Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

Podobné dokumenty
Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Plastická deformace a pevnost

Nauka o materiálu. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ PODMÍNKY PLASTICITY A PORUŠENÍ

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

Zkouška rázem v ohybu. Autor cvičení: prof. RNDr. B. Vlach, CSc; Ing. Petr Langer. Jméno: St. skupina: Datum cvičení:

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Nelineární problémy a MKP

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

Požadavky na technické materiály

DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY SVARŮ I.

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

TEORIE TVÁŘENÍ. Lisování

Téma 2 Napětí a přetvoření

i. Vliv zvýšených teplot na vlastnosti ocelí

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Poruchy krystalové struktury

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Katedra textilních materiálů ENÍ TEXTILIÍ PŘEDNÁŠKA 7 MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Pevnost v tahu vláknový kompozit. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

VLIV REAKTOROVÉHO PROSTŘEDl' NA ZKŘEHNUTI' Cr-Mo-V OCELI

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

Pružnost, pevnost, tvrdost, houževnatost. Jaký je v tom rozdíl?

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

DVA ZÁKLADNÍ PROBLÉMY PLASTICITY KOVŮ

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

Tváření. produktivní metody výroby polotovarů a hotových výrobků, které se dají dobře mechanizovat i automatizovat (velká výkonnost, minimální odpad)

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

Vzpěr, mezní stav stability, pevnostní podmínky pro tlak, nepružný a pružný vzpěr Ing. Jaroslav Svoboda

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Struktura a vlastnosti kovů I.

Hodnocení vlastností folií z polyethylenu (PE)

2. Mezní stavy. MS porušení

Pevnost v tahu vláknový kompozit

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Přetváření a porušování materiálů

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

OVMT Mechanické zkoušky

Zapojení odporových tenzometrů

POLOTOVARY VYRÁBĚNÉ TVÁŘENÍM ZA TEPLA

Pružnost a pevnost. 6. přednáška 7. a 14. listopadu 2017

TERMOMECHANICKÉ VLASTNOSTI

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

Nespojitá vlákna. Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

tuhost, elasticita, tvrdost, relaxace a creep, únava materiálu, reologické modely, zátěž a namáhání

Tepelně aktivovaná deformace

VYUŽITELNOST PROTLAČOVACÍCH ZKOUŠEK NA MINIATURNÍCH DISCÍCH (SMALL PUNCH TEST - SPT) PRO STANOVOVÁNÍ MATERIÁLOVÝCH CHARAKTERISTIK ZA VYSOKÝCH TEPLOT

Zkoušky rázem. Vliv deformační rychlosti

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

8 Elasticita kaučukových sítí

Výztužné oceli a jejich spolupůsobení s betonem

Křehké materiály. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek, 2008

3. Mezní stav křehké pevnosti. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Inkrementální teorie plasticity - shrnutí

III/2-1 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

ZÁKLADNÍ PŘÍPADY NAMÁHÁNÍ

Voigtův model kompozitu

Vlastnosti a zkoušení materiálů typové otázky ke zkoušce

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Struktura polymerů. Příprava (výroba).struktura vlastnosti. Materiálové inženýrství (Nauka o materiálu) Základní představy: přírodní vs.

6 ZKOUŠENÍ STAVEBNÍ OCELI

Stavební hmoty. Přednáška 3

2. Molekulová stavba pevných látek

Nespojitá vlákna. Nanokompozity

OVMT Mechanické zkoušky

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Kontrola a měření strojních součástí a jejich polotovarů Pevnostní zkouška statická na tah

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

Posouzení za požární situace

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

PRUŽNOST A PLASTICITA

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

1. Měření hodnoty Youngova modulu pružnosti ocelového drátu v tahu a kovové tyče v ohybu

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Nauka o materiálu typové otázky ke zkoušce

Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

Pevnost kompozitů obecné zatížení

CZ.1.07/1.5.00/

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

Zkoušky vlastností technických materiálů

III/2-1 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Analýza zkušebních rychlostí podle EN ISO

Transkript:

