2. Chování kovů za působení vnějších sil I

Prezentace na téma: "2. Chování kovů za působení vnějších sil I"— Transkript prezentace:

1 2. Chování kovů za působení vnějších sil I
Modul pružnosti objemový K tahový E smykový G plastická e pl skluzem dvojčatěním elastická e el objemová D smyková g Deformace tahová e Poissonův poměr (číslo) m podélná e příčná  Vnější síla F a její složky Fn a Ft působící v určité rovině normálové s smykové (tečné) t Napětí © eva novotná

2 smyková Ft (tečná, tangenciální)
Vnější síla F v Sa  normálová Fn smyková Ft (tečná, tangenciální) © eva novotná

3 D = poměrné objemové stlačení
Poměrná deformace tahová smyková g objemová D  velmi malé  p = hydrostatický tlak D = poměrné objemové stlačení podélná příčná Poissonův poměr Obecně: m kovy  0,33; m plasty  0,35 © eva novotná

4 Modul pružnosti v tahu E ve smyku G objemový K
monokrystaly anisotropie elastických vlastností Modul pružnosti v tahu E ve smyku G objemový K Hodnoty modulů pružnosti jsou závislé na:. typu vazby mezi atomy, uspořádání atomů v prostoru, tj. na typu krystalové mřížky, vzájemné orientaci působícího napětí a krystalografické mřížky polykrystaly isotropie elastických vlastností © eva novotná

5 deformace dvojčatěním skluzem elastická plastická pohyb dislokací
skluzové systémy kritické skluzové napětí schmidtův faktor pohyb dislokací v monokrystalu pohyb dislokací v polykrystalu Hall – Petchův vztah dvojčatěním © eva novotná

6 Plastická deformace skluzem
pohyb dislokací – působením smykového napětí, podstatou je opakované porušování a navazování vazeb mezi atomy  posouvání vložené atomové poloroviny až na volný povrch materiálu © eva novotná

7 skluzové systémy = cesty pro pohyb dislokací; krystalografické roviny a směry nejhustěji obsazené atomy  atomy nejblíže k sobě  nejsnadnější navázání nových vazeb mezi atomy kritické skluzové napětí tkr = smykové napětí nutné pro pohyb dislokací v daném skluzovém systému; vyjadřuje odolnost materiálu vůči plastické deformaci; je dáno pouze typem krystalografické mřížky schmidtův faktor tr = smyková složka vnějšího zatížení působící v dané skluzové rovině fcc bcc hcp kritické skluzové napětí MPa 0,3 až 0,8 30 až 80 počet skluzových systémů 12 (  5) 3 ( 5) příčný skluz je možný nemožný výsledná materiálová vlastnost tvárnost pevnost relativní křehkost © eva novotná

8 pohyb dislokací v monokrystalu
monokrystal  jedno zrno materiálu (jedna orientace krystalografické mřížky) dislokace se pohnou v okamžiku, kdy je dosaženo tr  tkr pohyb dislokací v polykrystalu polykrystal   (monokrystalů) pohyb dislokací přes jedno zrno jako u monokrystalů hranice zrna = nepřekonatelná překážka pohybu dislokací (nespojitost skluzového systému) dislokace v druhém zrně se pohnou až je v i něm splněna podm. tr tkr pohyb dislokací přes všechna zrna je postupný proces jemnější zrno  obtížnější rozvoj plastické deformace přes celý materiál Hall – Petchův vztah = závislost skluzového napětí sy na velikosti zrna d s0 - napětí závislé na pohyblivosti dislokací v krystalové mřížce, ky – konst.; míra napětí nutného k vzájemné koordinaci tvarové změny jednotlivých zrn; obě hodnoty jsou dány chem. slož., strukturou a technologickým zprac. materiálu © eva novotná

9  Deformační zpevnění polykrystalického materiálu Zpevňování materiálu
 pohybu dislokací   plastická deformace materiálu  překážky pohybu dislokací  obtížnější plastická deformace materiálu pokračující zatížení dislokace + intersticiální atomy dislokace + substituční atomy dislokace + precipitáty dislokace + hranice zrna interakce dislokací Deformační zpevnění polykrystalického materiálu © eva novotná

