Chapter 18 - Kruip Flashcards
Wat is kruip?
Een toenemende vervorming onder een constante spanning. Materialen kunnen dus ook onder constante kracht tijdsafhankelijk verdrag vertonen. Hierbij is de relatie tussen spanning en rek dus niet constant in functie van de tijd.
Wat is spanningsrelaxatie?
Wanneer er een constante vervorming plaatsvindt zal de spanning met de tijd afnemen.
Hoe werkt kruip?
Bij het aanbrengen van een belasting zal het ogenblikkelijk vervormen (plastisch of elastisch afhankelijk van o.a. de temperatuur en de belasting).
Indien in de tijd nog extra vervorming plaatsvindt spreekt men van kruiprek.
Na het weghalen van deze spanning blijft er een residuele vervorming over. Als het materiaal ogenblikkelijk plastisch vervormd was dan is de residuele vervorming gelijk aan deze plastische vervorming + de kruipvervorming. Als er enkel een ogenblikkelijke elastische vervorming was dan is de residuele vervorming gelijk aan de kruiprek. Er kunnen zich dan 2 situaties voordoen:
- De kruiprek wordt steeds kleiner met de tijd tot het de oorspronkelijke vorm terug aanneemt. Men noemt dit visco-elastisch gedrag.
- De oorspronkelijke vorm wordt niet meer aangenomen na verloop van tijd. Dan spreekt men van visco-plastisch gedrag.
Wat is de totale vervorming bij kruip?
𝜀_tot = 𝜀_i + 𝜀_k
De totale rek is gelijk aan de ogenblikkelijke (tijdsonafhankelijke) componenten + kruip- (tijdsafhankelijke) component.
Hoe verloopt het kruipproces algemeen?
- Primaire kruip: kruiprek neemt snel toe maar de snelheid ervan zwakt af naarmate de tijd.
- Secundaire kruip: constante kruipsnelheid (lineair op rek-tijd diagram)
- Tertiaire kruip: Opnieuw toenemende kruip en dit keer neemt ook de kruipsnelheid toe tot er kruipbreuk optreedt.
Note: Dit hangt af van de spanning die het materiaal ondervindt. En niet bij elke spanning komen alle 3 de stadia voor. Voor een hoge spanning kan er bv. enkel tertiaire kruip zijn, voor een gemiddelde spanning komen ze alle 3 voor en voor een lage spanning is er alleen primaire kruip.
Hoe beïnvloeden temperatuur en spanning de kruip?
Beiden hebben dezelfde effecten:
- Grotere initiële vervorming
- Grotere vervormingssnelheid
- Kleiner primair en secundair gebied (of zelfs afwezigheid)
- Kruipbreuk na kortere tijd.
Hoe werkt een kruipproef?
Het proefstaal wordt onder constante trekkracht F (meestal bij een bepaalde hoge T) gehouden. De rek wordt op een bepaalde manier gemeten gedurende de tijd. Men zet deze waarden uit op een rek-tijd diagram. Men kan hier de technische rek of de ware rek gebruiken afhankelijk van het materiaal en hoe nauwkeurig het doeleinde. Men zet de tijdsas op een logaritmische schaal omdat de proef zeer lang duurt.
Hoe werkt spanningsrelaxatie?
Wanneer een proefstaal eerst uitgerokken wordt, en dan op deze uitrekking constant gehouden wordt. Zal de spanning die nodig is om het staal zo te houden met de tijd dalen. Wanneer het losgelaten wordt zal het staal met een negatieve spanning terug geduwd moeten worden, anders bereikt het zijn oorspronkelijke vorm niet terug. Voor een visco-elastisch materiaal zal de spanning opgebouwd in het materiaal na verloop van tijd weer verdwijnen.
Geef een voorbeeld waar kruip een belangrijk probleem kan vormen.
Elektriciteitscentrales (hieronder uitgelegd), stoomturbines, vliegtuigmotoren.
Water wordt opgewarmd tot een oververhitte damp. Dit zorgt voor een toename in druk, deze druk doet een turbine draaien, en deze rotatie wordt omgezet in elektriciteit. Zowel de pijpen om het water tot oververhitte damp te krijgen als de turbine ondervinden hoge druk en hoge temperatuur. Wat het materiaal waarvan ze gemaakt zijn een hoger risico geeft op kruip.
Bij veel metalen en keramische materialen treedt kruip op boven 40% van de smelttemperatuur. Maar bv. bij lood gebeurt het al bij kamertemperatuur.
Wolfraam daarentegen, wordt gebruikt in gloeilampen, waar elektrische stroom wordt omgezet in licht omdat het materiaal zo’n hoge smelttemperatuur heeft en dus veel deze elektrische energie in licht wordt omgezet. De reden dat gloeilampen een beperkte levensduur hebben is dat er door de hoge temperatuur kruip kan optreden.
Wat is bulkdiffusie kruip?
Een vorm van kruip veroorzaakt door diffusie:
Loodrecht op de belastingsrichting heerst een drukspanning (als de korrels in 1 richting uiteen getrokken worden dan zullen ze loodrecht daarop samengeduwd worden). De plaats waar ze samengeduwd worden zal dan minder vacancies hebben. En een deel van de vacancies die ontstaan bij het vlak dat uiteen getrokken wordt zal dan een deel vacancies afgeven. Dit zorgt ervoor vacancies in de richting van het vlak dat onder druk staat verplaatsen en omgekeerd zullen atomen zich naar de vacancies verplaatsen. Hierdoor treedt er geleidelijke vervorming op.
Men noemt dit de Nabarro-Herring kruip.
Wat is het effect van de korrelgrootte op de bulkdiffusie?
Bij kleinere korrels is de afstand die de deeltjes moeten overbruggen kleiner dus heeft dit een negatief effect op de kruipweerstand. Een fijnkorrelig materiaal is dus gevoeliger voor kruip. Hoewel een fijnkorrelig materiaal wel sterker is. Men zal dus moeten afwegen wat het belangrijkste is voor de toepassing of alternatieve materialen zoeken.
Wat is diffusiekruip langs de korrelgrenzen?
Korrels vervormen door diffusie van vacancies langs de korrelgrenzen. Men noemt dit Coble kruip. Dit is nog sterker afhankelijk van de temperatuur en de korrelgrootte.
Bespreek de temperatuurs- en spanningsafhankelijkheid van kruip.
De verschillende mechanismen gebeuren vanaf verschillende temperaturen en korrelgroottes.
Men kan dit weergeven op een grafiek met op de x-as de homologe temperatuur en op de y-as de genormaliseerde temperatuur.
Bij lage temperaturen treedt elastische vervorming op en bij hoge spanningen treedt dislocatieglijden (plastische vervorming) op. De andere mechanismen gebeuren bij hogere temperaturen bij lagere spanningen dan deze waarop dislocatieglijden voorkomt.
Zie grafiek of teken ze zelf.
Wat is dislocatiebeweging en waarom heeft dit effect op de kruip?
Door het glijden en klimmen van dislocaties (wat ook optreedt bij lage temperaturen) treedt er plastische vervorming op.
Wat is de homologe temperatuur?
T/T_m (smelttemperatuur)
