Každá konštrukcia vydrží iba toľko,
koľko vydrží materiál, z ktorej je
vyrobená
Základné rozdelenie lomov
tra
ns
kr
yš L
ta om
lick
ý
zm L
ie š om
an
ni t
ý
erk
ry L
š ta om
lick
ý
L om
tvá rn y
L om
zm ie šan ý
L om
š tiep enm
í
L om p r i tečen í
L om ún avový
L om s ilový
Interkryštalický lom
Prebieha po hraniciach zŕn
Nízka spotreba energie
Príčina:
Krehká, nekohorentná fáza
(fázy) na hranici zŕn
Lom:
hladký, s plytkou morfológiou, alebo obsahuje
zachytené častice vylúčenej
fázy
Interkryštalické porušenie ocele, REM
- nástrojová oceľ 19 552, tepelná únava
Interkryštalické porušenie ocele, REM
- nástrojová oceľ 19 552, tepelná únava
Interkryštalické únavové porušenie ocele, REM
- oceľ 12 020
Interkryštalické porušenie tvárnej liatiny, REM
Transkryštalický lom
Prebieha po kryštalografických
rovinách jednotlivých zŕn
Spotreba energie zodpovedá
porušeniu medzičasticových
väzieb
Príčina:
Energia napätia je väčšia ako
energia väzby v danej
kryštalografickej rovine
Lom:
vytvára morfológiu podľa typu
mechanizmu porušenia
Transkryštalické štiepne porušenie, oceľ 12 013
Transkryštalické tvárne porušenie s jamkovou morfológiou, oceľ 12 020
Transkryštalické štiepne porušenie, silumín AlSi10MgMn
Transkryštalické štiepne porušenie tvárna liatina
Zmiešaný lom
Prebieha po hraniciach, aj po
kryštalografických rovinách
jednotlivých zŕn
Spotreba energie riadi cestu šírenia
trhliny
Príčina:
Šírenie trhliny sa riadi najnižšou
nutnou energiou pre vytvorenie
nového (lomového) povrchu
Lom:
vytvára morfológiu podľa typu
mechanizmu porušenia
Zmiešaný lom - interkryštalické a transkryštalické štiepne porušenie, - Cu
Zmiešaný lom - interkryštalické a transkryštalické únavové porušenie, oceľ 12 020
Zodpovedne Vám môžem povedať, že táto prednáška ma úplne
zlomí
Silové lomy
Mechanizmy porušenia
Bez plastickej deformácie
Čiastočná plastická deformácia
S platickou deformáciou
Štiepením
Tvárne štiepenie
Šmykom
Riečková morfológia
Jazýčková morfológia
Štiepna iniciácia
Jamková morfológia
Krehké štiepenie
 čelo trhliny môže postupovať
po niekoľkých rovnobežných
rovinách,
 stupne sa spájajú v smere
rozvoja trhliny.
 miesto, z ktorého sa riečkové
stupne šíria, sú miesta vzniku
zárodku štiepnej trhliny,
 veľkosť štiepnych faziet
zodpovedá veľkosti zrna
alebo subzrna.
Re
Rf
Vznik riečkovej morfológie
100
0
10
100
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
Vznik jazýčkovej morfológie
 Nutná čiastočná plastická deformácia dvojčatením,
 výskyt rastie s klesajúcou teplotou,
 klesá s predchádzajúcou plastickou deformáciou.
{10 1 }
Mechanizmus a morfológia tvárneho
štiepenia
 Tento mechanizmus predstavuje
prechod medzi štiepením a
tvárnym porušením (tvárny lom
so štiepnou iniciáciou),
 plastická deformácia sa uplatňuje
v priebehu tvorby lomových
plôch,
 vyskytuje sa hlavne pri lomoch
vysokopevných ocelí a ocelí s
martenzitickou štruktúrou.
Mechanizmus tvárneho porušenia
Pred porušením a pri
porušovaní prebieha plastická
deformácia,
veľkosť deformácie je
funkciou druhu, čistoty,
štruktúry a deformačného
stavu materiálu,
Zárodky trhlín sa vytvárajú v
mieste výskytu inej fázy
(karbidy, sulfidy, precipitáty,
vtrúseniny), alebo
mikronecelistvosti.