Vlastnosti a zkoušení materiálů Přednáška č.9 Plasticita a creep

Vliv teploty na chování materiálu 1. Teplotní roztažnost L = L α T ( x) dl 2. Závislost modulu pružnosti na teplotě: Modul pružnosti při zvyšování teploty klesá. 0 L Teplota = α T L 3. Závislost meze kluzu na teplotě: Mez kluzu při zvyšování teploty klesá. 2 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Vliv teploty na chování materiálu 4. Závislost meze pevnosti na teplotě: 5. Vliv teploty na další materiálové parametry: Kontrakce a tažnost s rostoucí teplotou roste, lomová houževnatost s rostoucí teplotou stoupá (ocelové konstrukce jsou náchylnější ke vzniku křehkého lomu při nízkých teplotách). 3 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Plasticita Ideálně pružněplastický materiál (bez zpevnění). V=0 Závislost napětí deformace z tahové zkoušky ( σ ε) nahradíme: v oblasti do meze kluzu platí v oblasti nad mezí kluzu platí deformace roste nad všechny meze., Re σ Materiálové parametry E, Re. ε e ε 4 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Plasticita Bilineární materiálový model v oblasti do meze kluzu platí, v oblasti nad mezí kluzu platí,. Tahový diagram se zpevněním. Materiálové parametry E 1, E 2, Re. σ Re E 1 ε e E 2 + = E 1 ε E 2 Křivku lze také nahradit více než dvěma přímkami multilineární materiálový model. 5 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Creep tečení materiálu U tahové zkoušky oceli při pokojové teplotě je deformace závislá pouze na velikosti zatěžující síly, nezávisí na čase (vliv je zanedbatelný). Neměníme li sílu, nemění se ani prodloužení. Zvýšíme-li teplotu (pro oceli nad asi 400 C) pak jsou ovšem změny délky při dlouhotrvajícím konstantním zatížení větší. Tato změna délky (tvaru) při dlouhodobém konstantním zatížení se nazývá tečení nebo creep. t0= 0 s F= konst. t1>t0 t2>t1 6 Přednáška č.9 - Plasticita a creep

Creep tečení materiálu Creep (tečení) se obvykle popisuje pomocí závislosti poměrného prodloužení na čase. Křivku lze rozdělit do tří částí: I začátek tečení, materiál zpevňuje, rychlost deformace se zmenšuje. II rychlost deformace je konstantní, k popisu lze použít Nortonův vztah, kde A, n jsou materiálové parametry. III začínají se projevovat lokální poruchy, zmenšování plochy průřezu až do lomu. ε I II III 7 Přednáška č.9 Plasticita a creep t

Creep vliv teploty Creep způsobují procesy, které jsou silně ovlivněny teplotou. S rostoucí teplotou se zvyšuje rychlost deformace. Můžeme vyjít zarrheniovy rovnice. Ke kategorizaci se používá tzv. homologická teplota, což je poměr dané teploty a teploty tavení. Rostoucí teplota ovlivňuje také mechanismus, kterým creep probíhá. 8 Přednáška č.9 - Plasticita a creep

Creep fyzikální pozadí U krystalických materiálů můžeme deformační mechanismy rozdělit do několika skupin: Dislokační skluz bez zotavení (malé rychlosti) - (A) Creep řízený zotavením - Dislokační creep difuze dislokací - zotavení diskokací (anihilace dislokace) - difuze mřížkou (C)/difuze jádry(b) Difuzní creep difuze bez účasti mřížkových dislokací, difuze vakancí difuze mřížkou (Hering-Nabarro) (D) difuze hranicemi zrn (Coble) (E) Atd. Informaci o tom, který z deformačních mechanismů bude k rychlosti deformace přispívat rozhodující měrou, poskytuje deformační mapa. Deformační mapa pro čistý nikl, střední průměr zrna d = 1 mm [1] 9 Přednáška č.9 - Plasticita a creep

