1 ROOSTERS-AFKOELDIAGRAMMEN-STRUKTUREN.ppt ... Harry Schrijen/1 ROOSTERS... · Defecten in kristal...

H.Schrijen 1

H. Schrijen – CCM, 1Harry. Schrijen

Hary Shrijen LZL - 2010

Metaalkundein de

Lastechniek

Lasgroep Zuid Limburg

Schrijen-Consultancy

Metaalkunde en Lastechniek

Lasgroep Zuid Limburg



Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy



Root Cause of DisastersLoss Prevention Bulletin

Design + Fabrication 40 %

Operation + Maintenance 30 %

Up set conditions 20 %

Material 5 %

Other ……


Harry Schrijen Schrijen-Consultancy

Hoofdoorzaak Calamiteiten (40 %)

Slechte fabricage en ontwerp

Gebrek aan Kennis Niet afvragen wat kan er mis gaan

Te weinig uitwisselen informatie Niet leren van geschiedenis

Pensionering gekwalificeerd personeel Verwaarlozing expertise

Te snel simplificeren


Technisch Gedrag

H.Schrijen 2



Alexander Kielland

Fatigue crack growth from weld defects

Poor welding procedures



BP Forties platform: Weld defects Lamellar tearing





H.Schrijen 3



High Pressure Piping 150 Bar – 600 °C

Wrong Heat Treatment



Poor Welding Procedures and Heat Treatments

Hydro Testing

Ruptured at 50% Pressure Test



Dood en Lasmetaal

Lasmetaal te bros waardoor instorten gebouwen bij aardbeving.

Eind 1994 elektrode in de ban in USA.

.




USS Nimitz, 1 out of 100 welds passed the inspection

USS Abraham Lincoln, the team found that only 2 out of approximately 100 welds passed inspection


Bad Welds likely sent you to the ocean floor.

H.Schrijen 4



SS Jeremiah O'Brien

Scheuren door slechte procedures

en onervaren lassers




Gebrek lastechniek en daardoor scheuren overgang stuur – frame.

261 Incidenten geweest waarvan 16 ongelukken met gebroken armen enz.

246.000 stuks terug naar fabriek.

Scooters




School Bussen

69 van de 300 bussen gescheurde lassen.




Union Oil Amine Absorber Tower Lemont USA

Waterstof uit elektrode. (Koudscheuren)

17 Doden en 100 miljoen schade


H.Schrijen 5



John Thompson drukvat

Brosse breuk tijdens afpersen agv. Koudscheuren en slechte

warmtebehandeling.



Harry SchrijenSchrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy

Koudscheur in stoomdrum

H. SHcharrirye


Metaal Roosters

Schrijen-Consultancy j Schrijen-Consultancy

Metaalbindingen : binding van metaalionen door vrij bewegende elektronen

Vrije elektronen zorgen voor de cohesiekrachten

• Sterke binding in alle richtingen.

• Regelmatige bolstapeling

• Geleid goed elektriciteit

• Geleid goed warmte

Metalen kunnen goed stroom geleiden door de aanwezigheid

van de vrij bewegende elektronen in het metaalrooster


H.Schrijen 6

Hary Schrijen Schrijen-Consultancy

W, Co , αααα-Fe , Cr , Mo Sterk en “Bros”

Transitietemperatuur

KRG = Kubisch Ruimtelijk Gecenterd

BCC = Body Centered Cube = BCC

• 4 glijvlakken

• 8 afschuifmogelijkheden = redelijk goed vervormbaar

• 9 atomen

Schrijen-Consultancy Harry chrijen Schrijen-Consultancy

Cu , Ag , Au , Ni , Al , Pb , γγγγ - Fe Sterk en Taai

KVG = Kubisch vlakken Gecenterd

FCC = Face Centered Cube = BCC

• 4 glijvlakken

• 12 afschuifmogelijkheden = zeer goed vervormbaar

• 14 atomen


Geen Transitietemperatuur



Be, Mg, Zn, Cd, αααα-Ti

HDS = Hexagonale Dichte Stapeling

HCP = Hexagonal Closed Packed

• 1 glijvlakken

• 3 afschuifmogelijkheden = slecht vervormbaar




Toepassingen

Hoge Temperatuur

Lage Temperatuur

Ambient

KVG = FCC

KRG = BCC

KVG = FCC


KRG = BCC

H.Schrijen 7



1200 °C

- 250 °C

Carbon Steel

Cr Ni-staal

Algemeen

600 ºC

20 ºC

- 50 ºC

- 20 ºC


Fijne korrel

+ Nikkel

C-Staal


v

v

Cr Ni – Super legeringen

+ Mo, Cr, V, W, Ni



Rooster fouten




Plastisch (blijvende verlenging)

