim nastankom ni spoznal. Tako je nastal dvom o kvaliteti, oziroma korozijski obstojnosti cinkove prevleke. Nič niso pomagala pojasnila, da je korozijska obstojnost prevleke enaka kot pred pomodritvijo, da je taka površina celo boljša, ker je prikladna za takojšnjo prevleko z barvo ali s katerim koli drugim sredstvom. Za primerjavo navajam 3 posnetke Zn prevleke; in sicer na sliki 5 je razvidna lepa nekorodi-rana prevleka, na sliki 6 pomodreno, na sliki 7 pa močno korodirano prevleko z belim prahom. Zaradi tega problema smo morali napraviti preiskave, kako že nastalo pomodritev in beli prah odpraviti in kako pločevino zaščititi, da ne bi pomodrila, oziroma korodirala med transportom. Odstranjevanje modre površine in belega prahu Za odstranitev belega prahu poznamo več postopkov. V železarni Jesenice smo poskušali odpraviti to s potapljanjem prizadete površine v koncentrirani raztopini amon-klorida. Po potapljanju, ki je trajalo kratek čas, smo površino temeljito izprali v vodi in posušili. S to operacijo nam je sicer uspelo popolnoma odpraviti ves bel prah, vendar je ostala površina mat, skoraj sive barve. Odprava te sive površine je možna s potapljanjem v kromovi kislini,, vendar se s tem problemom nismo ukvarjali. Odprava belega prahu po omenjenem postopku se izplača le, če cinkova prevleka ni preveč korodirana, kajti v obratnem slučaju dobimo po odstranjevanju belega prahu porozno prevleko, ki ni več sposobna zaščititi površino železnih predmetov. Pomodritev površine pa smo odpravili po krajšem postopku. Vzorce smo ca. 60 sek. namakali v vodni raztopini 150 g/liter kromove kisline in 2 g/liter žveplene kisline, in to pri navadni temperaturi. Površino smo nato močno sprali in posušili. Tako obdelana prevleka je ponovno pridobila svoj lepi kovinski sijaj. Kromatizacija Od vseh načinov zaščite površine pocinkane pločevine se nam je zdela najbolj prikladna kromatizacija. Najprej smo vršili laboratorijske preiskave. Kot sredstvo za kromatizacijo smo vzeli natrijev bikromat. Raztopino za kromatizacijo smo izdelali v različnih koncentracijah od 1 g do 200 g Na2Cr207/l H20. Raztopino smo okisali s H,S04 do pH 4—6, to je (6—9 cm3 H2S04/1H20). To okisanje je nujno potrebno, ker se v obratnem slučaju natrijev bikromat pretvori v Na2Cr204, ki je sicer še rumene barve, vendar nima več zaščitnega značaja. Pocinkane vzorce smo namakali v 5—30 sek. v omenjeni raztopini. Preiskave zaščite prevleke smo najprej začeli v raztopinah z visoko koncentracijo natrijevega bikromata. Pri tem smo ugotovili, da površina prevleke izredno močno reagira z raztopino, tako da postane v nekaj trenutkih prevleka močno rumene barve. Korozijska obstojnost tako pridobljene zaščite je bila sicer odlična, vendar za naše potrebe nesprejemljiva, ker je dobila površina pocinkane pločevine drug videz. To rumeno površino smo skušali odpraviti z namakanjem še mokre prevleke v alkalni raztopini 40 g NaOH/liter vode. Pri tem nam je sicer uspelo v glavnem odpraviti rumeno barvo, vendar so še ostali rumeni odtenki. Tudi s povečano vsebnostjo NaOH v vodi nismo prišli do zaželenega uspeha. Te raziskave v vodni raztopini z visoko koncentracijo natrijevega bikromata smo opustili, ker smo želeli kljub zaščiti imeti, oziroma obdržati kovinsko sijajno površino. Preiskave so nam pokazale, da se gostota rumene barvne prevleke vedno bolj zmanjšuje, čimbolj znižamo