10 Dislokace + intersticiální atomy  Frank – Readův zdroj dislokací
dislokace se šíří materiálem  na intersticiálních atomech se zachytí  nemůže pokračovat v cestě  dislokační čára se prohýbá až do uzavření  dislokační smyčka se uvolní a pokračuje materiálem  zachycená dislokace emituje další smyčky  roste hustota dislokací  zkrácená volná dráha pro pohyb dislokací  zpevnění © eva novotná

11 Dislokace + precipitáty Zpevnění hranicemi zrn
© eva novotná

12 Plastická deformace dvojčatěním
zvláště u kovů s mřížkou fcc a hcp vysoká rychlost deformace e´ a nízká teplota T přesun atomů v části krystalu o necelou meziatomovou vzdálenost (vzniklá oblast mřížky je souměrná s neposunutou mřížkou podle roviny dvojčatění) © eva novotná

13 Porovnání mechanismu plastické deformace skluzem a dvojčatěním
(pohyb úplných dislokací) dvojčatění (pohyb neúplných dislokací)  © eva novotná

14 Reakce zkoušeného materiálu na působení vnějších sil je dána vzájemným působením čtyř základních faktorů: podmínky zkoušky = určeny teplotou zkoušky, rychlostí zatěžování a dohodnutým zkušebním postupem vlastní zkoušky zatížení = vnější sila, vyvolá v tělese stav napjatosti a působí na jednu nebo více ploch zkušebního tělesa zkušební těleso = tuhé těleso definovaného tvaru a rozměrů, je dohodnutým způsobem vyrobeno ze zkoušeného materiálu materiál zkušebního tělesa = definován chemickým složením a mikrostrukturou © eva novotná

15 ROZDĚLENÍ ZKOUŠEK MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ
nedestruktivní zkoušky – bez trvalé změny tvaru, rozměrů, chemického složení či struktury zkoušeného materiálu (zjišťování struktury materiálů – výroba metalografických vzorků, mikroskopie optická a elektronová), destruktivní zkoušky Zatížení Krátkodobé Dlouhodobé Statické zkouška tahem tlakem ohybem krutem střihem zkoušky tvrdosti zkouška tečení (creepu) Dynamické zkouška rázem v ohybu zkoušky nízkocyklové únavy zkoušky vysokocyklové únavy © eva novotná

16 Elastická deformace křivka s – e ideálního lineárně elastického materiálu (Hook. z.) křivka s – e nelineárně elastického materiálu (pryže) 2 1 + 2 = zatížení a odlehčení po stejné dráze  vložená energie je uvolněna 3 = křivka zatížení nekopíruje přesně křivku odlehčení  energie je disipována křivka s – e anelastického materiálu 3 1 © eva novotná

17 Zkoušení materiálů a výrobků
3.2 Zkouška tahem Skripta Zkoušení materiálů a výrobků © eva novotná

18 plastická nestabilita
smluvní tahový (s – e ) diagram e s elastická deformace rovnoměrná plastická deformace nerovnoměrná plastická deformace  deformace pro tváření plastická nestabilita žíhaná měkká ocel stabilní krček = Lüdersova deformace měkká ocel pro hluboké tažení Al- slitiny rychlá tvorba krčku  lom PE vznik stabilního krčku  lom; vliv řetězců © eva novotná

19 Tahový diagram  deformace napětí Lüdersova deformace © eva novotná

20 Lüdersovy čáry kov © eva novotná

21 rozvoj stabilního krčku
PP rozvoj stabilního krčku © eva novotná

22 Energie potřebná na deformaci e i = plocha pod křivkou s – e i
jak z tahového diagramu odečítat velikost deformace Energie potřebná na deformaci e i = plocha pod křivkou s – e i Resilience = množství energie potřebné na elastickou deformaci vzorku (do napětí na mezi kluzu) Tahová houževnatost © eva novotná

23 závislost s – e oceli měřená při různých T
korekce uvažuje komplexní napjatost v oblasti krčku smluvní skutečné napětí poměrná deformace © eva novotná

24 Zkoušení materiálů a výrobků
3.3 Zkoušky tvrdosti Skripta Zkoušení materiálů a výrobků Ruční tvorba ve výuce © eva novotná

