Ψαθυρή θραύση Flashcards
Ενδοκρυσταλλική θραύση (transgranular fracture)
-διαχωρισμός κόκκων
-ψαθυρή και όλκιμη θραύση, θραύση από
κόπωση
∆ιακρυσταλλική θραύση (intergranular fracture)
-κατά μήκος των ορίων των κόκκων (ερπυσμός, ΘΕΖ, ΜΣ) -σε υψηλές θερμοκρασίες & Stress Corrosion Cracking (διάβρωση με μηχανική καταπόνηση που οδηγεί σε ρωγμάτωση)
Κυριότεροι μηχανισμοί θραύσης
1) Θραύση κατ’ αποχωρισμό
- σ>0
- ψαθυρή θραύση
2) Θραύση κατ’ ολίσθηση
- διατμητικές τ
- όλκιμη
- πλαστική ροή
- μόνο θραύση κατ’ολίσθηση σε Me με fcc (Κράματα Al, ανοξείδωτοι ωστενιτικοί St)
Επιφάνεια ψαθυρής θραύσης
1)Μακροσκοπικά:
λαμπερή, κοκκώδης, ομαλή
2)Μικροσκοπικά
“ποταμοί”, γραμμώσεις
Επιφάνεια όλκιμης θραύσης
1)Μακροσκοπικά
άγρια, γκρι και θαμπή
2)Μικροσκοπικά ισοαξονικοί λάκκοι
Δυσθραυστότητα κατ’ εγκοπή-ορισμός
: η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια σε δυναμική καταπόνηση
παρουσία ενός σφάλματος. Για την αποφυγή ψαθυρής απαιτείται επαρκής ΔΚΕ
Δοκιμές για μέτρηση δυσθραυστότητας κατ’ εγκοπή
- δοκιμή Charpy
- δοκιμή δυναμικής σχάσης
- δοκιμή ΚIC
Ορισμός Nil ductility Temperature
NDT, θερμοκρασία μηδενικής ολκιμότητας: η μέγιστη
θερμοκρασία για την οποία έχουμε συμπεριφορά επίπεδης παραμόρφωσης σε κρουστική
καταπόνηση
Γραμμική ελαστική θεωρία της θραύσης
Συνδέει την εντατική κατάσταση στο άκρο της ρωγμής με την εφαρμοζόμενη τάση (μακριά), το υλικό
κατασκευής και το μέγεθος, τη μορφή και τον προσανατολισμό της ρωγμής.
Οι τρεις τύποι σχετικής μετατόπισης των 2 επιφανειών της ρωγμής
Τύπος Ι
2 επιφάνειες μετατοπίζονται κάθετα η μία προς την άλλη σε αντίθετες κατευθύνσεις
Τύπος ΙΙ
Οι 2 επιφάνειες ολισθαίνουν η μία πάνω στην άλλη σε κατεύθυνση κάθετη προς τη γραμμή του άκρου της ρωγμής
Τύπος ΙΙΙ
Οι 2 επιφάνειες μετατοπίζονται προς αντίθετες κατευθύνσεις παράλληλα στο άκρο της ρωγμής
CTOD
Crack Tip Opening Displacement
Σε περιπτωση πλαστικής ροής το άκρο της ρωγμής δεν είναι πια οξύ αλλά έχει πεπερασμένο άνοιγμα όχι μηδενικό. Χρησιμεύει ως μέτρο της δυσθραυστότητας ενός υλικού όταν δεν ισχύει πλέον η γραμική ελαστική θεωρία της θραύσης
Κρίσιμος συντελεστής έντασης τάσης
Παριστάνει την εγγενή ικανότητα ενός υλικού να υποστηρίζει μια δεδομένη εντατική
κατάσταση στο άκρο μιας ρωγμής και να αντιστέκεται στην προοδευτική επέκταση της
ρωγμής κάτω από συνθήκες εφελκυσμού, σε επίπεδη παραμόρφωσ
Από τι εξαρτάται ο κρίσιμος συντελεστής έντασης τάσης
υλικό
θερμοκρασία
ρυθμό φόρτισης
εξωτερικό περιορισμό
Κριτήριο θραύσης
Ασταθή θραύση θα έχουμε όταν ο ΣΕΤ στο άκρο της ρωγμής φτάσει την τιμή του κρίσιμου ΣΕΤ
Ki>=Kic
Πειραματικός προσδιορισμός των Kic και Kid
- δοκίμιο κάμψης με εγκοπή
- συμπαγές δοκίμιο εφελκυσμού
Προσοχή: το μέγεθος της δημιουργούμενης πλαστικής ζώνης στο άκρο της ρωγμής πρέπει να ειναι μικρό σχετικά με τις υπόλοιπες διαστάσεις ώστε η επίδραση της πλαστικής ζώνης να αμελείται (πάχος περίπου 50 φορές μεγαλύτερο του μεγέθους πλαστικής ζώνης)
Παράγοντες που επιδρούν στη δυσθραυστότητα
- Θερμοκρασία διάβασης σε επιπεδη παραμόρφωση
- Πάχος δοκιμίου
- Θερμοκρασία και ρυθμός φόρτισης
Επίδραση θερμοκρασίας διάβασης σε επίπεδη παραμόρφωση στη δυσθραυστότητα
Η συμπεριφορά των περισσοτέρων χαλύβων αλλάζει από όλκιμη σε ψαθυρή με μείωση της
θερμοκρασίας – σταδιακή μετάβαση σε ένα στενό εύρος θερμοκρασιών Ο ρυθμός αύξησης του Kic δεν είναι σταθερός αλλά μεταβάλλεται σε κάποιο θερμοκρασιακό εύρος που εξαρτάται από τις διαστάσεις του δοκιμίου και τις συνθήκες μέτρησης
Πάχος δοκιμίου
Μπροστά από οξεία ρωγμή ο πλευρικός περιορισμός είναι τέτοιος που δημιουργεί τάσεις κατά το πάχος. Οι τάσεις πρέπει να μηδενίζονται στις δύο επιφάνειες του ελάσματος και έχουν μικρότερη τιμή σε λεπτά σε σχέση με τα παχιά ελάσματα. Σε πολύ παχιά έχουμε μεγάλες τάσεις και τρισδιάστατη εντατική κατάσταση εμπρός από τη ρωγμή. Άρα η δυσθραυστότητα είναι μικρότερη σε παχιά απ΄ ότι σε λεπτά ελάσματα ανεξάρτητα της μεταλλουργικής δομής .
