Transcript Únavový lom Šírenie únavových trhlín

Ž U v Ž ilin e
Strojnícka fakulta
Únavový lom
Šírenie únavových trhlín
Žilinská univerzita v Žiline
Strojnícka fakulta
Strojárske technológie
Bc. Radovan Salaj - [email protected]
Bc. Daniel Slabý - [email protected]
Obsah
• Štádia únavového lomu
• Šírenie únavových trhlín
• Rýchlosť šírenia únavových trhlín
Štádiá únavového lomu podľa nevratných
zmien plastickej deformácie[1]
• Štádium zmeny mechanických vlastností v celom objeme (1)
• Štádium nukleácie únavových trhlín (2)
• Štádium šírenia únavových trhlín až do náhleho lomu (3)
Obr.1 Štádiá únavového lomu[1]
Obr.2 Únavový lom [1] :
a, makroskopický vzhľad
b, mikroskopický vzhľad
Šírenie únavových trhlín[3]
Obr.3 Štádiá únavového lomu[3]
• Po ukončení nukleačného štádia obsahuje povrch kovu
mikrotrhliny, orientované do smeru aktívnych sklzových rovín.
• Pri ďalšom cyklickom zaťažovaní sa tieto trhlinky navzájom
prepájajú a rastú do hĺbky. Na základe energetických pomerov na
čelách jednotlivých trhlín sa napokon s pokračujúcim zaťažovaním
bude šírit len jedna, tzv. magistrálna únavová trhlina.
Šírenie únavových trhlín[3]
Obr.3 Štádiá únavového lomu[3]
• Táto sa pri svojom šírení natáča do smeru kolmého na
vektor vonkajšieho zaťaženia. Prechod roviny trhliny z
aktívnej sklzovej roviny do roviny kolmej k vonkajšiemu
zaťaženiu sa označuje ako prechod od
kryštalografického šírenia (I. štádium šírenia) do
nekryštalografického šírenia (II. štádium šírenia).
Šírenie únavových trhlín[3]
Obr.5 Štádiá únavového lomu[3]
• Keďže rýchlosť šírenia trhliny v I. štádiu je veľmi malá, počet
cyklov potrebných pre jej rozvoj je neporovnateľne väčší ako v II.
štádiu. Tento prípad je typický pre hladké telesá bez primárnych
vrubov.
•
•
V prípade existencie ostrých vrubov (konštrukčných, technologických
alebo metalurgických) je šírenie únavovej trhliny predstavované len
II. štádiom.
V oboch štádiách sa únavové trhliny šíria pri bežných teplotách
transkryštalicky (cez objem zrna), šírenie trhlín po hraniciach zrn sa
až na niekoľko výnimiek vyskytuje len pri zvýšených teplotách.
Šírenie únavových trhlín[2]
Obr. 4 Schéma postupu šírenia únavovej trhliny:
1- prvá etapa - Kryštalografický vznik, rast a postupný odklon
2 - druhá etapa šírenia trhlín - končí záverečným lomom po kritickom zmenšení
nosného prierezu súčiastky, konštrukcie.
3 - neefektívne trhliny
4 – plastická zóna na čele trhliny
Lairdov mechanizmus šírenia
únavovej trhliny[2]
Pri aplikácii ťahovej časti zaťažujúceho cyklu
(a,b,c) s postupným rastom napätia na čele
v dôsledku vysokej koncentrácie vzniká
lokalizovaná plastická deformácia v rovinách
max. šmykového napätia, otvára sa čelo trhliny
a otupuje sa špica.
Obr. 6 Schéma Lairdovho
mechanizmu šírenia únavovej
trhliny[2]
Odľahčenie (d) vyvoláva približovanie oboch
častí trhliny k sebe vtedy, ak nový povrch, ktorý
vznikol pri ťahovom zaťažení nezanikne úplne a
v smere maximálneho šmykového napätia
ostávajú vytiahnuté výstupky trhliny- sú totožné
so žliabkami lomového reliéfu.
Úplné odľahčenie a tlakové zaťaženie vyvoláva
priblíženie častí k sebe, súčasne pozorujeme
zväčšenie trhliny zodpovedajúce vzdialenosti
medzi žliabkami(e).
Rýchlosť šírenia trhliny[3]
• Na výpočet času potrebného na šírenie únavovej
trhliny do porušenia vzorky bolo od roku 1964 bolo
vypracovaných až 54 rozličných rovníc, ktoré majú
spoločnú predovšetkým súvislosť rýchlosti šírenia
únavovej trhliny s parametrami lomovej mechaniky,
najmä s amplitúdou súčiniteľa intenzity napätia Ka
(Paris)
Rýchlosť šírenia trhliny[1]
Obr.7 Charakteristiky cyklického zaťaženia[1]
Obr.8 Smithov diagram a základné druhy
cyklického zaťaženia [1]
Amplitúda súčiniteľa intenzity napätia Ka je rozhodujúcou charakteristikou
na opis šírenia únavových trhlín v oblasti vysokocyklovej únavy.
Závislosť rýchlosti šírenia únavovej trhliny da/dN
od amplitúdy súčíniteľa intenzity napätia Ka.
Obr.5 Diagram závislosti rýchlosti šírenia únavovej trhliny da/dN od amplitúdy
súčiniteľa intenzity napätia Ka[1]
Základná prahová hodnota amplitúdy súčiniteľa
intenzity napätia Kath[1]
• Kath – je odpor materiálu voči šíreniu trhlín z pôvodných
defektov. Určuje sa podľa medziatómovej vzdialenosti.
Ak je prírastok trhliny za jeden cyklus menší než
medziatómová vzdialenosť, potom cyklické zaťaženie
nie je z fyzikálneho hľadiska dôležité. V praxi to
znamená že ak Ka≤Kath sa trhliny nešíria, resp. šírenie je
veľmi pomalé.
Tab.1 Hodnoty Kath niektorých materiálov[2]
Využitie v praxi
Napríklad:
• Môžme určiť prípustnú dovolenú veľkosť
trhliny(defektu) v miestach, kde poznáme
dovolenú veľkosť cyklického napätia.
• Vypočítať životnosť, resp. prípustnú
veľkosť napätia pre teleso s trhlinou
známeho rozmeru.
Obrazová príloha
Použitá literatúra:
• [1] Skočovský, Bokúvka - Náuka o materiáli pre odbory strojnícke,
EDIS, 2006
• [2] Puškár, Hazlinger – Porušovanie a lomy súčastí, EDIS 2000
• [3] www.mtfdca.szm.sk/subory/unava.pdf
• [4] http://www.ltmetal.net/teoria/vznik-lomu/
Ďakujem za pozornosť.