25 Zkoušení materiálů a výrobků
3.4 Zkouška rázem v ohybu Skripta Zkoušení materiálů a výrobků © eva novotná

26 3.5 Lomová mechanika Lodě třídy LIBERTY © eva novotná

27 Materiál s trhlinou Počátek výzkumu chování materiálu s trhlinou – během II. světové války, kdy bylo vyrobeno asi lodí třídy Liberty – první rozměrné konstrukce vyráběné svařováním (do té doby lodě pouze nýtované). Přibližně každá sedmá loď byla porušena křehkým lomem mimo bojovou akci. Lomová houževnatost použitých oceli byla zcela dostatečná pro nýtované konstrukce, kde každá trhlina může být zachycena na nýtu; ve svařovaných konstrukcích však trhlina nenarazí na žádnou barieru a může tak projít celým trupem. Analýza porušení  porušení lodí bylo zapříčiněno souhrou: konstrukce – většina lomů byla iniciována v rozích hranatých palubních otvorů, v nichž bylo koncentrováno napětí použitého materiálu – použitá ocel měla velmi nízkou dynamickou lomovou houževnatost – až tak, že některé lodi se rozlomily dřív než byly nasazeny do boje v chladných vodách výroby – svary zhotovené nezkušenými pracovníky obsahovaly poruchy podobné trhlinám © eva novotná

28 součinitel intenzity napětí
kovová deska: s jednotkovou tloušťkou nekonečnými rozměry ve směru osy x a y s průchozí trhlinou eliptického tvaru o délce 2a zatížená napětím s tak, aby elastická deformace desky byla konstantní  poloměr kořene trhliny   intenzita napětí součinitel intenzity napětí B W a f = 1,12 f = 1,00 © eva novotná

29 lomová houževnatost KC [MPa
lomová houževnatost KC [MPa.m0,5] (kritická hodnota součinitele intenzity napětí) materiálová charakteristika určovaná experimentálně statickým nebo dynamickým 3-bodovým ohybem pro podmínky rovinné deformace: I II III tah: KIC KIIC KIIIC smyk: krut: © eva novotná

30 Příklad aplikace vztahu
znám materiál (KC) a zatížení (s ), hledám kritickou velikost defektu pro vznik nestabilní trhliny a < aC  bezpečí znám materiál (KC) a velikost defektu (a), hledám kritické zatížení pro vznik nestabilní trhliny s < sC  bezpečí znám velikost defektu (a) a zatížení (s ), hledám materiál odolný proti vzniku nestabilní trhliny K < KC  bezpečí © eva novotná

31 Tranzitní délka trhliny at
a < at  s … Re … sc  def. elastická … def. plastická … porušení a >at  s … sc  porušení vysvetlení © eva novotná

32 materiál bez defektů materiál s defekty Re  s KC  K Problém:
aby při provozu nedošlo k plastické deformaci zařízení aby při provozu nedošlo k nestabilnímu šíření trhliny z přítomného defektu dané geometrie Mater. Ing. umí nalézt materiálovou charakteristiku popisující odolnost materiálu proti plastické deformaci  mez kluzu Re Konstruktér umí popsat provozní zatížení součástky napětí s umí nalézt materiálovou charakteristiku popisující odolnost materiálu proti vzniku nestabilní trhliny lomová houževnatost KC umí popsat provozní zatížení součástky s defektem dané geometrie součinitel intenzity napětí K společně hledají materiál, který je schopen zatížení unést Re  s hledají materiál, který je i s defektem dané geometrie schopen zatížení unést KC  K © eva novotná

33 Určování lomové houževnatosti keramiky
Stanovení odolnosti proti šíření trhlin u křehkých materiálů se provádí pomocí indentační zkoušky lomové houževnatosti. Tato metoda je založena na indentaci křehkého materiálu diamantovým jehlanem, který při zatížení větším než kri-tickém způsobí vznik trhlin, vychá-zejících z rohů Vickersova vtisku. Hodnota lomové houževnatosti je pak určována v závislosti na velikosti použitého zatížení a délce induko-vaných trhlin. (Courtesy of Wang and Raj N. Singh, Ferroelectrics, 207, 555–575 (1998) © eva novotná

