Transcript Mechanizmy niszczenia materiałów

Mechanizmy niszczenia
materiałów
Rodzaje mechanizmów niszczenia
Korozja,
Zużycie
Pękanie,
Zmęczenie,
Erozja.
Mechanizmy pękania
Są generalnie 2 mechanizmy pękania materiałów: plastyczne rozrywanie
i kruche pękanie.
σ
loc
al
σ
loc
al
Re
r
pustki
Wytrzymałość
teoretyczna
r
Plastyczne rozrywanie
Pęknięcie w materiale powoduje, że lokalne naprężenia w pobliżu
jego krawędzi jest większe od średniego naprężenia w materiale,
czyli pęknięcie prowadzi do koncentracji naprężeń.
Należy zwrócić uwagę na to, że strefa uplastyczniona maleje ze
wzrostem Re dlatego miękkim metalom towarzyszy duża strefa
uplastycznienia a pęknięcia w twardych ceramikach tworzą b. małą
strefę lub nie wytwarzają jej zupełnie. Nawet czyste metale zwykle
zawierają małe wtrącenia i zanieczyszczenia, jeśli znajdą się one w
strefie uplastycznienia przed czołem pęknięcia to ulegają one
odkształceniom co powoduje powstawanie wydłużonych pustek,
które łącząc się ze sobą powodują, że pęknięcie narasta.
Odkształcenie plastyczne powoduje jednoczesne stępienie ostrza
pęknięcia co zmniejsza lokalne naprężenia tak, że w pobliżu ostrza
jest ono zaledwie dostateczne do podtrzymania procesu
odkształcania umacniającego się materiału.
Kruche pękanie
 Jeśli nie występuje zjawisko stępienia ostrza
czoła pęknięcia to lokalne naprężenie przed
pęknięciem może osiągać b. duże wartości i
może osiągnąć teoretyczną wytrzymałość
materiału. Jest wtedy dostatecznie duże na to
żeby rozrywać wiązania między atomami w tym
obszarze: pęknięcie rozrasta się wówczas
pomiędzy parą płaszczyzn atomowych.
Korozja
Korozja pochodzi od łac. „corrosio” –
gryzienie
Według PN-69/H-04609 korozja metali to
niszczenie na skutek wzajemnej reakcji
chemicznej lub elektrochemicznej metalu
ze środowiskiem korozyjnym.
Szybkość korozji (ubytek masy) przelicza
się na jednostkę powierzchni metalu i
jednostkę czasu, np. g/(m² •godz.)
Przykłady zniszczeń korozyjnych
2 0 0m
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Na powierzchni metalu tworzą się mikroogniwa (np. zanieczyszczenie+
osnowa metaliczna).
Elektrolit tworzy [(woda, wilgoć w powietrzu) + zanieczyszczenia powietrza (
siarka, dwutlenek węgla )],
np. kwas siarkowy. Jednocześnie przebiegają dwa procesy anodowy i
katodowy.Proces katodowy – Fe oddaje elektrony, które wchodzą w reakcję
z wodą (powstaje ujemna grupa wodorotlenowa), proces anodowy – Fe
łączy się z grupą wodorotlenową tworząc produkt korozji (wodorotlenki
żelaza).
Korozja chemiczna
 Najpospolitszym przykładem tego typu korozji
jest korozja w gazach w podwyższonej
temperaturze, a w szczególności tzw.
zendrowanie żelaza. Żelazo czyli stal
ogrzewane w powietrzu lub ogólnie w
atmosferze utleniającej, powleka się warstewką
tlenków żelaza głównie: Fe3O4, ale powstają
także pewne ilości Fe2O3 i FeO, wskutek
bezpośredniej reakcji między żelazem a tlenem
czy też innym czynnikiem utleniającym.
Zmęczenie materiału
Jeżeli materiał jest poddawany działaniu
zmiennych obciążeń np. wał napędowy
silnika spalinowego lub skrzydła samolotu,
może on ulec zniszczeniu nawet jeśli
naprężania obciążające materiał są niższe
od granicy plastyczności materiału.
Złomy zmęczeniowe mają charakterystyczny
wygląd
Przykład złomu zmęczeniowego
Przełom
doraźny
Linie
spoczynkowe
Ognisko
pęknięcia
Erozja
Erozja to niszczenie materiału
spowodowane uderzaniem o powierzchnię
materiału drobnych cząstek materii z dużą
prędkością, np. łopatki turbiny gazowej
mogą ulegać erozji jeżeli gaz zasilający
turbinę jest zanieczyszczony drobinami.
Jedną z odmian erozji jest erozja
kawitacyjna materiału
Erozja kawitacyjna
Kawitacja to zjawisko wywołane zmiennym
polem ciśnień w cieczy, polegające na
powstawaniu,
wzroście
i
zanikaniu
pęcherzyków
lub
innych
obszarów
zamkniętych zawierających parę, gaz lub
mieszaninę parowo-gazową danej cieczy.
Pęcherzyki zwiększają swoją objętość w
obszarach, w których ciśnienie spada
poniżej wartości krytycznej i gwałtownie
zmniejszają swoją objętość (implodują) w
strefach podwyższonego ciśnienia.
Kawitacja i jej skutki
• Uporczywy hałas
• Drgania i wibracje
• Obniżenie sprawności
• Erozja kawitacyjna
c
pszyb
s eero
red
V )/dt
kko
ość
rozji
zji dd (?
(Δ V
P
d ko
sc
)/d t
re
Uubbyte
s cii ?Δ V
je to
ytekk oobbję
tośc
Erozja kawitacyjna
d (Δ V )/d t
Δ V (t)
czas t
I
IV
II
III
0,55 mm
Zużycie trybologiczne (tribologiczne)