koncentracijo natrijevega bikromata v raztopini. Pri raztopini 10 g natrijevega bikromata je bila nastala prevleka komaj še vidna, in se je pri preiskavi odpornosti proti kondenzatu vode dobro obnesla. Najugodnejše rezultate smo dosegli pri okisani raztopini 3—5 g Na2Cr207/liter vode. Površina prevleke je obdržala kovinsko sijajno barvo tudi po daljšem potapljanju. Po končani pasivizaciji smo pločevino temeljito izprali in posušili. Na neizpra-ni površini smo ugotovili, da ostanejo na mestih posušenih kapljic rumeno oranžni madeži. Enake preiskave, ki smo jih zgoraj opisali, smo izdelali, tudi v industrijskem merilu in dosegli enake rezultate. Pločevino smo zaradi tehnoloških zahtev morali držati v kisli raztopini 3—5 g Na2Cr207/l vode celo 20 min. Nato smo jo izprali v vodi in posušili v tunelski sušilni peči. Pločevina je imela pri izstopu peči ca. 70° C. Videz tako obdelane pločevine je bil normalen, brez madežev natrijevega bikromata. Na kromatiziranih vzorcih smo preizkusili njihovo korozijsko obstojnost proti vodnemu kondenzatu. Preiskave smo izvršili na naslednji način: Vzorce pločevine smo položili nad vodo, ki je bila segreta nad 40° C. Hlapi, ki so se pri tem tvorili, so se kondenzirali na površini pločevine. Po pre- teku ene minute smo vzorce odstranili in vodni kondenzat posušili na mirujočem zraku. Postopek smo ponovili tolikokrat, dokler se niso na površini pokazali prvi znaki korozije. Vse preiskave smo vršili v paralelkah. Da bi bili rezultati čimbolj verodostojni, smo izpostavili koroziji kondenzata istočasno vzorce z kromatizirano površino in vzorce, ki niso bili kromatizirani. Pri teh preiskavah smo ugotovili, da je cinkova prevleka, ki ni bila kromatizirana, pokazala prve znake korozije že po prvem orosenju. Pri vzorcih, katerih površina je bila kromatizirana, pa smo ugotovili močno povečano korozijsko obstojnost. Ta je naraščala s koncentracijo natrijevega bikro-mata v vodni raztopini. Pri namakanju v raztopini 3—5 g natrijevega bikromata smo ugotovili, da je odpornost prevleke 3—4x večja od prevleke, ki ni bila kromatizirana. Slika 8 nam prikazuje 2 vzorca pocinkane pločevine, ki sta bila podvržena 4-kratnemu rosenju. Svetla mesta so korodirana. Spodnji vzorec je bil kromatiziran, zgornji ne. Slika 8 Korozija na kromatizirani in nekromatizirani prevleki Iz navedenih rezultatov je razvidno, da kro-matizacija v zgoraj navedeni raztopini popolnoma zadostuje za zaščito pločevine med transportom tudi pri najbolj neugodnih vremenskih pogojih. Korozija različnih Zn prevlek Poznano je dejstvo, da na korozijsko obstojnost cinkove prevleke močno vplivajo nečistoče v obliki elementov, ki jih te prevleke vsebujejo. To so v prvi vrsti svinec, kositer, kadmij itd. Cinkova prevleka pa pogostokrat vsebuje večjo količino teh elementov. Prav zaradi tega dejstva smo želeli ugotoviti, kako ti elementi, vzeti v celoti, vplivajo na korozijsko obstojnost. Pristopili smo zato k preiskavam obstojnosti v kondenzatu vode za kvalitete prevlek z 98.5 % Zn, 99.0 % Zn in 99.5 % Zn in 99.7 °/o Zn. Vpliva drugih faktorjev nismo zasledovali. Vse štiri prevleke smo izdelali na vroč način s potapljanjem. Vsi ostali pogoji, kot so temperatura, kopeli, hitrost izvlačenja itd. so bili za vse štiri kvalitete enaki. Preiskave korozijske obstojnosti v kondenzatu smo izvedli pod popolnoma enakimi pogoji kot že prej opisane