34 Polymethyl metakrylát - polymer Polykarbonát - polymer
Hodnoty lomové houževnatosti KIC pro různé materiály Materiál KIC [MPa.m1/2] Re nebo Rm (pro křehké materiály) [MPa] Slitina Al-Cu 24 36 455 324 Ti-6Al-4V 55 99 896 862 Ni-Cr ocel 50 90 1655 1420 Al2O3 1,7 206 Si3N4 5,0 551 Transformačně zhouževnatěný ZrO2 11 415 Si3N4 – SiC kompozit 56 830 Polymethyl metakrylát - polymer 1,0 28 Polykarbonát - polymer 3,3 60 Tabulka hodnot lomové houževnatosti určené za podmínek rovinné deformace a mezí kluzu (pevností) různých materiálů Schopnost materiálu odolávat růstu trhliny závisí na velkém počtu faktorů. Velké defekty snižují lomové napětí – vývoj technologií filtrace tekutého kovu ve slévárenství; lisování za tepla a isostatické lisování za tepla prášků při výrobě keramiky nebo součástek ze superslitin  zmenšení velikosti a počtu defektů, zvýšení hodnoty lomové houževnatosti Z hlediska křehkého lomu je schopnost plastické deformace materiálu kritická. V případě tvárných kovů se může materiál v blízkosti čela trhliny plasticky deformovat, dochází k zaoblení ostré trhliny, klesá hodnota faktoru intenzity napětí a tak se předchází vzniku lomu. Roste-li pevnost dané slitiny, klesá zpravidla její tvárnost a lomová houževnatost – viz tab. Křehké materiály – keramika a polymery mají mnohem menší lomovou houževnatost ve srovnání s kovy. Tlustá, tuhá součást z daného materiálu vykazuje nižší lomovou houževnatost než tenká součást zhotovená z téhož materiálu. Rychlost zatěžování (rázové zatěžování) součásti z oceli snižuje lomovou houževnatost Rostoucí teplota zpravidla zvyšuje u ocelí lomovou houževnatost a to i v případě rázového zatěžování. Zmenšení zrna zvyšuje lomovou houževnatost – naproti tomu bodové poruchy a vysoká koncentrace dislokací snižuje lomovou houževnatost. Princip vlivu napěťově indukované fázové transformace na zvyšování lomové houževnatosti – ocel, transformačně zhouževnatěná keramika © eva novotná

35 Lomy kovových materiálů
Mechanismus lomu: * štěpný * tvárný Charakter lomu: * transkrystalický = přes * interkrystalický = mezi Energetická náročnost: * křehký * houževnatý © eva novotná

36 Tvárný lom kovu transkrystalický
V případě tenkostěnné součásti dochází k tvárnému lomu prakticky bez vzniku krčku a to smykovým lomem. Při mikroskopickém zkoumání lomové plochy nacházíme převážně oválné důlky což svědčí o tom, že lom vzniklý pod úhlem 45°je smykový. © eva novotná

37 Štěpný lom kovu transkrystalický interkrystalický © eva novotná
Štěpnému lomu předchází malé příp. nulová plastická deformace. K iniciaci štěpného lomu zpravidla dochází zpravidla v blízkosti defektů – koncentrátorů napětí. Štěpná trhlina se šíří materiálem rychlostí blízkou rychlosti zvuku. V bcc krystalech k transkrystalickému štěpení dochází v krystalografických rovinách typu 100. Štěpný lom poznáme podle vzhledu lomové plochy. Lomová plocha při tahové zkoušce je kolmá na tahovou osu zkušebního tělesa. Dojde-li ke štěpnému lomu, pak na lomové ploše jsou rozštípnutá zrna a vzhledem k různé orientaci zrn jsou různě orientované štěpné roviny – viz snímek lomové plochy z rastrovacího mikroskopu. V jiných případech štěpný lom má interkrystalický charakter – u materiálů, kde došlo k segregaci nečistot na hranice zrn nebo k vyloučení částic po hranicích. © eva novotná

38 Lom keramiky a skla lomová plocha skla, obsahující zrcadlovou zónu (nahoře) a lomové čáry charakteristické pro lasturovitý lom (300x) lomová plocha Al203, složená z transkrystalických štěpných faset (1250x) Většina krystalických keramik se porušuje štěpně – štěpné roviny jsou nejhustěji obsazené roviny. (obr.a)Lomová plocha těchto materiálů je hladká a je obtížné identifikovat místo iniciace lomu. Skla se porušují také křehce. Často je pozorován tzv. lasturový lom. (obr.b) Lomová plocha obsahuje hladkou zrcadlovou plošku v místě iniciace lomu, na zbytku lomové plocha se nachází čáry porušení. Tyto čáry směřují k zrcadlové ploše jako šípová kresba u kovových materiálů. © eva novotná