Příklad tyč zatížená konstantní silou F Relativně jednoduše lze počítat oblast stacionárního creepu. K výpočtu se používá Nortonův vztah. Napětí při zatížení nepřekročí mez kluzu, bude tedy platit Hookův zákon. Poměrné prodloužení se bude pak skládat z elastické (vratné) a creepové části. Postup výpočtu je naznačen v tabulce. Pozn.: L - délka tyče, S plocha průřezu, E modul pružnosti v tahu 10 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Životnost při creepu Larson-Millerův parametr Creepové zkoušky probíhají dlouhou dobu obvykle jde o tisíce hodin měsíce. V praxi ale mnoho součástí musí fungovat roky, tedy ~100000h, což je zhruba 11 let. Data ze zkoušek se tedy extrapolují na větší časové intervaly. Jeden z často používaných způsobů řešení využívá tzv. Larson Millerův parametr. Základní rovnice má tvar: PLM = T (log( tr ) + C), kde C je materiálový parametr, P LM je Larson Millerův parametr, T je teplota [K] a t r je čas [h] do lomu. Postup řešení je naznačen v tabulce. Popis kroku Na základě experimentu, nebo z literatury (grafy, tabulky apod.) stanovíme C, P LM. Můžeme zjistit životnost při teplotě T = 800 K Nebo teplotu pro životnost Rovnice a výsledky C = 20 [log(h)] P LM = 20000 11 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Zkoušky tečení Během zkoušky se zkušební tyč (T=konst.) zatíží tahem a sleduje se nárůst trvalé podélné deformace s časem. Creepové zkoušky se provádějí při konstantním zatížení (působící síle), případně při konstantním napětí. Při konstantním zatížení skutečné napětí při zkoušce vzrůstá. Časově náročnější jsou tedy zkoušky při konstantním napětí. Čas do porušení může být značný. Zkouškami tečení se stanovuje: I. Mez tečení R T - obvykle při podélné deformaci 1% po 10 5 hod. II. Mez pevnosti při tečení R mt - napětí, které při dané teplotě způsobí po určité předem stanovené době lom. R mt čas [h] / teplota [ C] = napětí [MPa] 12 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Praktické využití zkoušek tečení Konstrukce součástí namáhaných za vysokých teplot. Výjimku tvoří polymery, u nichž zpravidla dochází ke creepu již za pokojových teplot. Př: lopatka spalovacího motoru - při startu napětí 250 MPa, teplota 850 C, 30 hod max. deformace ε 0,1% - Náročné požadavky na odolnost proti vysokoteplotní oxidaci, houževnatost a teplotní stabilitu struktury splňují superslitiny Ni (Nimonic, Inconel tvrdé, T tav =1280 C a používají se do 850 C) 13 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Relaxace napětí Mějme konstrukci, ve které je určité konstantní (v čase neměnné) poměrné prodloužení. Toto je způsobeno například přesahem při nalisování (předpětí). Při zvýšené teplotě, pak vlivem creepu (tečení) dojde k zvětšení průměru a tím ke snížení přesahu a tedy i napětí (relaxaci napětí). Napětí σ R R R RZ 14 Přednáška č.9 Plasticita a creep čas t

Relaxace napětí Relaxace je jev rovněž závislý na čase. Problém relaxace řešíme v předepjatých konstrukcích, nalisovaných spojích apod. V těchto případech musí být pro zachování funkčnosti zachováno určité minimální napětí v konstrukci. U ocelí k relaxaci dochází rovněž za vyšších teplot (pro oceli nad asi 400 C). Relaxaci lze tedy definovat jako uvolnění pružných napětí, a to narůstáním plastické deformace zatížené součásti v určitém směru, při současně velkém poklesu pružné deformace ve stejném směru. Zkouškami relaxace se stanovuje mez relaxace v tahu R R a zbytkové napětí R RZ (napětí, které působí po daném čase a při dané teplotě zkoušky). R RZ čas [h] / teplota [ C] = napětí [MPa] 15 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Příklad tyč zatížená konstantní deformací Napětí se pohybují pod mezí kluzu, plastická složka deformace je tedy nulová. Pro celkovou poměrnou deformaci platí kde je elastická složka, je složka odpovídající creepu (v čase t=0 je nulová) a je počáteční (konstantní) hodnota deformace. Po derivaci a dosazení Hookova zákona a Nortonovy rovnice získáme Počáteční deformace, musí tudíž platit: Rovnici upravíme (separace proměnných) a integrujeme Integrační konstantu C určíme z počáteční podmínky pro t=0: Úpravou získáme 16 Přednáška č.9 Plasticita a creep

Doporučená literatura [1] Čadek, Josef, Creep kovových materiálů, Academia, 1984. [2] Sedláček, Vladimír a kol. Zotavení a rekrystalizace, Academia,1985 [3] Dowling, E. Norman. Mechanical Behavior of Material, Pearson, 2007 [4] Trebuňa F., Šimčák F. Odolnosť prvkov mechanických sústav, Edicia vedeckej a odbornej literatury Technická universita v Košiciach, 2004 [5]Výukové materiály k předmětu Pružnost a pevnost v Energetice : http://www.339.vsb.cz/ppe.htm 17 Přednáška č.9 Plasticita a creep