Co to jest awaria pełzania i etapy pełzania – www.materialwelding.com

Co To jest pełzanie

jest to mechanizm awarii, który może wystąpić w materiale narażonym przez dłuższy czas na obciążenie poniżej jego granicy sprężystości (naprężenie plastyczne), materiał zwiększa długość w kierunku zastosowanego naprężenia. Szybkość deformacji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, dlatego ważne jest, aby znać prędkość deformacji przy danym obciążeniu i temperaturze, jeśli komponenty mają być bezpiecznie zaprojektowane do pracy w wysokich temperaturach. W tym celu opracowano stopy odporne na pełzanie. Pełzanie wpływa na wszystkie metale i stopy.

w metalach dochodzi do uszkodzenia pełzania na granicach ziaren, co daje pęknięcie międzykrystaliczne. Rysunek 1 przedstawia puste przestrzenie, które tworzą się na granicach ziaren we wczesnym stadium pełzania.

rodzaje awarii pełzania

istnieje kilka rodzajów awarii pełzania, które można scharakteryzować w następujący sposób:

Międzykrystaliczna awaria pełzania

występuje to po długotrwałym narażeniu na temperaturę i stres. Wczesne stadia długotrwałego pełzania manifestują się jako puste przestrzenie na granicach ziaren, które następnie łączą się, tworząc szczeliny/pęknięcia graniczne ziarna. W rezultacie występuje niewielkie zmniejszenie powierzchni przekroju i występuje grubościenne pęknięcie. Nieniszcząca metalografia replikacyjna jest skutecznym sposobem określenia obecności długotrwałych uszkodzeń pełzających.

ponadto płytki węglika żelaza w strukturze perlitu stali węglowych ulegną termicznej degradacji do sferoidyzowanego węglika żelaza w wyniku długotrwałego przegrzania. Ciągły rozkład w zwykłych stalach węglowych może spowodować całkowitą degradację do grafitu i ferrytu. Degradację tę można również wykryć za pomocą metalografii replikacyjnej.

Transgranular creep fracture

ten typ złamania może wystąpić w krótkotrwałych niepowodzeniach pełzania. Ciągliwość i zmniejszenie powierzchni są zwykle duże i znacznie większe niż w temperaturze pokojowej, powodując wybrzuszone, cienkościenne pęknięcie.

pęknięcie punktu

przy wystarczająco wysokich temperaturach i niskich naprężeniach rekrystalizacja podczas pełzania może usunąć mikrostrukturalne uszkodzenia pełzania. W rezultacie pustki nie zarodkują i może dojść do schyłku do punktu.

Dodatki chromu i molibdenu w stalach mogą zwiększyć trwałość pełzania. Czyszczenie mechaniczne lub chemiczne jest zwykle stosowane do usuwania osadu gromadzącego się w rurach kotła, co zmniejsza ryzyko lokalnych gorących miejsc. Odpowiedni program kontroli, który obejmuje monitorowanie utraty grubości ścianki, degradacji mikrostruktury i uszkodzenia pełzania, jest również skutecznym środkiem zmniejszającym prawdopodobieństwo uszkodzenia pełzania.

etapy uszkodzenia pełzania w materiałach

uszkodzenie pełzania występuje w trzech różnych fazach w materiałach, gdy są poddawane ich temperaturze pełzania. W tych stadiach pełzania materiał stopniowo traci swoją solidność i tworzy puste przestrzenie pełzania. Te puste przestrzenie pełzania pod dalszym obciążeniem będą propagować się w pęknięciach wywołanych pełzaniem.

1. pierwotne pełzanie: szybki wzrost długości, w którym szybkość pełzania zmniejsza się w miarę twardnienia metalu.
2. wtórne pełzanie (stan stacjonarny): jest to okres prawie stałej szybkości pełzania i jest to okres, który tworzy większość życia pełzania składnika.