Rf
Rm
Re
Vznik jamkovej morfológie
 Pri deformácii telesa zárodky
zväčšujú svoj priemer v smere
kolmom na smer hlavného
ťahového napätia.
 Mostíky medzi dutinami sa
vyťahujú a zoslabujú.
 Postupné porušovanie
mostíkov predstavuje šírenie
trhliny
 Počas plastickej deformácie
nastáva dekohézia danej fázy
od matrice.
Tvar a veľkosť jamiek
závisí od:
 množstva, tvaru, veľkosti a
distribúcie zárodkov,
 tvaru a veľkosti zŕn,
 stavu štruktúry,
 deformačnej histórie
materiálu
 stavu napätosti
 rýchlosti deformácie,
 veľkosti nahromadenej
elastickej a plastickej
deformácie
Pri šírení magistrálnej trhliny cez prierez telesa sa môže
mechanizmus vzniku lomu meniť. Lomová plocha potom
predstavuje súbor faziet rôzneho typu porušení
Závisí to od:
 množstva, tvaru, veľkosti a distribúcie zárodkov,
 tvaru a veľkosti zŕn,
 stavu štruktúry,
 deformačnej histórie materiálu,
 stavu napätosti,
 rýchlosti deformácie,
 veľkosti nahromadenej elastickej a plastickej deformácie.
Na jedenie myslíš stále, ale aby si porozmýšľal, akým
mechanizmom zlomíš môj odpor, to Ťa ani nenapadne
Lomy únavové
alebo,
materiál sa porušuje pri napätí, ktoré je podstatne
nižšie ako medza sklzu.
Prečo?
Pretože
 Lom nastáva postupným hromadením poškodenia a
porušenia pri opakovanom mechanickom, tepelnom
alebo mechanicko-tepelnom namáhaní telesa.
 Pri únavovom porušení nenastáva makroskopická
deformácia telesa. Celý proces prebieha v mikroobjeme
na čele trhliny, respektíve v lokálnom mieste na
povrchu pri tvorbe zárodku únavovej trhliny.
Kde začína únavová trhlina?
Únavové trhliny vznikajú na voľnom povrchu cyklicky
zaťažovaných telies v mieste maximálnej koncentrácie
napätí.
 Miesta s maximálnou koncentráciou napätí predstavujú
vruby rôzneho typu a pôvodu ako:
– trvalé sklzové pásy,
– vtrúseniny, nedokonalosti opracovania povrchu,
– hranice zŕn a subzŕn,
– medzifázové hranice,
– trhliny a defekty s nadkritickou veľkosťou,
– korózne napadnutie.
Wohlerova krivka
Rm
Re
N ízko cyk o
l vá
únava
V y sok o cyk o
l vá
únava
Č a sovaná únavová
p evno sť
Parisová krivka
A
B
log d c
dN
m
K
a th
.
K
d c =A
dN
logK
a
a
C
K
C
I
Kumulácia energie a poškodenie
E
50 000M P a
K r itick é sk lzov é n ap ä tie
I
E
M
I
a)
b)
E
M
I
c)
5M P a
K ry š ta log ra fická
o r ien tác ia
M
log D
( G ) , log G
( )
Energeticko - časový priebeh lomu
l ,D l
lo g N
( ) , lo g ( t)
Koncentrácia napätí na čele trhliny
Re
2c
r pl
Štádiá únavového lomu a morfológia
D o lom en ie
ad iá ln e
tu pn e
hn isko
.
tád ium
2 . š tád ium
R a s to v é
lín ie
Únava je hrozná,
nepomôžu ani
botasky a klobúk.
Pán kolega, som rada, že to máme
konečne za sebou
Lom pri tečení
alebo,
trvalá deformácia telesa pri stálej
hodnote napätia sa s rastúcim časom
zaťažovania zväčšuje až do lomu.
