1 / 19

Robert Král rkral @met.mff.cuni.cz

Robert Král rkral @met.mff.cuni.cz. Fyzika materiálů II Creep. Napětí. Deformace. Čas. Creep. Česky někdy „tečení“ Časově závislá trvalá deformace Při konstantním napětí deformace dále roste. Mechamismy creepu: vysoké hodnoty difůze  změna tvaru krystalu  snížení napětí

eldora
Download Presentation

Robert Král rkral @met.mff.cuni.cz

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Robert Králrkral@met.mff.cuni.cz Fyzika materiálů IICreep

  2. Napětí Deformace Čas Creep • Česky někdy „tečení“ • Časově závislá trvalá deformace • Při konstantním napětí deformace dále roste Mechamismy creepu: • vysoké hodnoty difůze změna tvaru krystalu  snížení napětí • uplatňuje se difůze • objemem materiálu • po hranicích zrn • vysoká energie dislokací + slabé vazby  umožnění šplhání dislokací kolem překážek (pins) fungujících při nižších teplotách.

  3. Creep v přírodních podmínkách Creep ledu: • probíhá do určité míry i při nejnižších přírodních teplotách • studován pro potřeby meteorologie a konstrukce lodí Za pokojové teploty např. creep olova.

  4. Mechanismy creepu Creep: • pravděpodobný při Θ> 0.4. • uplatnění mechanismů závisí na teplotě a napětí Creepový test: • obvykle tahový • konstantní zátěž • vynášení deformace v závislosti na čase

  5. Vyhodnocení klasické creepovékřivky Z creepové křivky lze vyhodnotit: • rychlost ustáleného tečení (steady state creep) z oblasti sekundárního creepu • dle Arheniova modelu vyhodnotit teplotní závislost procesů (difůze) • z testů při různých teplotách a zátěžích určit parametry modelu chování materiálu. Konstitutivní rovnice používané pro creep a pro konstantní teplotu

  6. Mechanismy creepu - model difůzního creepu Základní předpoklady: • vakanční mechanismus • přesycení vakancemi díky působícímu napětí • vakance difundují, viz obr. • výsledkem změna tvaru zrna • monoatomární a • kvazistatický přístup Dva modely creepu dle typu difůze: • objemová (bulk/lattice) difůze – Nabarro Herringův creep • hranicemi zrn – Cobleův creep

  7. Model difůzního creepu (2) Přesycení vakancemi díky napětí  rozdíl koncentrací nahoře a vpravo

  8. Model difůzního creepu (3) 1. Fickův zákon (1) Délka difůzních drah • Hranice zrn: 2·(d/4) • Mřížka: (π/2)·(d/4) Celkový přírůstek vakancí Φvacje dán součtem toků oběma drahami Definujeme Jtotal =celkový průměrný tok vakancí  (2)

  9. Model difůzního creepu (4) Dosadíme C a L do (1) a toky potom do (2)

  10. Model difůzního creepu (5) Rychlostí Jtotalmateriál přibývá na jednotkové ploše hranice zrna.  rychlost deformace je tedy (faktor 2 vzhledem ke geometrii)  Deformační rychlost při creepu • lineárně závislá na napětí • úměrná 1/d2, 1/d3 • závislá na geometrii (změna počáteční konstanty)

  11. Model dislokačního creepu Weertmanův model - šplhání (climb) hranových dislokací • sekvenční procesy: skluz+šplhání • L – průměrná délka skluzu • tg – průměrný čas pro skluz • h – průměrná délka skluzu • tc – průměrný čas pro šplhání Δγ = deformace sekvence skluz+šplhání = Δγg+ Δγc≈ Δγg = ρ b L t = čas pro sekvenci = tg + tc≈ tc =h/vc , vc = rychlost šplhání  rychlost skluzu (1) vc∝ ΔCv exp[-Evm/kT], Evm – aktivační energie migrace vakance ΔCv aproximujeme obdobně jako u difůzního creepu: Lomer-Cottrellova bariéra

  12. Model dislokačního creepu (2)  rovnici (1) můžeme přepsat Pro malé x je Sinh(x)=x Weertman: L/h ∝ σ1.5 (experimentální hodnota Al)  Obecně dostáváme mocninný zákon (Power-law): Vysoká napětí (σ ≥ 10-3 E) Sinh(x) ≈ ex porušení mocninného zákona

  13. Model dislokačního creepu (3) Experimentální výsledky

  14. Model dislokačního creepu (4) Velmi nízká napětí σ ≤ σFR ρ konstantní (nezáv. na σ)  = viskózní creep – Harper-Dornův creep Podmínky pro Harper-Dornův creep H-D creep v hrubozrnných materiálech  Při zmenšení zrna + vyšší teploty Nabarro-Herringův creep další zmenšení zrna + nižší teploty Cobleův creep ln(strain rate) ln(grain size)

  15. Creepový lom Při zkoumání pouze creepového lomu (v praxi např. výměníky): • stačí jednodušší metody • základem je závislost času do lomu na napětí pro danou teplotu:  předpověď životnosti při určitých provozních podmínkách

  16. Creepový lom (2) Experiment - creepový lom v různých typech komerčních ocelí: • vlevo závislost času do lomu na napětí při konstatní teplotě • vpravo závislost napětí na teplotě při konstantním čase do lomu

  17. Zvýšení odolnosti vůči creepu • omezení vlivu hranic zrn • protáhlá zrna ve směru napětí • monokrystaly (lopatky turbíny) • precipitáty v hranicích  omezení pokluzu • speciální (FCC) materiály

  18. Zvýšení odolnosti vůči creepu (2) • Monokrystalické materiály CMSX-4 (křivka nejvýše) CM 186 (druhá nejvýše)

  19. Zvýšení odolnosti vůči creepu (3) • Speciální (FCC) materiály Např. niklová FCC superslitina (Ni superalloy) • použití na vysokotlaké turbíny • teplota spalin ~1600°C (nárůst o 200°C zvýší účinnost o 5%) • 10000 ot./min.  napětí u kořene až 300MPa • životnost 10000 hodin–3 roky 9 hodin denně • u nových typů letadel budou nároky dále růst (A380) • složení – více než 10 legujících prvků Al, Ti,Ta – vytvářejí Ni3Al γ’ fázi Cr, Hf – korozní odolnost W, Mo, Re – zpevnění, snížení difůze.

More Related