DEGRADACJA MATERIAŁÓW

Transkrypt

1 DEGRADACJA MATERIAŁÓW

2 Zmęczenie materiałów Proces polegający na wielokrotnym obciążaniu elementu wywołującym zmienny stan naprężeń Zmienność w czasie t wyraża się częstotliwością, wielkością i rodzajem naprężeń oraz współczynnikiem asymetrii cyklu R = σ min /σ maks Średnie naprężenie σ m = (σ min + σ maks )/ 2

3

4 Nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa ZG - maksymalna wartość okresowo zmieniającego się naprężenia σ max, przy której materiał może pracować nieograniczenie długo, bez pojawienia się rys zmęczeniowych i zniszczenia materiału. W praktyce przyjmuje się, że wytrzymałość ta osiągnięta jest już po przekroczeniu umownej granicznej liczby cykli NG. Graniczna liczba cykli NG (podstawa próby zmęczeniowej) 10 8 cykli Ograniczona wytrzymałość zmęczeniowa

5 Wykresy zmęczeniowe Woehlera

6 Zjawiska towarzyszące zmęczeniu metali Lokalne odkształcenie plastyczne z pasmami poślizgu i bliźniakami oraz ekstruzjami (wyciśnięciami) i intruzjami (wciśnięciami) Cykliczne umocnienie i osłabienie Zarodkowanie, rozwój i łączenie się mikropęknięć zmęczeniowych

7

8

9 Wysokotemperaturowe niszczenie materiałów Pełzanie Zmęczenie mechaniczne Zmęczenie cieplne

10 Zjawisko powolnego odkształcania się ciał pod wpływem ustalonych obciążeń, w wysokich temperaturach, nazywamy pełzaniem. Zjawisko spadku naprężenia w ciałach poddanych ustalonym odkształceniom nazywamy relaksacją.

11 Co to znaczy wysoka temperatura? należy porównać temperaturę pracy z temperaturą topnienia materiału T M Zjawiska pełzania dotyczą zakresu dla T> T M (w K) dla metali i T> T M (w K) dla ceramiki. Włókno wolframowe żarówki T M ~ 3000 C (3273K) temperatura pokojowa (300K) jest bardzo niska dla wolframu Temperatura pracy (2273K) jest wysoka Włókno wolframowe pełza w temperaturze pracy! Wydłuża się i zwisa pod własnym ciężarem dopóki nie dojdzie do zwarcia.

12 Pełzanie Występuje w podwyższonych temperaturach, T > 0.4 T topnienia (T M )

13 Wyczerpanie i uszkodzenie w wyniku pełzania Wyczerpanie: utrata zdolności materiału wskutek odkształcenia plastycznego w wyniku pełzania Uszkodzenie: nieodwracalne zmiany struktury, spowodowane przez oddziaływanie temperatury i naprężenia mechanicznego

14 Zmęczenie cieplne Proces powstawania i rozwoju uszkodzeń w materiałach części maszyn czy konstrukcji pod wpływem cyklicznych lub okresowych zmian temperatury. Naprężenia cieplne cykliczne zależą od zakresu zmian temperatury lub od częstości odkształcenia.

15 Korozja

16 Korozja Oddziaływanie fizykochemiczne i elektrochemiczne między materiałem a środowiskiem, w wyniku którego następuje pogorszenie własności materiału Korozja: ogólna, lokalna, selektywna, międzykrystaliczna, naprężeniowa, zmęczeniowa i wodorowa, gazowa

17 Mechanizmy Korozja ogólna: różnica potencjałów między mikroanodami i mikrokatodami Korozja galwaniczna: różnica potencjałów między dwoma obszarami konstrukcji Korozja lokalna wżerowa i szczelinowa: różnica potencjałów między wnętrzem wżeru (szczeliny) a resztą metalu Korozja selektywna: selektywne rozpuszczanie się jednej z faz stopu (grafityzacja żeliw, odcynkowanie mosiądzów) Korozja międzykrystaliczna: różnica potencjałów między obszarem granicy ziarna a wnętrzem ziarna Korozja naprężeniowa, zmęczeniowa, wodorowa: wynik współdziałania czynnika agresywnego i naprężeń Korozja gazowa: wynik reakcji chemicznej metalu i środowiska

18

19 Korozja międzykrystaliczna

20 Korozja gazowa występuje w wysokich temperaturach, podczas kontaktowania powierzchni metalu z chemicznie czynnym składnikiem fazy gazowej. Może mieć ona miejsce nie tylko podczas kontaktowania metalu z tlenem, ale także z wieloma innymi chemicznie czynnymi gazami, jak Cl 2, SO 2, suchy HCl, H 2 S czy też suche pary H 2 O lub S x. Na ogół na metalach tworzą się stałe produkty utleniania w formie zgorzeliny lub warstwy nalotowe. Model budowy typowej zgorzeliny dwuwarstwowej

21 Zużycie tribologiczne Zużycie spowodowane procesami tarcia, w którym następuje zmiana masy oraz struktury i własności fizycznych warstw wierzchnich Zużycie: adhezyjne, ścierne, scuffing, z udziałem utleniania, zmęczeniowe

22 Zużycie ścierne: gdy w obszarach współpracujących elementów są obecne utwierdzone lub luźne cząstki ścierniwa albo nierówności materiału Zużycie adhezyjne: lokalne sczepianie się powierzchni trących w mikroobszarach, zwłaszcza najwyższych wierzchołków chropowatości i następnie ich rozrywanie Scuffing: gwałtowne zużycie w wyniku przerwania warstwy olejowej lub zbyt małej jej grubości w stosunku do wysokości nierówności (elementy zużycia ściernego i adhezyjnego) Zużycie zmęczeniowe: wynik cyklicznego oddziaływania naprężeń kontaktowych w warstwach wierzchnich (przez łuszczenie spalling oraz gruzełkowe pitting) Fretting: zużycie ścierne wskutek drgań o bardzo małych amplitudach

23 k A <<k B Zużycie ścierne

24 Zużycie adhezyjne

25 Obrazy typowych uszkodzeń przekładni Wykruszenie Zacieranie (scuffing) Wyłamanie zmęczeniowe Pitting