ττττ

Elastisch (veert terug)

Deformatie van metalen Uitwendige spanning vervorming




Afschuiven Roostervlak :

Zeer hoge schuifkrachten nodig : ca. 12500 – 13000 N / mm2

sliplijnen

G / 2 π

G / 2 π

G / 2 π


EG =

ט +1 ) 2 )

H.Schrijen 8



Rooster- Fouten

1 cm3 : 10 6- 10 8 cm defecten

Dislocaties

Defecten in kristal

Dislocaties zijn het vehicle voor plastische deformatie

Rand – Schroef etc.




Gevolgen plastische deformatie:

• ontstaan nieuwe dislocaties

• deformatie wordt moeilijker Versteviging

• meer kracht nodig

Rooster- Fouten




σ

Theorie : E / 10

Verplaatsing

Dankzij dislocaties is spanning om te vervormen kleiner dan de theoretische sterkte !!

Analogie tussen rups en dislocatie beweging




Algemeen

Beweging van dislocaties hinderen, geeft hogere sterkte.

Hinderen door :

• vreemde atomen in vaste oplossing

• precipitaten - uitscheidingen

• andere dislocaties

• korrelgrenzen


H.Schrijen 9



Koolstof staal : Ongekalmeerd

vrij N

Veroudering


Harry SchrijenSchrijen-Consultancy

Dislocaties en atomen worden “vastgepind”