39 Porušování vláknového kompozitu
dva základní mechanismy: Porušování vláknového kompozitu slabá vazba mezi matricí a vlákny  vytahování vláken z matrice  vznik dutin slabý spoj jednotlivých vrstev matrice  delaminace  vznik dutin Polymery se mohou porušovat jak tvárně, tak i štěpně. Je-li teplota nižší než teplota skelného přechodu, pak lom termoplastu je štěpný – velice podobný lomu skla. Podobně i tvrdé termosety, jejichž struktura je tvořena zesítněnými dlouhými řetězci, se také porušují štěpně. Polymery se strukturou propletených, ale ne zesítněných řetězců se naproti tomu porušují tvárně při teplotách vyšších, než je teplota skelného přechodu. V tomto případě lomu předchází intenzivní deformace a dokonce i vznik krčku před lomem. Tvárné chování je výsledkem klouzání polymerních řetězců, které není možné ani ve skelné struktuře, ani ve struktuře se zesítněnými řetězci. Lom vlákny zpevněného kompozitu je mnohem komplexnější. Kompozit obsahuje pevná křehká vlákna obklopená měkkou, tvárnou matricí – např. bórová vlákna v hliníkové matrici. V případě, že tahové napětí působí ve směru vláken měkká hliníková matrice se deformuje plasticky. S rostoucí deformací matrice začíná na vlákna působit napětí, které již nestačí přenést, vlákna postupně praskají a nakonec dojde k nestabilnímu lomu. Porušování je mnohem komplikovanější v případě slabé vazby mezi vlákny a matricí. Během zatěžování dochází ke vzniku dutin mezi vlákny a matricí, což vyvolá vytahování vláken z matrice. V případě, že pásky resp. vrstvy v kompozitu nejsou dobře spojeny vzniká během deformace delaminace – oddělování vrstev. © eva novotná

40 trhlina a vláknový kompozit trhlina a částicový kompozit
© eva novotná

41 Únava materiálu je proces změn strukturního stavu materiálu a jeho vlastností vyvolaný cyklickým (kmitavým) zatěžováním, přičemž nejvyšší napětí je menší než mez pevnosti Rm a ve většině případů i menší než mez kluzu Re. V důsledku toho dochází v materiálu k hromadění poškození, které se v závěru procesu projeví růstem makroskopické trhliny a únavovým lomem. Místo iniciace lomu je přednostně na povrchu, vyjímku tvoří kompozitní materiály. 3.6 Únava materiálu Únava – provozní degradace materiálu – vyvolává snížení pevnosti (lomového napětí) materiálu opakovaným zatěžováním. Napětí při zatěžování může být vyšší nebo nižší než odpovídá napětí na mezi kluzu. V praxi se s tímto jevem setkáváme ve strojírenství (lopatky turbin, pružiny, hřídele), biomedicínské implantáty a také spotřební zboží – např. boty, které jsou podrobeny opakovanému zatěžování v tlaku, tahu , ohybu, vibracím i tepelnému smrštění a roztažení. Tato napětí jsou často menší než mez kluzu materiálu! Značný počet součástek, např. u auta se často poruší únavou. Možnost vzniku únavového lomu je hlavní příčinou proč některé součásti u letadel se vyměňují po jistém počtu letových hodin. Únavový lom má tři stadia. Prvé stádium odpovídá iniciaci (nukleaci) trhliny na povrchu součásti. K iniciaci dochází zpravidla až po jistém poměrně vysokém počtu cyklů. Místa nukleace únavových trhlinek jsou na (příp. v blízkosti) povrchu. Důvodem je volný povrch na němž mohou být (škrábance, dutiny, ostré přechody, vruby, drážky) koncentrátory napětí, nebo se tyto koncentrátory na volném povrchu vytvoří (skluzové pásy). Při některých podmínkách zatěžování je zde největší napětí (např. ohyb). Druhé stádium je postupné šíření jedná z mnoha iniciovaných trhlin v závislosti na počtu cyklů. Třetí stádium odpovídá náhlému lomu, který je buďto křehký (trhlina dosáhla kritické velikosti) nebo ve zbývajícím průřezu napětí přesáhlo pevnost, došlo k přetížení. K tomu aby došlo k únavovému porušení musí alespoň jedna ze složek napětí být tahová. V dalším budeme uvažovat o únavě součástí vyrobených z kovu nebo plastu. © eva novotná