preiskave za kromatizirano prevleko pločevine. Rezultati, ki smo jih pri tem dosegli, so pokazali, da obstaja občutna razlika v korozijski obstojnosti med posameznimi kvalitetami. Razlika je bila najbolj izrazita med kvaliteto prevleke 98.5 % in 99.7 % Zn. Korozijska obstojnost je naraščala z naraščajočo čistočo cinka. Kvaliteta 98.5 °/o Zn je že po enkratnem orosenju pokazala prve znake korozije, kvaliteta 99.7 % Zn pa po drugem orosenju. TRANSPORT IN VSKLADIŠČENJE Pri transportu in vskladiščenju nam pocinkani predmeti ne smejo korodirati niti zaradi vlage niti zaradi drugih korodirajočih plinov. Tam, kjer se ne izvajajo zaščite, ki je opisana v članku, je potrebno pri odpremi upoštevati naslednje: Vskladiščenje 1. Pocinkani predmeti se morajo vskladiščiti v suhih in dobro prezračenih prostorih. 2. Pocinkani predmeti se morajo skladiščiti daleč od Iužilnice in pocinkovalnice, ker so ti obrati močno nasičeni s kislinskimi hlapi. 3. V sklade je treba vskladiščiti le popolnoma hladno pocinkane predmete. 4. Prepovedano je skladiščenje pocinkanih predmetov, na katerih površinah se nahajajo še ostanki fluxa (nepocinkana mesta). Ta fluks je močno hidroskopski in izredno pospešuje korozijo. 5. V slučaju, da je cinkova prevleka mokra, jo moramo pred skladiščenjem temeljito posušiti. Transport Pri transportu je priporočljivo upoštevati naslednje: 1. Pocinkane predmete, posebno pločevine ne smemo odpremljati v deževnih dneh, čeprav so zaščiteni pred vodo. \ Pocinkane predmete, posebno sklade pločevine je dobro odpremiti le, če je relativna vlaga manjša od 60 %. 3. V kolikor se odprema mora izvršiti v slabem, neodgovarjajočem vremenu, se mora material zaščititi z embalažo. 4. Prevoz pocinkanih predmetov se mora vršiti vedno v zaprtih kamionih ali vagonih. Literatura R. Souske: La Galvanisation a chaud. Izdaja Dunod 1963 — Pariš H. Hansen: Bander-Bleche-Rohre 1962, zv. 6, str. 269 Hot Dip Galvanizing — Izdaja Pergamon Press — junij 1967, London E. Varady — La Metallurgia Italiana 1968 — zv. 6, str. 557 G. Schikorr — Werkstoffe und Korrosion — 1964, zv. 7, stran 537 ZUSAMMENFASSUNG Mit Zink und dessen Legierungen werden die unzahli-gen Artikel aus Stahl iiberzogen um sie vor der Korrosion zu schiitzen. Dabei ist es aber notwendig zu wissen, dass der Zinkiiberzug unter gewissen Umstanden mehr oder vveniger starker Korrosion vor allem der atmospharischen Korrosion unterworfen ist. Diese Korrosion ist besonders stark in der Industrieatmosphare am Meer und in der Atmosphare mit einer hohen relativen Feuchtigkeit. Im Artikel vverden neben der theoretischen Beschrei-bung der Korrosionsentstehung, der Korrosionsbestim-mung in verschiedenen Atmospharen u. s. w. auch die Art der Beschiitzung des Zinkiiberzuges die laboratorischen Versuchsergebnisse mit der Chromatierung, und die Art der Abscheidung der Korrosionsprodukte behandelt. Es sind zum Schluss auch noch einige Hinweise fiir die Beschiitzung der verzinkten Artikel beim Lagern und Transport angegeben. SUMMARY Zine and its alloys are used for coating various steel products with intention to protect them against corrosion. But it must be stressed that also zine coating is liable to stronger or vveaker corrosion under certain conditions, especially to atmospheric corrosion. This corrosion is especially strong in industrial atmospheres, at the seaside, and in the atmospheres with high relative air humiditv The paper deseribes the theoretical origin of corrosion, the determination of the corrosion resistance in various atmospheres, the methods to protect zine coatings, the results obtained by chromatography in the laboratory scale, and the ways of removing the product of corrosion. At the end short instructions are given how to protect zine coated products when stored or transported. 