Posouváme hranice materiálového výzkumu

V laboratořích Centra výzkumu Řež (CVŘ) dlouhodobě rozvíjíme špičkový materiálový výzkum zaměřený na zvyšování bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti konstrukčních materiálů pro náročné průmyslové aplikace. Díky infrastruktuře CICRR – Czech International Centre of Research Reactors nabízíme naši výzkumnou infrastrukturu v režimu Open Access, což umožňuje její využití domácím i zahraničním výzkumným organizacím, univerzitám a průmyslovým partnerům.

Více o infrastruktuře CICRR

Jedním z aktuálních příkladů takové spolupráce je kooperativní projekt realizovaný ve spolupráci s výzkumným centrem HiLASE, zaměřený na studium vlivu pokročilé povrchové úpravy Laser Shock Peening (LSP) na vybrané ocelové materiály.

Výzkum se soustředí na austenitickou korozivzdornou ocel 316L a martenzitickou ocel M300, které patří mezi perspektivní materiály pro aplikace vystavené vysokému mechanickému namáhání, extrémním provozním podmínkám a výskytu vodíku.

Hlavním cílem projektu je zvýšení odolnosti těchto materiálů vůči vodíkovému zkřehnutí; jevu, který může zásadně negativně ovlivnit jejich mechanickou spolehlivost, zejména v energetice, dopravě, chemickém průmyslu nebo při vývoji vodíkových technologií.

Materiál je zkoumán pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) v kombinaci s EBSD analýzou (Electron Backscatter Diffraction – difrakce zpětně rozptýlených elektronů). Tyto metody umožňují detailní sledování změn mikrostruktury v důsledku LSP, zejména v oblasti povrchové vrstvy a přechodu do objemu materiálu.

Na obrázku níže je zachycen průběh hodnoty KAM (Kernel Average Misorientation) a zobrazení struktury povrchu pomocí mapy GOS (Grain Orientation Spread):

• KAM vyjadřuje lokální rozdíly v orientaci mezi jednotlivými měřenými body. V případě povrchu ošetřeného LSP je patrný gradientní pokles hodnot KAM směrem od povrchu do hloubky materiálu. To odráží vysokou hustotu dislokací a zvýšené zbytkové napětí v povrchové vrstvě, které se s rostoucí hloubkou postupně snižuje.
• GOS popisuje rozptyl orientací uvnitř jednotlivých zrn. Mapa ukazuje, že zrna v blízkosti povrchu vykazují vyšší míru vnitřní misorientace než zrna ve větší hloubce, což opět potvrzuje výrazný vliv LSP na povrchovou vrstvu materiálu.

Zvýšené povrchové napětí a vyšší dislokační hustota mají potenciál omezovat difuzi vodíku do materiálu, čímž dochází ke snížení rizika vodíkového zkřehnutí. Tyto poznatky představují důležitý krok k:

• prodloužení životnosti konstrukčních částí,
• zvýšení jejich provozní bezpečnosti,
• vývoji materiálů vhodných pro budoucí energetické a průmyslové aplikace.

Výsledky vzniklé v rámci této spolupráce tak potvrzují význam otevřené výzkumné infrastruktury CVŘ a projektu CICRR jako platformy pro propojení výzkumu s aplikovaným vývojem a průmyslovou praxí.