Resultaat : Verbrossing




N - Veroudering

Boiler - 1950Materiaal HITemp. 150 ºC

Al : 5 ppmAl : 25 ppm Al : 25 ppm

Taai TaaiBros

KSW proefstaafWHB - AFA



Microstructuren en Lassen


H.Schrijen 10



Fe – C Diagram ijzer – koolstof diagram

Fe – Fe3C Diagram ijzer –cementiet diagram




Evenwicht situatie t = 14 jaar

Lassen

Tijd : Seconden

% C


Diam. Arc time

2.5 mm ≈ 42 s

3.25 mm ≈ 60 s4 mm ≈ 75 s



ijzer – koolstof diagram

stabile Fe - C

meta-stabile Fe – Fe3C




Element Oplosbaarheid

in Austeniet

Fe -Si 1.9

Al 1.8

Cr 13.4W 5.0

Mo 2.9V 1.5

Nb 1.5Ti 1.2

B 0.1

Fe -Ni 100

Mn 100Co 100

C 2.1N 2.8

Cu 13

Ferr

ietv

orm

ers

Aust

enie

tvorm

ers

Eutectoid

Austeniet

γγγγ Ferrietvormers

Austenietvormers

+ Carbidenαααα

H.Schrijen 11



staal

Eutectoid

Eutecticum

gietijzer

Austeniet

Temp. ºC

+ Carbiden

+ Carbiden

γγγγ

γγγγ

+ αααααααα

αααα

Ferriet

Vloeistof

lasbaar

% Koolstof

A3

A1

ijzer

γγγγ




0,2 % C 0,4 % C Ferriet

Perliet = Fe + Fe3C


0,01 % C. Ferriet

0.2 0.4 0.8 C



Transformatie Diagrammen

Er zijn drie types van transformatie diagrammen

• Tijd Temperatuur Transformatie T.T.T

• Continuous Cooling Tranformation C.CT

• Piek Temperatuur Afkoel Tijd Diagram P.T.A.T


Tijd : Seconden


Harry Schrijen

Relatie tussen TTT –Diagram en Fe-C Diagram

Ms

10 -1 10 0 101 102 103 104

800

600

200

400

1000

0

Martensiet

Temperatuur ºC

Tijd s


Door toename afkoelsnelheid verandert ijzer-koolstof diagram

H.Schrijen 12



Introductie van afkoeltijd




Isotherme Transformatie

T.T.T - Diagram

Temperatuur Tijd Transformatie




Isotherme Transformatie

Einde omzetting

Begin omzetting

Temperatuur ºF

tijd




Tijd

Verschuiving door grovere korrel

Te

mp

era

tuu

r

ºC

Grovere korrel

A 1

A 3

Martensiet + Austeniet

Martensiet

Ferriet + Austeniet

Bainiet

Ferriet + Perliet


Ms

Mf

H.Schrijen 13



Continues Cooling Transformation

C.C.T - Diagram




C.C.T - Diagram voor StE.355

Kritische afkoeltijd


Ms

440 410 305 270 210 170Hv

(s)



25 CrMo4

C.C.T - Diagrammen

C15

verschuiving door legeren

1050 ºC / 15 min

1050 ºC / 15 min


530 510 455 285 260 240

375 315 250 205 180 155


Harry Schrijen LZL - 2010Schrijen-Consultancy

Hv

13 CrMo 44 / 1 Cr – 0.5 Mo

H.Schrijen 14


Harry Schrijen LZL - 2010Schrijen-Consultancy

10



Austeniet

Bainiet

Perliet

Martensiet

Ms

Verschuiving door hogere piek temperatuur

Tijd

Te

mp

era

tuu

r

ºC




Koolstof %

Temp. ºC



Piek Temperatuur Afkoel Tijd –Diagram

P.T.A.T - Diagram


Meest “realistisch

H.Schrijen 15



Microstructuur en Hardheid HAZ na het lassen

Tpiek ºC

∆ t 800 ºC – 500 ºC s

Hardheid




0.10 C / 1.4 Mn

0.18 C / 1.5 Mn

Voorbeelden




Lassen

Tijd is Seconden

?

?

Fe-C TTT

CCT

PTAT

?



Piek Temperatuur en Afkoelsnelheid zijn de meest belangrijke

parameters voor de materiaal eigenschappen.

H.Schrijen 16



Structuur



Microstructuur Basis materiaal

• korrel structuur : korrelig of hoekig

Ferritisch Cr-staal

Austeniet CrNi Ferriet - Austeniet

C – C Mn staal



Dendrieten

Gietstructuur

Dendriet structuur = Lassen en Gieten




Warmte Beïnvloede Zone H.A.Z

rekristallisatie

gedeeltelijke transformatie

temper zone

korrel groei smeltlijn

H.Schrijen 17



Piek temperatuur



Ontstaan van martensiet.

• Austeniet dat snel wordt afgekoeld vormt Martensiet zonder diffusie van

atomen, door omklappen (afschuiven) van het KVG rooster en aanwezigheid

van koolstof atomen ontstaat een opgerekt tetragonaal KRG rooster.

• Het omklappen gebeurt bij de Ms temperatuur.

• Alle koolstof atomen worden ingevroren in het onder spanning staande

tetragonale rooster.

• De spanning in het rooster geeft Martensiet zijn hardheid.


Martensiet



KVG KRG KVG

14 punts 9 punts

Overgang van KVG rooster naar KRG rooster


Austeniet Martensiet Austeniet

Ruimtelijk Gecenterd Tetragonaal

4.3% volume toename



Langzame afkoeling Gemiddelde afkoeling Snelle afkoeling + PWHT

T > 900 °C

Start

Structuur veranderingen

Austeniet

Ferriet – Perliet Bainiet Martensiet


H.Schrijen 18



perliet austeniet

Snel afkoelen

cementiet

ferriett

ferriett

C< 0.3 %

C > 0.3 %


austeniet martensiet austeniet

austeniet martensiet austeniet

ontlaten martensiet

1 ROOSTERS-AFKOELDIAGRAMMEN-STRUKTUREN.ppt ... Harry Schrijen/1 ROOSTERS... · Defecten in kristal...

Documents

Transcript of 1 ROOSTERS-AFKOELDIAGRAMMEN-STRUKTUREN.ppt ... Harry Schrijen/1 ROOSTERS... · Defecten in kristal...