Επίδραση θερμοκρασίας και ρυθμός φόρτισης στα Kic και Kid
Όσο αυξάνεται η θ και μειώνεται ο ρυθμός φόρτισης αυξάνεται και η δυσθραυστότητα.
Δοκιμή Charpy
Κλασσικό δοκίμιο με εγκοπή τύπου V με φόρτιση κρουστική ή αργή καμπτική Τρεις τρόποι προσδιορισμού της δυσθραυστότητας Εναλλακτικό δοκίμιο με προϋπάρχουσα ρωγμή (που γίνεται με εναλλασσόμενη φόρτιση) ... φόρτιση κρουστική ή αργή καμπτική Η δοκιμή Charpy δεν γίνεται συνήθως σε χάλυβες υψηλής αντοχής και κράματα Al και Ti επειδή αυτά δεν έχουν μεγάλες αλλαγές συμπεριφοράς με τη θερμοκρασί
Δοκιμή προσδιορισμού θερμοκρασίας NDT
Η μηχανική ρωγμή είναι ψαθυρή συγκόλληση κομμένη με
πριόνι σε συγκεκριμένες διαστάσεις
Καμπτική φόρτιση 3 σημείων από πίπτον βάρος σε
διαφορετικές θερμοκρασίες
Η θερμοκρασία NDT είναι η υψηλότερη Τ για την οποία το
δοκίμιο θραύεται ψαθυρά
Το πείραμα επαναλαμβάνεται 6-8 φορές σε διάφορες
θερμοκρασίες για να βρεθεί η NDT, συνήθως με ακρίβεια
10οF.
Η δοκιμή γίνεται σε χάλυβες με σο < 140 ksi (965 MPa)
∆οκιμή δυναμικής σχάσης (Dynamic Tear, DT, test)
-∆οκίμιο με οξεία εγκοπή φορτιζόμενο κρουστικά σε κάμψη 3 σημείων
-Το αποτέλεσμα είναι καμπύλη απορροφούμενης ενέργειας ως συνάρτηση της
θερμοκρασίας
-Η δοκιμή χρησιμεύει για την κατασκευή των FAD (Fracture analysis diagram, διάγραμμα
ανάλυσης θραύσης) και RAD (Ratio analysis diagram)
Κριτήρια αποφυγής θραύσης
Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη: (α) υπηρεσιακές συνθήκες (φορτία, θερμοκρασία, ρυθμός επιβολής φορτίων) (β) επιθυμητό επίπεδο συμπεριφοράς (γ) αποτελέσματα πιθανής αστοχίας
Χαρακτηριστικά επίπεδης παραμόρφωσης-ελαστική συμπεριφορά
- ψαθυρή θραύση
- μικρά a crit
- προσοχή σε περιπτώσεις μεγάλων περιορισμών
- δεν ανήκουν εδώ τα περισσότερα υλικά
Χαρακτηριστικά επίπεδης εντατικής κατάστασης-ελαστοπλαστική συμπεριφορά
- αρκετή πλαστική διαρροή πριν τη θραύση
- μεγάλα a crit
- τα περισσότερα υλικά
- λόγω μεγάλου Kic/Kid είναι δύσκολη η πειραματική μέτρηση απαιτούνται μεγάλα δοκίμια
Χαρακτηριστικά γενικής διαρροής-πλαστική συμπεριφορά
- όλκιμη θραύση
- αδύνατη μέτρηση Kic/Kid
- σπάνια προδιαγράφονται τέτοια υλικά
Ορισμός ασφαλούς αστοχίας
-ύπαρξη ασφαλιστικών δικλείδων (εάν συμβεί αστοχία, αυτή να παραμείνει τοπική, μη
οδηγώντας σε ολική καταστροφική αστοχία της κατασκευής)
Παραδείγματα εφαρμογής Ασφαλούς αστοχίας
(α) πολλαπλά στοιχεία μεταφοράς φορτίου
(β) στοιχεία σύλληψης ρωγμών
(crack arrestors)
