TECENIE A

1
TECENIE A ÚNAVATepelná únava Tepelne
mechanická únavaŽilinská univerzita v
ŽilineStrojnícka fakultaStrojárske technológie
Bc. Peter Tomašec - peter.tomasec_at_gmail.com Bc.
Lenka Micháleková - lenkamichalekova_at_gmail.com
2
Obsah

• Tecenie
• Únava materiálu
• Tepelná únava
• Tepelne mechanická únava

3
Tecenie 1

• Tecenie (angl. creep) je rast trvalej plastickej
  deformácie pri konštantnom napätí. Je
  charakterizovaný pomalou plastickou deformáciou,
  ktorá prebieha aj pod medzou klzu daného
  materiálu. Vplyv energie v mikroobjemoch kovu sa
  môže scítat s pružnou deformáciou od vonkajšej
  sily a tak sa v niektorých miestach prekoná
  bariéra na pohyb dislokácií. Obycajne sa to deje
  pri teplotách nad 30 35 Tt. 1

• I primárne (prechodové) tecnie nadväzuje na
  zaciatocnú pružnú a trvalú deformáciu. Dochádza k
  postupnému poklesu rýchlosti deformácie
  a prejavuje sa vplyv deformacného spevnenia.
• II - v sekundárnom (ustálenom) štádiu dosahuje
  minimálnu rýchlost - toto štádium je zvycajne
  najdlhšie a trvá aj niekolko rokov. Dosahuje
  približne konštantnú rýchlost tecenia. Toto
  štádium je charkteristické plastickou
  deformáciou, pri ktorej sa spevnuje a súcasne
  zotavuje kovová látka. Sekundárne štádium je
  považované za najdôležitejšie, kedže práve v
  tomto štádiu je súciastka vystavená prakticky
  pocas celej svojej životnosti.

4

• III terciárne (zrýchlené) štádium tecenia je
  charakterizované exponenciálnym rastom rýchlosti
  a koncí lomom. Zaciatkom je vznik mikroskopických
  trhlín, kvôli redukcii nosného prierezu sa zvyšok
  súciastky prakticky dolomí silovým lomom. Lom sa
  inciuje a prebieha prednostne po hraniciach
  kryštálov medzikryštálový charakter
• Obr. 2 Vznik a rozvoj medzikryštálovej trhliny
  pri tecení Obr. 3
  Trhlinové porušenie
• a)nukleácia kavít na hranici zrna b)spájanie
  kavít
  a) vznik klinovej trhliny na styku troch hraníc
  zrn
• c) vznik dutiny d) rast dutiny a jej šírenie
  pozdlž priliehajúcej fazety zrna 5 b)
  rozšírenie trhliny po celej fazete zrna a jej
  dalšie
  šírenie pozdlž priliehajúcej fazety 5

• Trvanie jednotlivých štádií je pre daný
• materiál nepriamo úmerné teplote a napätiu.
• 
  
• 
  Obr. 4 Krivky
  tecenia pre rôzne hodnoty napätia a teploty 1

5
Mechanické skúšky pri vysokých teplotách
1

• Krátkotrvajúce
• Informácie o vplyve teplôoty na okamžité
  mechanické charakteristiky materiálu
• Dlhotrvajúce
• Poskytujú charakteristiky odolnosti materiálu
  voci teceniu

• Hodnotenie odolnosti materiálov voci teceniu musí
  byt v súlade s požiadavkami na plánovanú
  životnost a prevádzkovú spolahlivost.
• Medza pevnosti pri tecení sTPt napätie, ktoré
  pri danej teplote materiál po urcitom case
  poruší. (Použ. Potrubia v energetických
  centrálach ... )
• napr. sTPt 1000/600 je napätie v tahu , ktorým
  sa pri teplote 600C poruší daný materál o 1000
  hodín
• Medza tecenia sT napätie, ktoré pri danej
  teplote spôsobí dohovorené pomerné predlženie
  skúšobnej tyce. (Použ. Lopatky parných a
  plynových turbín ... )
• napr. sT 1000/0,1/500 je napätie v tahu , ktorým
  sa pri teplote 500C predlži skúšaná vzorka o
  0,1 o 1000 hodín