3AKAIOMEHHE c uhhkom H ero cn\asaMK noicpuBaioT 6oAMiioe koaumcctbo H3ACAHH H3 CiaAH MTOGhl npCAOXpOHHTb HX OT K0pp03HH. H O HaAO npuHSTb bo BHHMaHHe, hto HaAeT iIUHKa caM no ce6e npH onpeAe-AeHHbix ycAOBnax, 6oAee hah MeHee, noABepraercH chalhoh Koppo-3HH, ocoGeimo aTMOccJjepHOH. 3Ta Koppo3HH BbipaaceHa b nepnofi OMepeAH b HHAycTpHHCKHX ueHTpax, Ha no6cpc>Kbii MOpa H B aTMO" C<|)epe C OTHOCHTeAbHO BbICOKHM COAepJKailHCM BAani B B03Ayxe. KpoMe ocMOTpa h onHcaHHa TeoperUMeCKoft etopoHH 05pa30BaHii» K0PP03HH, OnpeAeAeHHH HHKAHHaUHH K K0pp03HH, paCCMOTpeilbl cnocoGi.l npeAOxpaHCHHfl HaAeTOB H3 UHHKa, pe3yAbTaTbi noAyieHHbie xpMopoBanneM b AauoparopnoM Macnrraoe h, iiaKOHcu yCTPaHeHHe npOAYKTOB K0PP03HH. B KOHIje CTaTbS KpaTKO npHBeAeHbl HeCKOAbKO cBeAeHHil KaKHM 06pa30M npeAoxpaHHTb oitHHKOBaiibie npeAMeTu BO BpCMH TpaHCnopTa H npH yKAaAblBaHHH. Kristal v ravenskem naselju — FORMA VIVA (foto Exportprojekt) Jože Rodič, dipl. inž. met. Železarna Ravne DK: 65.012.2 ASM-SLA: A 9g, A 9n Metoc/e mrežnega planiranja Avtor opisuje v članku pomen metod mrežnega planiranja pri programiranju, vodenju in kontroli različnih nalog. Posebej obravnava osnove PERT metode z opisom uporabljanih pojmov, izračunavanja časov, ugotavljanja kritične poti, izdelave terminskega plana itd. Članek predstavlja z opisom metode osnovo za serijo nadaljnjih člankov, ki bodo opisovali uporabo PERT metode pri vodenju laboratorijskega dela in raziskovalnih nalog v železarni Ravne. 1. UVOD IN SPLOŠEN POMEN METOD MREŽNEGA PLANIRANJA Izkoriščanje delovne sile in proizvodnih sredstev izgleda ponekod že na skrajni meji možnosti. Razvoj tehnike je silovit. Rezerve za izboljšanje produktivnosti v širšem merilu je težko iskati le v neposredni proizvodnji — ali neposredno v delu, ampak predvsem v pripravi in organizaciji proizvodnje ali kakršnega koli dela. Potrebne so moderne metode planiranja in vodenja, ki omogočajo boljše izkoriščanje proizvodnih sredstev, usklajeno in predvsem terminsko garantirano proizvodnjo. Tako kot pri vodenju in pripravi proizvodnje imajo posegi za izboljšanje organizacije z ustreznimi specialnimi metodami ogromen pomen tudi na področju investicijske gradnje, vzdrževalnih del, raziskav in dolgoročnejšega razvoja. Večino teh metod je prinesel razvoj zadnjih dveh desetletij. Vsaka od njih je usmerjena na reševanje čisto določenih problemov. Naj samo omenimo le nekaj najvažnejših po področjih uporabnosti5: — določanje terminov in stopnje verjetnosti pri časovnem planiranju: PERT/TIME (Program Evaluation and Review Technique), — razpored, planiranje in kontrola stroškov: CPM (Critical Path Method), LESS (Least Cost Estimating and Scheduling), PERT/COST. — planiranje in kontrola kapacitet: Manpovver Scheduling, Manpovver Smoothing, RAMPS (Resource Allocation and Multiproject Scheduling). Popolnoma razumljivo je, da časa, stroškov in kapacitet med seboj ne moremo strogo ločiti, zato je v nadaljnjem razvoju prišlo do modifikacij