Čo sa vlastne deje?
 tečenie prebieha pri každej teplote, ale pri nízkych
homologických teplotách sa rýchlosť tečenia postupne
zmenšuje a tečenie nekončí lomom,
 pri zvýšených teplotách prebiehajú v kryštálovej
mriežke súbežne s deformáciu v závislosti od času
tepelne aktivované zotavovacie procesy,
 zotavenie znižuje deformačné spevnenie,
 pri konštantnom napätí a teplote sa trvalá deformácia
telesa s rastúcim časom zaťažovania zväčšuje a v
limitnom prípade končí lomom
Takto to môže vyzerať
T = k on š tan ta
= k on š tan ta
4
3
2
I
II
III
o
1
Neboj sa synku, aj Ty raz pochopíš čo je creep, krep a čo
je tečenie
Čo to spôsobilo?
Časový priebeh tečenia je výslednicou týchto
deformačných mechanizmov:
pohyb dislokácií vo vnútri zŕn-dislokačný creep,
sklzy po hraniciach zŕn,
difúzia vakancií .
Rýchlosť tečenia je určovaná rýchlosťou tepelne
aktivovaných dejov
deformačné mechanizmy závisia od:
–
–
–
–
materiálu,
štruktúry,
teploty,
napätia.
Čo sa vlastne deje?
Tečenie v jednotlivých zrnách a pochody na hraniciach
zŕn si vyžadujú zložité vzájomné prispôsobovanie tvaru
zŕn, predovšetkým sklzy v hraniciach a odstraňovanie
vznikajúcich špičiek napätia migráciou hraníc.
V styku troch zŕn, v miestach výstupkov hraníc a častíc
ďalších fáz vylúčených na hraniciach zŕn, vznikajú
poškodenia typu dutín alebo trhlín klínového tvaru.
Počiatky tohoto poškodenia na hraniciach zŕn, ku
ktorému dochádza len pri tečení, nachádzame už počas
sekundárneho tečenia.
Kedy vznikne lom pri tečení?
 Pri dosiahnutí určitého stupňa poškodenia hraníc
zŕn nastáva lom.
 Jeho charakter závisí od rýchlosti deformácie v
sekundárnej oblasti tečenia.
 Pri vysokej rýchlosti vznikajú lomy sčasti
interkryštalického, sčasti transkryštalického
charakteru s výrazným predĺžením i kontrakciou.
No čo sa čudujete, vysvetľoval som na Letnej škole
mechanizmy tečenia
Vnútrokryštálový creepový lom
je podobný tvárnemu lomu.
vnútrokryštálový creepový lom spočíva v
nukleácií dutín na inklúziách v matrici a ich
rastom,
dutiny sú nukleované koncentráciou
napätia, generovaného na inklúziách,
koncentrácia napätia na inklúziách v
priebehu deformácie rastie, až nastane lom
inklúzie, alebo porušeniu jej kohézie s
matricou.
nukleovaná dutina , rastie creepovou
deformáciou podobne ako pri porušení
šmykom pri nízkych teplotách
V konečnej fáze porušovania sa uskutočňuje
koalescencia dutín a vlastný lom je sprevádzaný
malým, prípadne zanedbateľným pomerným
predĺžením.
Medzikryštálový creepový lom
Medzikryštálové creepový porušovanie sa uskutočňuje dvoma
spôsobmi:
vznikom kavít na hraniciach zŕn približne kolmých na os
aplikovaného napätia, ich rastom a koalescenciou, vedúcou k
vzniku trhlín.
vznikom trhlín na stykoch troch zŕn, ich rastom pozdĺž hraníc,
vzájomným spojovaním trhlín iniciovaných na rôznych
navzájom nie príliš vzdialených stykoch troch zŕn.
V prvom prípade ide o „kavitačné“ medzikryštálové
porušovanie, ktoré končí medzikryštálovým kavitačným lomom,
v druhom potom o „trhlinové“ porušovanie, ktoré končí
medzikryštálovým „trhlinovým“ lomom.
Medzikryštálový kavitačný lom
Proces medzikryštálového creepového
kavitačného lomu možno rozdeliť do
piatich štádií:
 nukleácia kavít,
 rast kavít,
 koalescencia kavít - vznik trhlín,
 šírenie jednej z trhlín,
 konečný lom.
Jednotlivé štádiá majú rôznu
preferenciu ale môžu prebiehať aj
súčasne
a)
b)
c)
d)
Nukleácia kavít
Z teórie heterogénnej nukleácia vyplýva, že kavity
budú vznikať prednostne v miestach:
s vysokou hustotou povrchovej alebo medzifázovej energie,
s vysokou koncentráciou napätia..