6
ÚNAVA MATERIÁLOV 7

• Únava konštrukcných materiálov je degradacný
  proces nevratných zmien vlastností a stavu
  materiálu, vyvolaný jeho opakovaným mechanickým,
  tepelným alebo tepelno-mechanickým zatažovaním
• K únavovému porušeniu materiálu môže dochádzat
  pri jeho zatažovaní casovo premenlivými
  vonkajšími silami, ktoré v nom vyvolávajú
  elastické deformácie a napätia neprevyšujúce
  hodnoty prípustné pri statickom zatažovaní.
• Proces únavy má kumulatívny charakter,
  predstavujúci zníženie pevnosti a životnosti
  namáhanej súciastky alebo zariadenia, ktorý sa v
  závere porušovania prejaví rastom makroskopickej
  trhliny a lomom.
• 
  
  Obr. 5 únavový lom 7

7

• Cyklické (kmitavé) zataženie mení periodicky
  svoju hodnotu od minima k maximu, pricom táto
  periodická zmena môže byt pravidelná -
  harmonické zatažovanie alebo nepravidelná -
  zatažovanie, ktoré má neharmonický až náhodný
  charakter priebehu napätia v závislosti od casu.
• V rámci jedného pravidelného zatažovacieho cyklu
  možno charakterizovat
• horné napätie maximálna hodnota cyklického
  napätia
• dolné napätie minimálna hodnota cyklického
  napätia

8

• Potom možno definovat
• stredné napätie cyklu
• amplitúda napätia
• rozkmit napätia
• doba (dlžka) kmitu najmenší casový úsek, pocas
  ktorého sa opakuje rovnaký priebeh napätosti

• 
  Obr 6.
  
  6

9

• Celkovú únavovú životnost súciastok môžeme
  rozdelit do 4 štádií
• štádium zmeny mechanických vlastností
• štádium nukleácie trhlín
• štádium šírenia trhlín
• konecný lom
• Obr. 7 Štádiá únavového procesu 1

10

• Na únavu materiálu má, okrem amplitúdy
  zatažovacieho cyklu, vplyv aj množstvo dalších
  faktorov
• Vonkajšie faktory
• frekvencia a asymetria zatažovania
• velkost stredného napätia
• stav napätosti
• agresivita a teplota prostredia
• história zatažovania
• tvar telesa
• existencia trhlín, vrubov
• vlastnosti povrchovej vrstvy
• Vnútorné faktory
• štruktúrny stav materiálu a jeho chemické
  zloženie
• velkost zrna
• tvar a rozloženie nekovových vtrúsenín
• velkost predchádzajúcej deformácie

11
Tepelná únava 2

• Tepelná únava vzniká pôsobením zmien teploty, cím
  sa dosiahnu cyklické mechanické napätia, ktoré
  vyvolávajú hromadenie poškodenia. Proces únavy je
  zložitý tým, že preberá komplikovanost
  mechanickej únavy a súcasne zložito pôsobí
  teplota
• Pri tepelnej únave je vhodné pocítat s
• mechanickými vlastnostami
• (závisia od teploty a menia sa v záv. od casu)
• prejavmi tecenia
• relaxáciou
• fázovými premenami
• štruktúrnymi premenami atd.

12

• zobrazenie výsledkov porovnania charakteristík
  vzoriek ocele AISI 347 Skúška v podmienkach
  nízkocyklovej únavy pri konštantnej teplote
  urcitej velkosti a pri cyklickej zmene teploty
  (prerušovaná ciara) od 200C do 500C so strednou
  teplotou 350C. Vzorky boli pevne upnuté, co
  znemožnovalo menit rozmery teliesok.