originalnih metod in do medsebojnega povezovanja omenjenih področij. Osnovni cilji teh organizacijskih metod so v ugotavljanju najkrajšega časa in najmanjših stroškov z upoštevanjem kapacitet in delovnih zmogljivosti za izvedbo določenega projekta (v širšem pomenu besede), ali pa planiranje naloge na točno določen termin. V taki obliki so te metode osnovno orodje v rokah organizacijskega vodstva pri poslovnih ekonomsko tehničnih odločitvah. Tako nalogo ali projekt planiramo z upoštevanjem objektivnih možnosti, obenem pa dobimo vso potrebno dokumentacijo za kontrolo nad potekom naloge in opozorila za potrebno ukrepanje ob pravem času. V nadaljnjem se bomo omejili na probleme časovnega planiranja in izvajanja nalog. Ena izmed metod, ki omogoča delno rešitev teh problemov, je zelo poznana metoda Ganttovih diagramov, ki pa ima to pomanjkljivost, da ne more prikazati medsebojne povezanosti različnih ciljev (npr. če je za en proizvod potrebno več delov z večjim številom operacij, se na gantto-gramu ne vidi, kdaj je potrebno pristopiti k izdelavi posameznega sestavnega dela, da bi bil končni proizvod narejen v čim krajšem času). Za rešitev postavljene naloge je potrebno odrediti roke vsem fazam in podfazam dela vključno z roki izvršitve, stroški in ostalimi proizvodnimi komponentami. Rešitev tega problema je podana bolje z metodo PERT, ki je bila izdelana v letih 1957 do 1958 v ameriški mornarici pri planiranju proizvodnje rakete polaris. PERT je angleška kratica za Program Evaluation Review Technique, kar v prevodu pomeni Tehnika ocenjevanja programa. PERT se je hitro prenesel na industrijska tla in danes se v ZDA projekti sploh ne odobravajo, če niso obdelani po tej metodi. Za PERT lahko trdimo, da je orožje vodilnega kadra pri definiranju in sestavljanju dogodkov, ki se morajo izvesti v odrejenem času. PERT bo torej osvetlil problem rokov, lahko pokaže tudi alternative, toda vodstveni delavci se morajo odločiti za izbiro poti z namenom, da se določeni cilj doseže v želenem času. Zelo podobna je metoda CPM, zato bomo šele kasneje, ko bomo nekoliko podrobneje spoznali PERT, opozorili na nekaj značilnosti CPM metode. 2. OPIS PERT METODE 2.1 — Mrežni diagram Pri PERT metodi je najvažnejše, da si izdelamo pregledni spisek vseh dejavnosti od začetka do konca nekega projekta ali naloge, nato pa jih pre- gledno in pravilno prikažemo z mrežnim diagramom. Elementi mrežnega diagrama so dogodki in dejavnosti, ki jih v diagramu prikažemo z upoštevanjem medsebojnih odvisnosti in logičnega zaporedja. Poglejmo, kako nastane mrežni diagram: Iz slike 1 se vidi, da obstajajo trije cilji, ki so s planom predvideni, in da je za njihovo izvršitev potreben določen, odrejen čas. TEDNI CILJI 1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 12 13 K 15 A (T) B ■a - * P C CFi Slika 1 Časovni plan za 7 dogodkov Obenem je na si. 1 prikazana odvisnost dogodkov s puščicami. Vsak krog označuje mesto nekega dogodka, medtem ko puščica označuje, kje se neko delo začne in kje konča, oziroma kje se dogodek mora izvršiti pred nekim drugim dogodkom. Če sedaj izpustimo koordinatni sistem časa, dobimo PERT mrežo, kakršna je prikazana na sliki 2. 