Co je selhání tečení a fáze tečení – www.materialwelding.com

co je tečení

jedná se o mechanismus selhání, ke kterému může dojít v materiálu vystaveném po delší dobu zatížení pod jeho mezí pružnosti (mez kluzu), přičemž materiál se prodlužuje ve směru aplikovaného napětí. Rychlost deformace se zvyšuje se zvýšením teploty, takže je důležité znát rychlost deformace při daném zatížení a teplotě, pokud mají být komponenty bezpečně navrženy pro vysokou teplotu. Za tímto účelem jsou vyvinuty slitiny odolné proti tečení. Všechny kovy a slitiny jsou ovlivněny tečení.

v kovech dochází k selhání tečení na hranicích zrn, čímž se získá mezigranulární zlomenina. Obrázek 1 ukazuje dutiny, které se tvoří na hranicích zrn v rané fázi tečení.

typy poruch tečení

existuje několik typů selhání tečení, které lze charakterizovat následovně:

Intergranulární selhání tečení

k tomu dochází po dlouhodobém vystavení teplotě a stresu. Raná stadia dlouhodobého tečení se projevují jako dutiny na hranicích zrn, které se následně spojují a vytvářejí trhliny/praskliny na hranicích zrn. V důsledku toho dochází k malému zmenšení plochy průřezu a dochází k silnostěnné zlomenině. Nedestruktivní replikační metalografie je účinným prostředkem k určení přítomnosti dlouhodobého poškození tečení.

kromě toho se destičky karbidu železa v perlitové struktuře uhlíkových ocelí tepelně degradují na sféroidizovaný karbid železa v důsledku dlouhodobého přehřátí. Pokračující rozklad v obyčejných uhlíkových ocelích může vést k úplné degradaci na grafit plus ferit. Tato degradace může být také detekována pomocí replikační metalografie.

Transgranulární tečení zlomenina

tento typ zlomeniny může nastat při krátkodobých selháních tečení. Tažnost a zmenšení plochy jsou obvykle velké a mnohem větší než při pokojové teplotě, což vytváří vyboulenou tenkostěnnou zlomeninu.

zlomenina bodu prasknutí

při dostatečně vysokých teplotách a nízkých namáháních může rekrystalizace během tečení odstranit mikrostrukturální poškození tečení. V důsledku toho se dutiny nukleují a může dojít k zúžení až k bodu.

přídavky chrómu a molybdenu v ocelích mohou prodloužit životnost tečení. Mechanické nebo chemické čištění se obecně používá k odstranění usazenin v trubkách kotle, což snižuje riziko místních horkých míst. Vhodný kontrolní program, který zahrnuje sledování ztráty tloušťky stěny, mikrostrukturní degradace a poškození tečení, je také účinným prostředkem ke snížení pravděpodobnosti selhání tečení.

stupně selhání tečení v materiálech

selhání tečení se vyskytuje ve třech různých fázích v materiálech, když jsou vystaveny jejich tečení teplotě. V těchto stádiích tečení materiál postupně ztrácí svou spolehlivost a vytváří creepové dutiny. Tyto creepové dutiny při dalším zatížení se budou šířit v prasklinách vyvolaných creepem.

1. primární tečení: rychlý nárůst délky, kdy se rychlost tečení snižuje s tvrdnutím kovové práce.
2. sekundární tečení (ustálený stav): je to období téměř konstantní rychlosti tečení a je to období, které tvoří většinu doby tečení součásti.

3. Terciární tečení: nastává, když je životnost tečení téměř vyčerpána, v materiálu se vytvořily dutiny a účinná plocha průřezu byla snížena. Rychlost tečení se zrychluje, jak se zvyšuje napětí na jednotku plochy, dokud vzorek nakonec selže.

různé stupně tečení a jejich příslušné materiálové podmínky jsou znázorněny na obrázku 2 níže.

mechanismus selhání tečení

při zvýšených teplotách a namáhání, mnohem méně než vysokoteplotní mez kluzu, kovy podléhají trvalé plastické deformaci zvané tečení. Figura 3 ukazuje Schematický tečení křivku pro konstantní zatížení; děj změny délky verše času. Hmotnost nebo zatížení vzorku se po dobu zkoušky udržuje konstantní. Zajímavé jsou čtyři části křivky:

• počáteční strmá rychlost, která je alespoň částečně elastického původu, od bodu ” 0 “do bodu” a ” na obrázku 3.
• následuje oblast, ve které se rychlost prodloužení nebo deformace s časem snižuje, tzv. přechodné nebo primární tečení, z oblasti ” a “na” B ” výše uvedeného obrázku. Část z bodu ” 0 “do bodu” B ” nastává poměrně rychle.
• další částí křivky tečení je oblast technického zájmu, kde je rychlost tečení téměř konstantní. Část od ” B ” do ” C ” je téměř lineární a předvídatelná. V závislosti na zatížení nebo stresu může být doba velmi dlouhá; dva roky v testu a několik desetiletí v provozu.
• čtvrtá část křivky tečení, za konstantní rychlostí tečení nebo lineární oblastí, vykazuje rychle rostoucí rychlost tečení, která kulminuje selháním. I za podmínek zkoušky s konstantním zatížením se může účinné napětí skutečně zvýšit v důsledku poškození, které se tvoří v mikrostruktuře.

poruchy tečení charakteristiky

poruchy tečení se vyznačují:

• vypouklé nebo puchýře ve zkumavce.
• zlomeniny se silnými hranami často s velmi malou zjevnou tažností.
• podélné “pnutí trhliny” v jedné nebo obou stupnicích oxidu ID a OD.
• tloušťky vnější nebo vnitřní stupnice oxidu, které naznačují vyšší než očekávané teploty.
• intergranulární dutiny a trhliny v mikrostruktuře

počáteční tečení teplota materiálů

počáteční tečení teplota uhlíkové oceli, C-0,5 Mo, 1,25 Cr-0,5 Mo, 2,25 Cr-1Mo a nerezové oceli je uvedena v následující tabulce.

selhání tečení vs. únavové selhání

únava je situace, kdy je součást vystavena cyklickému zatížení. Konstrukční napětí, které je vytrvalostní síla používaná při únavovém zatížení, je mnohem menší než mez kluzu a konečná pevnost materiálu . 90 procent součástí stroje selže kvůli únavě. Například je obtížné přerušit drát natažením, ale pokud použijeme cyklické zatížení a ohýbáme drát několikrát, snadno se zlomí.
Creep je situace, kdy součást zažívá deformaci při konstantním zatížení s časem, jak je uvedena do provozu. Nejlepším příkladem pro ilustraci je, že elektrické kabely jsou vyučovány (těsné) , když jsou nainstalovány, ale po nějaké době se u nich projeví ochabnutí kvůli vlastní hmotnosti.