• 
  Obr 8.
  Porovnanie výsledkov pôsobenia mechanickej
  
  únavy pri uvedených teplotách a tepelnej
  únavy 2
• Z týchto výsledkov vyplýva, že pri rovnakom
  rozkmite plastickej deformácie je pocet cyklov do
  porušenia Nf pri cyklickej zmene teploty
  podstatne nižší, aj ked v jednom prípade sú
  vzorky vystavené konštantnej teplote o 100C
  vyššej ako je najvyššia teplota pri cyklickej
  zmene teploty. Krivka tepelnej únavy pri 350C je
  až 2,5-krát vyššia , pri lubovolnom zvolenom
  pocte Nf, ako pri cyklickom opakovaní teploty
  s priemernou teplotou 350C.
• Zvýšenie rýchlosti ohrevu zapríciní, že velkost
  ohrevu teplôt, pri ktorom prebieha porušenie
  vzoriek sa zväcšuje.

13

• Rozdiely medzi nízkocyklovou únavou a tepelnou
  únavou
• plastická deformácia sa koncentruje do najviac
  zohriatych oblastí telesa, mení sa medza sklzu
  materiálu,
• pri stlacení vzniká vybocenie, pri následnom tahu
  v dôsledku ochladenia sa formuje miestne zúženie,
• opakovaná zmena teploty môže vplývat na
  vlastnosti materiálu a na jeho schpnost odolat
  porušeniu pri nízko cyklovej únave,
• vzájomné pôsobenie zmien teploty a deformácie na
  správanie materiálu, degradácia vlastností so
  zmenou disperzity fáz, skrehnutia,
• rýchlost zmien mechanického namáhania môže byt
  cyklickou zmenou teploty významne ovplyvnená,
• významná funkcia hodnota súcinitela tepelnej
  únavy
• zložené materiály rozdielny súcinitel tepelnej
  roztažnosti, vodivosti jednotlivých fáz.
  Medzifázová hranica je miestom vzniku trhliny.

14

• 
  Obr. 9 Tepelná únava formy pre vysokotlakové
  liatie 3

15
Tepelno-mechanická únava 2

• Tepelno-mechanická únava pôsobením zmien teploty
  na niektoré súciastky a súcasne sú namáhané
  cyklicky mechanickým zatažovaním. Pri zvýšených
  teplotách šírenie trhlín vyžaduje nižšie hladiny
  mechanického zatažovania ako pri izbovej teplote.
  So zvýšením teploty rastie úcinok agresivity
  prostredia a frekvencie zatažovania (tepelného,
  alebo mechanického) na medzu únavy.
• Pozorovanie šírenia povrchových a podpovrchových
  trhlín v podmienkach tepelno-mechanického
  a izotermického skúšania na nízkocyklovú únavu
  troch znaciek ocelí v tvare tenkostenných
  valcových vzoriek, pri teplotách 300-600C
  preukázalo, že existuje korelácia medzi
  rýchlostou šírenia trhliny a oblastou cyklického
  J-integrálu.

16

• Všeobecné charakteristiky hromadenia poškodenia
  a porušenia pri tepelno-mechanickej únave sú
  blízke tým, ktoré charakterizujú tepelnú únavu
  a tým, ktoré sú typické pre mechanickú únavu.
  Doteraz sa však nepreukázalo, že životnost pri
  tomto spôsobe zatažovania je jednoduchou
  superpozíciou oboch procesov. Zvlášt zložitá je
  problematika tepelno-mechanickej únavy, ked Sa
  uplatnujú rozlicné vonkajšie a vnútorné faktory
  procesu únavy.

17
Použitá literatúra

• 1 Skocovský, Bokúvka - Náuka o materiáli pre
  odbory strojnícke, EDIS, 2001
• 2 Puškár, Kápolka Podminky vzniku a šírenia
  lomov v konštrukcných materiáloch, VA SNP
  Liptovský Mikuláš 1994
• 3 http//www.uddeholm.sk/slovak/files/HW.pdf
• 4 www.ipm.cz/group/fracture/vyuka/doc/P11.ppt
• 5 http//www.mtfdca.szm.com/subory/tecaziarup.pd
  fn
• 6 http//www.mtfdca.szm.com/subory/unava.pdf
• 7 http//sk.wikipedia.org/wiki/C39Anava_materi
  C3A1lu
• 8 http//www.matnet.sav.sk/index.php?ID213

18

• DAKUJEM ZA POZORNOST