7)_____ Slika 2 Primer PERT mreže za 7 dogodkov Seveda PERT vključuje v sebi čas, toda sistem je izveden na ta način, da nam časovna os ni potrebna, pač pa je to regulirano na drug način, kar bomo videli kasneje. Vsak dogodek v PERT mreži je prikazan s krogom in se mora zgoditi v odrejenem času. Dva sosednja dogodka sta povezana s puščico, ki predstavlja dejavnost, omejeno z začetnim in končnim dogodkom (si. 3). dogodek Slika 3 Povezave dogodkov in dejavnosti Dejavnost je v PERT metodi vse, kar zahteva določen čas in sredstva za izvršitev, kot npr. pripravljanje programa neke naloge, izvrševanje naloge, nabava materiala, vodenje razgovorov, sklepanje pogodb in podobno. PERT dogodek se dogodi ali pa je planiran, da se bo dogodil v odrejenem času in zaradi tega nima časovnega trajanja. Tak dogodek je npr. začetek dela na enem proizvodu, konec pogovorov itd. Tak dogodek dobi svojo številko, dejavnost pa dobi oznako začetnega in končnega dogodka. Npr. dejavnost 3—5 označuje, da se puščica te dejavnosti prične pri dogodku 3 in konča pri dogodku 5, kar je obenem začetni in končni dogodek dejavnosti. Vsak dogodek v PERT mreži je lahko začetni za več dejavnosti, ne samo za eno, in analogno temu je lahko tudi končni dogodek za več dejavnosti. Dogodek, pri katerem se mreža prične, imenujemo začetni dogodek mreže, medtem ko se ta, pri katerem se mreža končuje, imenuje končni dogodek mreže. Lahko pa se dogodi, da ima mreža več končnih dogodkov. Snop dejavnosti v PERT mreži tvori pot, ki se začne pri začetnem dogodku mreže in vodi do katerega koli dogodka v mreži. Na sliki 4 so za primer prikazane tri različne poti s črtkanimi linijami z oznako 1, 2 in 3. Slika 4 Poti od začetnega do končnega dogodka Zelo važno je, da si zapomnimo, da ne more in ne sme obstajati nobena pot, ki bi privedla nazaj do enega izmed prejšnjih dogodkov. Da bi se izognili napakam, moramo brezpogojno izpolniti štiri osnovna pravila PERT tehnike: 1. v PERT mreži morajo biti prikazani vsi potrebni dogodki in vse dejavnosti; 2. niti ena dejavnost se ne more začeti, dokler se ni zgodil njen začetni dogodek; 3. niti en dogodek se ne more zgoditi, dokler niso dovršene vse dejavnosti, ki vodijo k njemu; 4. vsak dogodek se lahko zgodi samo enkrat. V PERT mreži mnogo dejavnosti poteka v istem času. To so simultane dejavnosti, ki so med seboj neodvisne in ne vplivajo druga na drugo v času izvrševanja. Prav tako dejavnosti, ki so povezane v seriji preko enega in istega dogodka, ne vplivajo na trajanje dejavnosti. Ko smo omenili, da dejavnost v PERT mreži pomeni vse, kar zahteva določen čas in sredstva za izvršitev, moramo pripomniti, da včasih prikazujemo tudi tako imenovane navidezne dejavnosti. Za navidezno dejavnost ni potreben čas, moramo pa jo prikazati, če v mreži med dvema dogodkoma potekata dve dejavnosti, ki ju moramo posebej obravnavati in za kateri moramo prikazati dve poti. Poglejmo tak primer na sliki 5: a) NEPRAVILNO b) PRAVILNO Slika 5 Navidezna dejavnost Med dogodkoma 0 in 1 moramo opraviti dve različni dejavnosti A in B. Če bi prikazali ti dve dejavnosti tako, kakor kaže slika 5 a, potem poti A in B ne bi bili določeni in tudi izračun časov ne bi bil pravilen. Zato moramo v takem primeru narisati mrežo tako, kakor prikazuje slika 5 b. V tem primeru je dejavnost med dogodkoma 1 in 2 le navidezna in zanjo ne potrebujemo nobenega časa, jasno pa kaže, da dogodek 2 ne more nastopiti, oz. da se dejavnost C ne more začeti, preden nista izvršeni obe dejavnosti A in B. Primer PERT mreže z 20 dogodki je prikazan na sliki 6 samo za ilustracijo, za