3. Trzeciorzędowe pełzanie: występuje, gdy żywotność pełzania jest prawie wyczerpana, w materiale uformowały się puste przestrzenie, a efektywny obszar przekroju został zmniejszony. Szybkość pełzania przyspiesza wraz ze wzrostem naprężenia na jednostkę powierzchni, aż Próbka w końcu zawiedzie.

różne etapy pełzania i ich odpowiednie warunki materiałowe przedstawiono na poniższym rysunku 2.

mechanizm uszkodzenia pełzania

w podwyższonych temperaturach i naprężeniach, znacznie mniejszych niż naprężenie plastyczne w wysokiej temperaturze, metale ulegają trwałemu odkształceniu plastycznemu zwanemu pełzaniem. Rysunek 3 przedstawia schematyczną krzywą pełzania dla stałego obciążenia; wykres zmiany długości wersów czasu. Masa lub obciążenie próbki utrzymuje się na stałym poziomie przez cały czas trwania badania. Istnieją cztery części krzywej, które są interesujące:

• początkowy stopień stromości, który jest przynajmniej częściowo elastyczny, od punktu ” 0 “do punktu” A ” na powyższym rysunku 3.
• po tym następuje region, w którym szybkość wydłużenia lub deformacji zmniejsza się z czasem, tak zwane przejściowe lub pierwotne pełzanie, z regionu “a” do “B” powyższego rysunku. Porcja od punktu ” 0 ” do punktu “B” następuje dość szybko.
• następna część krzywej pełzania to obszar zainteresowań inżynierskich, gdzie szybkość pełzania jest prawie stała. Część od ” B “do” C ” jest niemal liniowa i przewidywalna. W zależności od obciążenia lub stresu czas może być bardzo długi; dwa lata w teście i kilka dekad w eksploatacji.
• czwarta część krzywej pełzania, poza stałym współczynnikiem pełzania lub regionem liniowym, wykazuje szybko rosnącą szybkość pełzania, która kończy się niepowodzeniem. Nawet w warunkach testowych o stałym obciążeniu skuteczne naprężenie może faktycznie wzrosnąć z powodu uszkodzenia, które tworzy się w mikrostrukturze.

błędy pełzania charakterystyka

błędy pełzania charakteryzują się:

• wybrzuszenie lub pęcherze w probówce.
• złamania o grubych krawędziach często z bardzo małą widoczną ciągliwością.
• wzdłużne “pęknięcia naprężeniowe” w jednej lub obu skalach tlenku ID i OD.
• zewnętrzne lub wewnętrzne grubości tlenków, które sugerują wyższe niż oczekiwano temperatury.
• międzykrystaliczne pustki i pęknięcia w mikrostrukturze

Początkowa temperatura pełzania materiałów

początkowa temperatura pełzania stali węglowej, C-0,5 Mo, 1,25 Cr-0,5 Mo, 2,25 Cr-1mo i stali nierdzewnej przedstawiono w poniższej tabeli.

awaria pełzania a awaria zmęczeniowa

zmęczenie to sytuacja, w której element poddawany jest cyklicznemu obciążeniu. Stres projektowy, który jest wytrzymałością stosowaną w obciążeniu zmęczeniowym, jest znacznie mniejszy niż granica plastyczności i wytrzymałość materiału . 90 procent elementów maszyny ulega awarii z powodu zmęczenia. Na przykład trudno jest złamać drut przez rozciąganie, ale jeśli zastosujemy cykliczne obciążenie i zginamy rozpiąć drut kilka razy, łatwo się łamie.
pełzanie to sytuacja, w której element doświadcza deformacji pod stałym obciążeniem w czasie, gdy jest wprowadzany do użytkowania. Najlepszym przykładem na zilustrowanie tego jest to, że kable elektryczne są nauczane(szczelne), gdy są zainstalowane, ale po pewnym czasie doświadczają zwiotczenia z powodu własnego ciężaru.