Z toho vyplýva, že nukleácia kavít prebehne na:
stykoch troch a štyroch zŕn,
na výstupkoch na hraniciach zŕn,
na inklúziách situovaných v hraniciach,
nukleácia kavít môže byť podmienená aj dislokačným sklzom v
zrnách.
Prosím Vás, aká medzihviezdna komunikácia. Máte Vy vôbec
predstavu o nukleácií kavít?
Príklad nukleácie kavít
K av ita
P ok lz
S
z
l
k
P ok lz
S
a)
Ť ah
Ť ah
b)
• poklzmi na hraniciach zŕn,
• ťahovým napätím na výstupkoch
z
l
k
Ako sú kavity rozložené?
v polykryštáloch podrobených creepu sú kavity obvykle
dosť rovnomerne rozdelené na jednotlivých kazetách
priečnych k osy ťahového napätia,
avšak hustota kavít sa môže od „priečnej“ fazety k
„priečnej“ fazete výrazne meniť,
niektoré hraničné fazety sú často celkom bez kavít,
zatiaľ čo iné môžu mať vysokú koncentráciu kavít.
Čo riadi rast kavít?
Difúzny rast kavít nemusí byť
obmedzený, ak operuje v
dostatočnom rozsahu niektorý
A kom o d á c ia
sk lzom
akomodačný proces:
v z rn á ch
dislokačný sklz, sklzy po
hraniciach zŕn, difúzny creep,
alebo ich kombinácia.
A kom o d á c ia
sk lzm ip o
Pri vhodných podmienkach h ran ic ia ch
môžu tieto procesy, najmä
dislokačný creep a sklzy,
difúzny rast kavít riadiť.
P o su n u t ie
sp ô so b en é
k av itá c io u
A kom o d á c ia
d ifú zn ym i
to km i
Koalescencia kavít
Čo vedie ku koalescencii?
priestorová distribúcia kavít na hraniciach zŕn je v
priebehu creepu veľmi heterogénna.(na kavitačnom
medzikryštálovom lome sa kavity dajú detekovať len na
obmedzenom podiele hraníc),
rozdielna hustota kavít je aj na jednotlivých
kavitovaných hraniciach, na každej z nich je zvyčajne
rovnomerná, od hranice k hranici sa však často
prenikavo mení,
kavitácia prebieha prednostne v blízkosti voľného
povrchu, čo vedie ku generácii výrazného gradientu
hustoty kavít v priereze uvažovaného telesa.
No čo sa divíte, Vaša praktická ukážka nukleácie kavít bola taká
úspešnú, že po koalescencii mám malú Kavitku
Čo sa deje potom?
Nezávisle od mechanizmu rastu kavít, skôr či neskôr
nastane ich koalescencia - vzájomnému dotyku a
spojovaniu.
priebehu koalescencie, ktorá už predstavuje pokročilú
fázu medzikryštálového porušovania, sú podmienky
nestacionárne,
procesy porušovania sa postupne zrýchľujú
rast rozmerných medzikryštálových dutín tvorených
koaleskovanými kavitami začína riadiť celý proces.
Medzikryštálový trhlinový lom
spočíva v nukleácií trhlín na styku
troch zŕn,
ich raste pozdĺž hraníc,
vzájomnom spájaní trhlín
iniciovaných na rôznych stykoch
troch zŕn,
 formovaní magistrálnej trhliny,
Ako sa šíri klinová trhlina?
Akonáhle je trhlina nukleovaná, môže sa ďalej šíriť
niektorým z týchto mechanizmov:
sklzom,
plastickou deformáciou zŕn, vedúcou k porušovaniu
kohézie pred čelom trhliny,
kondenzáciou vakancií na čele trhliny a depozíciou
atómov na hranici,
nukleáciou a rastom kavít pred čelom trhliny a ich
spojovaním s trhlinou
Musím sa priznať, že po tom všetkom neviem čo ťa vlastne
odrovnalo, Letná škola únavy, lomy z preťaženia, únavové
namáhanie, alebo záverečný creep?
Ak nevidíte dvoch delfínov, ste unavení
a mali by sme skončiť!
Malý test na pozornosť
Ďakujem za pozornosť
Download

Lom