42 Historie zkoušení únavy materiálu
Princip únavové zkoušky (zatěžování ohyb za rotace) podle Wöhlera z roku 1850 Typické místo porušení železniční nápravy August Wöhler (1819 – 1914) F/2 rotace zatížení May 8, 1842 – Meudon (Versailles), France: During the inauguration ceremonies of the Paris to Saint-Germain railroad, a returning train caught fire at Meudon after the locomotive broke an axle and the train derailed. 55 passengers were killed trapped in the carriages, including the explorer Jules Dumont d'Urville. This led to the abandonment of the then-common practice of locking passengers in their carriages in France. This was the first really major world railway disaster, usually referred to as the Versailles train fire. Nejstarší konvenční způsob měření odolnosti materiálu vůči únavě je zkouška „ohybem za rotace“. Zkušební těleso válcového tvaru je umístěno ve vodorovné poloze. Jeden konec tělesa je uchycen v čelisti, kterou otáčí motor. Na druhém konci tělesa je zavěšeno závaží působící na těleso silou F (viz obr.). Popis zatěžování tělesa při otáčení. Maximální napětí působící při tomto typu zatěžování je dáno vztahem: v tomto vztahu M je ohybový moment průřezu, d je průměr zkušebního tělesa. Ohybový moment M = F.(L/2) a tedy ,kde L je vzdálenost na které působí ohybová síla v opoře zatížení F, d je průměr tělesa. Zkušební stroje používané pro únavové zkoušky nejsou stroje s přímým zatěžováním. Jedná se o pulsátory – elektromagnetický, mechanický. Z hlediska únavových zkoušek je stroj - servohydraulický pulsátor (servohydraulický systém, regulátor a kontrolní systém, řídící počítač, nastavení síly, průhybu, přemístění nebo deformace). Některé z těchto strojů jsou vybaveny komorami pro sledování vlivu teploty, příp. vlhkosti a pod. © eva novotná

43 Klasifikace zatěžování
Obecné zátěžné cykly Sinusový zátěžný cyklus Čas t Čas t a = amplituda napětí – dynamická složka m = střední napětí – statická složka h = horní (maximální) napětí n = dolní (minimální) napětí © eva novotná

44 Parametry asymetrie zátěžného cyklu
P = h/a R = n/h © eva novotná

45 Proces únavového poškozování
tři stadia únavového procesu: 1. změny mechanických vlastností v důsledku změny dislokační struktury 2. vzniku únavových trhlin 3. šíření únavových trhlin © eva novotná

46 Únava střední napětí amplituda napětí rozkmit napětí © eva novotná

47 sm4 > sm3 > sm2 > sm1
Mez únavy sc = sa při daném sm, kterou materiál vydrží po 107 cyklů Časová mez únavy scN = sa při daném sm, kterou materiál vydrží po N cyklů sm4 > sm3 > sm2 > sm1 sm4 sm3 sm2 sm1 sm sa log Nf Nf © eva novotná

48 Konstrukce Wohlerovy křivky Konstrukce Smithova diagramu
© eva novotná

49 Makroskopický vzhled lomové plochy
Schéma únavového lomu ocelové hřídele. Místo inici-ace, oblast šíření (postupo-vé čáry) a oblast statického dolomení, které vzniklo v okamžiku, kdy únavová trhlina dosáhla kritickou ve-likost vzhledem k působí-címu napětí. Makroskopický vzhled lomové plochy © eva novotná

