Che cosa è Creep fallimento e le fasi di creep – www.materialwelding.com

che Cosa è Creep

si tratta di un meccanismo di rottura che possono verificarsi in un materiale esposto per un lungo periodo di tempo per un carico al di sotto del suo limite elastico (carico di Snervamento), il materiale in aumento in lunghezza, in direzione della tensione applicata. Il tasso di deformazione aumenta con, aumento della temperatura quindi è importante conoscere la velocità di deformazione ad un dato carico e temperatura se i componenti devono essere progettati in modo sicuro per il servizio ad alta temperatura. A tale scopo vengono sviluppate leghe resistenti allo scorrimento. Tutti i metalli e le leghe sono influenzati dal creep.

Nei metalli, il fallimento del creep si verifica ai confini del grano per dare una frattura intergranulare. La figura 1 mostra i vuoti che si formano sui confini del grano nella fase iniziale del creep.

Tipi di Creep Failures

Esistono diversi tipi di creep failure che possono essere caratterizzati come segue:

Intergranular creep failure

Ciò si verifica dopo un’esposizione prolungata a temperatura e stress. Le prime fasi del creep a lungo termine si manifestano come vuoti ai confini del grano, questi poi successivamente si collegano a formare fessure/fessure del confine del grano. Di conseguenza, c’è una piccola riduzione dell’area della sezione trasversale e si verifica una frattura a pareti spesse. La metallografia di replicazione non distruttiva è un mezzo efficace per determinare la presenza di danni da creep a lungo termine.

Inoltre, le piastrine di carburo di ferro nella struttura perlite degli acciai al carbonio si degradano termicamente a carburo di ferro sferoidizzato a causa del surriscaldamento a lungo termine. Continua decomposizione in acciai al carbonio pianura può provocare la degradazione totale a grafite più ferrite. Questa degradazione può anche essere rilevata utilizzando la metallografia di replicazione.

Frattura da creep transgranulare

Questo tipo di frattura può verificarsi in guasti da creep di breve durata. La duttilità e la riduzione dell’area sono solitamente grandi e molto maggiori rispetto a temperatura ambiente, producendo una frattura rigonfia e a parete sottile.

Punto di rottura frattura

A temperature sufficientemente elevate e basse sollecitazioni, ricristallizzazione durante creep può rimuovere microstrutturale danni creep. Di conseguenza, i vuoti non si nucleano e può verificarsi il collo fino a un punto.

Le aggiunte di cromo e molibdeno negli acciai possono aumentare la durata del creep. La pulizia meccanica o chimica viene generalmente utilizzata per rimuovere l’accumulo di depositi nei tubi di caldaia che riduce il rischio di punti caldi locali. Un programma di ispezione appropriato che include il monitoraggio della perdita di spessore della parete, del degrado microstrutturale e dei danni da creep è anche un mezzo efficace per ridurre la probabilità di guasti da creep.

Fasi di Creep Failure nei materiali

Creep failure si verifica in tre diverse fasi nei materiali quando sono sottoposti alla loro temperatura di creep. In questi stadi di scorrimento il materiale perde progressivamente la sua solidità e forma vuoti di scorrimento. Questi vuoti di scorrimento sotto ulteriore carico si propagheranno in crepe indotte da scorrimento.

1. Creep primario: un rapido aumento della lunghezza in cui la velocità di scorrimento diminuisce man mano che il lavoro in metallo si indurisce.
2. Scorrimento secondario (stato stazionario): è un periodo di velocità di scorrimento quasi costante ed è il periodo che forma la maggior parte della vita di scorrimento di un componente.

3. Creep terziario: si verifica quando la vita di scorrimento è quasi esaurita, si sono formati vuoti nel materiale e l’area della sezione trasversale effettiva è stata ridotta. La velocità di scorrimento accelera quando lo stress per unità di superficie aumenta fino a quando il campione non riesce.

Diversi stadi di scorrimento e le rispettive condizioni materiali sono mostrati nella figura 2.

Meccanismo di Creep Failure

A temperature e sollecitazioni elevate, molto meno della tensione di snervamento ad alta temperatura, i metalli subiscono una deformazione plastica permanente chiamata creep. Figura 3 mostra una curva di scorrimento schematico per un carico costante; un grafico della variazione di lunghezza versi tempo. Il peso o il carico sull’esemplare è tenuto costante per la durata della prova. Ci sono quattro porzioni della curva che sono di interesse:

• Un tasso iniziale ripida che è almeno in parte di origine elastica, dal punto ” 0 “al punto” A ” in Figura sopra 3.
• Questo è seguito da una regione in cui la velocità di allungamento o deformazione diminuisce con il tempo, il cosiddetto scorrimento transitorio o primario, dalla regione “A” a “B” della figura sopra. La porzione dal punto ” 0 “al punto” B ” si verifica abbastanza rapidamente.
• La porzione successiva della curva di scorrimento è l’area di interesse ingegneristico, dove il tasso di scorrimento è quasi costante. La porzione da “B” a ” C ” è quasi lineare e prevedibile. A seconda del carico o dello stress, il tempo può essere molto lungo; due anni in un test e diversi decenni in servizio.
• La quarta porzione della curva di scorrimento, oltre la velocità di scorrimento costante o la regione lineare, mostra una velocità di scorrimento in rapido aumento che culmina nel fallimento. Anche in condizioni di prova a carico costante, lo stress effettivo può effettivamente aumentare a causa del danno che si forma all’interno della microstruttura.

Caratteristiche dei guasti creep

I guasti Creep sono caratterizzati da:

• rigonfiamento o vesciche nel tubo.
• fratture con bordi spessi spesso con duttilità molto poco evidente.
• “crepe longitudinali di sforzo” in una o entrambe le scale dell’ossido di OD e di ID.
• spessori esterni o interni in scala di ossido che suggeriscono temperature superiori al previsto.
• vuoti intergranulari e crepe nella microstruttura

Temperatura di scorrimento iniziale dei materiali

La temperatura di scorrimento iniziale di acciaio al carbonio, C-0,5 Mo, 1,25 Cr-0,5 Mo, 2,25 Cr-1Mo e acciaio inossidabile è mostrata nella tabella seguente.

Creep Failure vs. Fatigue Failure

Fatigue è una situazione in cui il componente è sottoposto a carico ciclico. Lo stress di progettazione che è la forza di resistenza utilizzata nel carico a fatica è molto inferiore alla resistenza allo snervamento e alla resistenza finale del materiale . il 90% dei componenti della macchina si guasta a causa della fatica. Ad esempio è difficile rompere un filo allungando, ma se applichiamo un carico ciclico e pieghiamo il filo un certo numero di volte si rompe facilmente.
Creep è una situazione in cui un componente subisce deformazioni sotto carico costante nel tempo man mano che viene messo in uso. Il miglior esempio per illustrare questo è che i cavi elettrici vengono insegnati (stretti) quando sono installati, ma dopo un po ‘ di tempo sperimentano cedimenti a causa del peso autonomo.