Ce este eșecul de fluaj și etapele de fluaj – www.materialwelding.com

ce este fluaj

este un mecanism de defectare care poate apărea într-un material expus pentru o perioadă prelungită de timp la o sarcină sub limita sa elastică (stres de randament), Materialul crescând în lungime în direcția stresului aplicat. Rata de deformare crește odată cu creșterea temperaturii, deci este important să cunoașteți viteza de deformare la o sarcină și o temperatură date dacă componentele trebuie proiectate în siguranță pentru service la temperaturi ridicate. În acest scop, se dezvoltă aliaje rezistente la fluaj. Toate metalele și aliajele sunt afectate de fluaj.

în metale, eșecul fluajului apare la limitele granulelor pentru a da o fractură intergranulară. Figura 1 prezintă golurile care se formează pe limitele cerealelor în stadiul incipient al fluajului.

tipuri de defecțiuni de fluaj

există mai multe tipuri de defecțiuni de fluaj care pot fi caracterizate după cum urmează:

eșec de fluaj Intergranular

acest lucru se întâmplă după expunerea îndelungată la temperatură și stres. Etapele timpurii ale fluajului pe termen lung se manifestă ca goluri la limitele cerealelor, acestea apoi se leagă ulterior pentru a forma fisuri/fisuri la limita cerealelor. Ca urmare, există o reducere mică a suprafeței secțiunii transversale și apare o fractură cu pereți groși. Metalografia de replicare nedistructivă este un mijloc eficient de determinare a prezenței daunelor de fluaj pe termen lung.

în plus, trombocitele de carbură de fier din structura perlită a oțelurilor carbon se vor degrada termic în carbură de fier sferoidizată ca urmare a supraîncălzirii pe termen lung. Descompunerea continuă în oțeluri simple de carbon poate duce la degradarea totală la grafit plus ferită. Această degradare poate fi detectată și folosind metalografia de replicare.

fractură de fluaj Transgranular

acest tip de fractură poate apărea în eșecuri de fluaj de scurtă durată. Ductilitatea și reducerea suprafeței sunt de obicei mari și mult mai mari decât la temperatura camerei, producând o fractură bombată, cu pereți subțiri.

fractură de Ruptură punctuală

la temperaturi suficient de ridicate și solicitări scăzute, recristalizarea în timpul fluajului poate elimina deteriorarea microstructurală a fluajului. Ca urmare, golurile nu se nucleează și pot apărea gâturi până la un punct.

adaosurile de crom și molibden din oțeluri pot crește durata de viață a fluajului. Curățarea mecanică sau chimică este utilizată în general pentru a elimina acumularea de depozite în tuburile cazanului, ceea ce reduce riscul de puncte fierbinți locale. Un program de inspecție adecvat care include monitorizarea pierderii grosimii peretelui, degradarea microstructurală și deteriorarea fluajului este, de asemenea, un mijloc eficient de reducere a probabilității de defectare a fluajului.

etapele eșecului fluajului în materiale

eșecul fluajului apare în trei faze diferite ale materialelor atunci când sunt supuse temperaturii lor de fluaj. În aceste etape de fluaj, materialul își pierde progresiv soliditatea și formează goluri de fluaj. Aceste goluri de fluaj sub încărcare suplimentară se vor propaga în fisurile induse de fluaj.

1. fluaj Primar: o creștere rapidă a lungimii în care rata de fluaj scade pe măsură ce munca metalică se întărește.
2. fluaj secundar (starea de echilibru): este o perioadă de rată de fluaj aproape constantă și este perioada care formează cea mai mare parte a vieții de fluaj a unei componente.

3. Fluaj terțiar: apare atunci când durata de viață a fluajului este aproape epuizată, s-au format goluri în material și suprafața efectivă a secțiunii transversale a fost redusă. Rata de fluaj accelerează pe măsură ce stresul pe unitatea de suprafață crește până când specimenul eșuează în cele din urmă.

diferitele etape de fluaj și condițiile lor materiale respective sunt prezentate în Figura 2 de mai jos.

mecanism de fluaj eșec

la temperaturi ridicate și subliniază, mult mai puțin decât stresul randament la temperaturi ridicate, metale suferă deformare plastică permanentă numit fluaj. Figura 3 prezintă o curbă de fluaj schematică pentru o sarcină constantă; un grafic al modificării lungimii versetelor timp. Greutatea sau sarcina eșantionului este menținută constantă pe durata testului. Există patru porțiuni ale curbei care prezintă interes:

• o rată inițială abruptă care este cel puțin parțial de origine elastică, de la punctul “0” la punctul “A” din Figura 3 de mai sus.
• aceasta este urmată de o regiune în care rata de alungire sau deformare scade cu timpul, așa-numitul fluaj tranzitoriu sau primar, de la regiunea “a” la “B” din figura de mai sus. Porțiunea de la punctul “0” la punctul “B” apare destul de repede.
• următoarea porțiune a curbei de fluaj este zona de interes tehnic, unde rata de fluaj este aproape constantă. Porțiunea de la” B “la” C ” este aproape liniară și previzibilă. În funcție de sarcină sau stres, timpul poate fi foarte lung; doi ani într-un test și câteva decenii în serviciu.
• a patra porțiune a curbei de fluaj, dincolo de rata constantă de fluaj sau regiunea liniară, arată o rată de fluaj în creștere rapidă, care culminează cu eșecul. Chiar și în condiții de testare cu sarcină constantă, stresul efectiv poate crește de fapt din cauza daunelor care se formează în microstructură.

fluaj eșecuri caracteristici

fluaj eșecuri sunt caracterizate prin:

• umflături sau blistere în tub.
• fracturi cu margini groase, adesea cu foarte puțină ductilitate evidentă.
• “fisuri de stres” longitudinale în una sau ambele scale de oxid ID și OD.
• grosimi externe sau interne la scară de oxid care sugerează temperaturi mai ridicate decât se aștepta.
• goluri intergranulare și fisuri în microstructură

temperatura inițială de fluaj a materialelor

temperatura inițială de fluaj a oțelului carbon, C-0,5 Mo, 1,25 Cr-0,5 Mo, 2,25 Cr-1Mo și oțel inoxidabil este prezentată în tabelul de mai jos.

fluaj eșec vs. oboseală eșec

oboseala este o situație în care componenta este supusă încărcării ciclice. Stresul de proiectare care este rezistența la rezistență utilizată la încărcarea oboselii este mult mai mic decât rezistența la randament și rezistența finală a materialului . 90% din componentele mașinii nu reușesc din cauza oboselii. De exemplu, este dificil să rupi un fir prin întindere, dar dacă aplicăm o sarcină ciclică și îndoim firul de mai multe ori, se rupe ușor.
fluajul este o situație în care o componentă experimentează deformarea sub sarcină constantă în timp, pe măsură ce este pusă în funcțiune. Cel mai bun exemplu pentru a ilustra acest lucru este că cablurile electrice sunt predate(strânse) atunci când sunt instalate, dar după un timp se confruntă cu căderea din cauza greutății proprii.