razumevanje vseh oznak pa potrebujemo še razlago naslednjih točk tega poglavja. Slika 6 PERT mreža za projekt z 20 dogodki Pri dobrem planiranju moramo paziti tudi na preglednost mrež. Zelo veliki projekti bi s prikazovanjem vseh podrobnosti v PERT mreži postali tako nepregledni, da bi bile mreže za kontrolo poteka praktično neuporabne. Zato se tudi pri PERT sistemu poslužujemo delitve na grobo in fino planiranje. V grobem planiranju prikažemo kot okvirni plan PERT mrežo z glavnimi fazami projekta. Vsaka faza, ki je prikazana kot dejavnost med začetnim in končnim dogodkom te faze, je lahko pri finem planiranju prikazana s posebno PERT mre- žo, ki obranava podrobnejše dejavnosti. Začetni in končni dogodek te celotne mreže prikazujeta začetni in končni dogodek pripadajoče dejavnosti v glavnem planu oziroma eno od glavnih faz celotnega projekta. 2.2 — Določevanje časov v PERT mreži Ko so vse dejavnosti in vsi dogodki vneseni v mrežo, je potrebno odrediti trajanja posameznih dejavnosti in čase posameznih dogodkov. Pri planiranju po PERT sistemu uporabljamo kot enoto trajanja največkrat 1 teden in računamo z deli tedna, kar pa ni obvezno in je prav tako uporabna včasih pa prikladnejša enota tudi dan, izmena in podobno. Pri določenih delih je včasih zelo težko odrediti točen čas trajanja posamezne faze dela, in to iz različnih razlogov: izdelava proizvodov, ki so prvič v proizvodnem programu, sprememba dimenzij, menjanje tehnologije, nesigurnost normativov itd. V PERT sistemu je ta problem rešen na ta način, da se za vsako dejavnost odredijo trije časi trajanja, in to: a) najverjetnejši čas, označen s črko m, b) optimistični čas, označen s črko a, c) pesimistični čas, označen s črko b. Najverjetnejši čas predstavlja časovno trajanje neke dejavnosti, ki je v praksi najverjetnejše. Optimistični čas predstavlja najkrajše trajanje neke dejavnosti, ki se v praksi lahko doseže v izredno ugodnih okolnostih in kjer ne bi računali s kakšnimi težavami v proizvodnji. Pesimistični čas predstavlja najdaljše trajanje, neke dejavnosti, ki poteka pod izredno neugodnimi okolnostmi in je verjetnost takšnega dogodka 1 odstotek. Seveda pri tem ni mišljeno, da se upoštevajo elementarne nesreče, temveč so mišljene razne nevsečnosti okoli procesa, dela, napake v materialu, netočni načrti glede na to, da se prvič dela določen proizvod, lom ali kvar strojev itd. Časi a, m in b predstavljajo le ocenitev časov dejavnosti, s pomočjo katerih določimo pričakovani čas dejavnosti te, katerega potem uporabljamo pri izračunih rokov v PERT mreži. Pričakovani čas določimo z upoštevanjem porazdelitve verjetnosti takole: a + 4m + b Pomen vseh do sedaj omenjenih časov bi si lahko na osnovi znanih statističnih porazdelitev predstavljali po shemi na sliki 7, pri čemer je te Slika 7 Ocene časov a, m, b, t« tisti čas, pri katerem je verjetnost, da bo čas dogodka krajši, enaka vrejetnosti, da bo čas dogodka daljši (Verjetnost 50 % : 50 %.) V primeru normalne porazdelitve verjetnosti sta čas m in te enaka. Vzemimo za primer, da smo po različnih informacijah za dejavnost 3—4 na sliki 4 ugotovili optimistični čas a = 5,1 tedna, najverjetnejši čas m = 8,7 tedna, pesimistični čas b = 17,0 tedna. Pričakovani čas te je torej: t, = a -f 4m + b 5,1 + 4 x 8,7 + 17,0 = 9,48 tedna. Te podatke lahko vpišemo k dejavnosti v PERT mrežo, kakor kaže slika 8. 5,7 - 8,7 - 17,0