50 Výsledky únavových zkoušek
Mez únavy σC = amplituda napětí při daném středním napětí, při které nedojde k lomu Časovaná únavová pevnost (časovaná mez únavy) σCN = amplituda napětí při daném středním napětí, při které dojde k únavovému lomu po určitém konkrétním počtu cyklů Únavová životnost (únavový život) = počet cyklů do porušení pro dané konkrétní napětí Nf = počet cyklů do lomu Nc = základní počet cyklů do ukončení zkoušky; pro ocel a litiny Nc = 107 Únavový poměr nám dovoluje odhadnout únavové vlastnosti na základě výsledků tahové zkoušky. Poměrná mez únavy pro ostatní kovové materiály se pohybuje v rozmezí 0,3 až 0,4. Poznamenejme ještě jednou, že pro řadu materiálů mez únavy neexistuje. Většina materiálů vykazuje vrubovou citlivost – únavové vlastnosti jsou zvláště citlivé na přítomnost defektů na povrchu materiálu. Přítomnost vrubů vytvořených konstruktérem ( drážky, zápichy, ostré přechody) snižuje mez únavy, únavovou pevnost nebo únavovou životnost. (Podobně je tomu v případě drsností a vrypů které mohou vzniknout při výrobě součásti). Někdy se povrch součásti leští do zrcadlového lesku z důvodů minimalizovat pravděpodobnost únavového lomu. Brokování (kuličkování) je také způsob, jak velice efektivně zvýšit únavovou životnost součásti. Malé kovové kuličky (broky) jsou vysokou rychlostí tryskány na povrch součásti. Tento postup vede ke vzniku tlakových napětí v povrchové vrstvě materiálu součásti a tak zvýšení odolnost materiálu vůči únavovému porušení. © eva novotná

51 3.7 Creep (tečení) e = f (s, t, T) e roste s = konst T = konst
Mez tečení RT = napětí, které při dané teplotě vyvolá za určitou předem stanovenou dobu deformaci určité velikosti. RT čas [h] / deformace [%] / teplota [°C] = napětí [MPa] RT 105 / 0,1 / 600 = 90 MPa Mez pevnosti při tečení RmT = napětí, které při dané teplotě způsobí po určité předem stanovené době lom. RmT čas [h] / teplota [°C] = napětí [MPa] R mT 104 / 600 = 150 MPa s = konst T = konst e roste © eva novotná

52 Deformace a porušení při tečení
Pokluzy po hranicích zrn vznik kavit a trhlin Lomové chování při creepu je spojováno s pokluzy po hranicích zrn, které vedou ke vzniku kavit a trhlin po hranicích zrn. Z hlediska typů creepových lomů hovoříme o tvárném a křehkém lomu. Ke tvárnému lomu dochází při relativně nízkých teplotách, rychlost creepu je poměrně vysoká – krátký čas do lomu. Před porušením se na zkušební tyči vytváří krček, v okolí lomové plochy jsou zrna protáhlá ve směru tahového namáhání. Ve struktuře porušeného tělesa je řada dutin, které nemají žádný vztah k lomu. Křehký lom při creepu vzniká za vyšších teplot a doba do lomu je poměrně dlouhá. Na porušeném zkušebním tělese není patrný krček. V okolí lomu jsou rovnoosá zrna. K lomu dochází vznikem trhlin na styku tří hranic případně kavit v okolí částic na hranicích zrn , viz obr.49 © eva novotná

53 Creepové kavity vzniklé na hranici zrna austenitické korozivzdorné oceli
(500x) From ASM Handbook, Vol. 7, (1972) ASM International, Materials Park, OH 44073 © eva novotná

54 Křivka tečení © eva novotná

55 Larson – Millerův parametr = T(C+log t r);
teplota T [K]; konst. C; čas do lomu t r [h] Ocel S 590 Podstata L–M parametru: Pro daný materiál se t r při daném s mění s T, přičemž C zůstává konstantní Př. použití L–M parametru: Součástka z oceli S 590 pracuje při T = 800°C (1073 K) pod zatížením s = 150 MPa Jaký je čas t r do porušení? Postup: Pro dané s najdeme hodnotu L – M parametru a počítáme: © eva novotná

56 Relaxace napětí Namáhané těleso je upnuto tak, že během namáhání zůstává konstantní jeho celková deformace  celk ve směru zatížení (např. šroub), dochází k pomalému poklesu = relaxaci působícího napětí. Relaxace je způsobena růstem plastické deformace pl na úkor deformace elastické el při zachování hodnoty celkové deformace  celk © eva novotná

57 Praktické využití zkoušek tečení
Při konstrukci součástí namáhaných za vysokých teplot. Výjimku tvoří polymery, u nichž zpravidla dochází ke creepu již za pokojových teplot. Praktické využití zkoušek tečení Lopatka spalovací turbíny leteckého motoru Kombinovaná paroplynová turbína © eva novotná