Únavový lomŠírenie únavových trhlín

Žilinská univerzita v ŽilineStrojnícka fakulta

Strojárske technológie

Strojnícka fakulta

Ž U v Ž i l i n e

Bc. Radovan Salaj - dovan21@gmail.com

Bc. Daniel Slabý - daslab@azet.sk

Obsah

• Štádia únavového lomu

• Šírenie únavových trhlín

• Rýchlosť šírenia únavových trhlín

Štádiá únavového lomu podľa nevratných zmien plastickej deformácie[1]

• Štádium zmeny mechanických vlastností v celom objeme (1)• Štádium nukleácie únavových trhlín (2)• Štádium šírenia únavových trhlín až do náhleho lomu (3)

Obr.1 Štádiá únavového lomu[1] Obr.2 Únavový lom [1] : a, makroskopický vzhľad b, mikroskopický vzhľad

• Po ukončení nukleačného štádia obsahuje povrch kovu mikrotrhliny, orientované do smeru aktívnych sklzových rovín.

• Pri ďalšom cyklickom zaťažovaní sa tieto trhlinky navzájom prepájajú a rastú do hĺbky. Na základe energetických pomerov na čelách jednotlivých trhlín sa napokon s pokračujúcim zaťažovaním bude šírit len jedna, tzv. magistrálna únavová trhlina.

Šírenie únavových trhlín[3]

Obr.3 Štádiá únavového lomu[3]

• Táto sa pri svojom šírení natáča do smeru kolmého na vektor vonkajšieho zaťaženia. Prechod roviny trhliny z aktívnej sklzovej roviny do roviny kolmej k vonkajšiemu zaťaženiu sa označuje ako prechod od kryštalografického šírenia (I. štádium šírenia) do nekryštalografického šírenia (II. štádium šírenia).

Šírenie únavových trhlín[3]

Obr.3 Štádiá únavového lomu[3]

• Keďže rýchlosť šírenia trhliny v I. štádiu je veľmi malá, počet cyklov potrebných pre jej rozvoj je neporovnateľne väčší ako v II. štádiu. Tento prípad je typický pre hladké telesá bez primárnych vrubov.

• V prípade existencie ostrých vrubov (konštrukčných, technologických alebo metalurgických) je šírenie únavovej trhliny predstavované len II. štádiom.

• V oboch štádiách sa únavové trhliny šíria pri bežných teplotách transkryštalicky (cez objem zrna), šírenie trhlín po hraniciach zrn sa až na niekoľko výnimiek vyskytuje len pri zvýšených teplotách.

Šírenie únavových trhlín[3]

Obr.5 Štádiá únavového lomu[3]

Obr. 4 Schéma postupu šírenia únavovej trhliny:

1- prvá etapa - Kryštalografický vznik, rast a postupný odklon

2 - druhá etapa šírenia trhlín - končí záverečným lomom po kritickom zmenšení nosného prierezu súčiastky, konštrukcie.

3 - neefektívne trhliny

4 – plastická zóna na čele trhliny

Šírenie únavových trhlín[2]

Lairdov mechanizmus šírenia únavovej trhliny[2]

Pri aplikácii ťahovej časti zaťažujúceho cyklu (a,b,c) s postupným rastom napätia na čele v dôsledku vysokej koncentrácie vzniká lokalizovaná plastická deformácia v rovinách max. šmykového napätia, otvára sa čelo trhliny a otupuje sa špica.

Odľahčenie (d) vyvoláva približovanie oboch častí trhliny k sebe vtedy, ak nový povrch, ktorý vznikol pri ťahovom zaťažení nezanikne úplne a v smere maximálneho šmykového napätia ostávajú vytiahnuté výstupky trhliny- sú totožné so žliabkami lomového reliéfu.

Úplné odľahčenie a tlakové zaťaženie vyvoláva priblíženie častí k sebe, súčasne pozorujeme zväčšenie trhliny zodpovedajúce vzdialenosti medzi žliabkami(e).

Obr. 6 Schéma Lairdovho mechanizmu šírenia únavovej trhliny[2]

Rýchlosť šírenia trhliny[3]

• Na výpočet času potrebného na šírenie únavovej trhliny do porušenia vzorky bolo od roku 1964 bolo vypracovaných až 54 rozličných rovníc, ktoré majú spoločnú predovšetkým súvislosť rýchlosti šírenia únavovej trhliny s parametrami lomovej mechaniky, najmä s amplitúdou súčiniteľa intenzity napätia Ka (Paris)

Obr.7 Charakteristiky cyklického zaťaženia[1]

Obr.8 Smithov diagram a základné druhy

cyklického zaťaženia [1]

Rýchlosť šírenia trhliny[1]

Amplitúda súčiniteľa intenzity napätia Ka je rozhodujúcou charakteristikou na opis šírenia únavových trhlín v oblasti vysokocyklovej únavy.

Závislosť rýchlosti šírenia únavovej trhliny da/dN od amplitúdy súčíniteľa intenzity napätia Ka.

Obr.5 Diagram závislosti rýchlosti šírenia únavovej trhliny da/dN od amplitúdy súčiniteľa intenzity napätia Ka[1]

• Kath – je odpor materiálu voči šíreniu trhlín z pôvodných defektov. Určuje sa podľa medziatómovej vzdialenosti. Ak je prírastok trhliny za jeden cyklus menší než medziatómová vzdialenosť, potom cyklické zaťaženie nie je z fyzikálneho hľadiska dôležité. V praxi to znamená že ak Ka≤Kath sa trhliny nešíria, resp. šírenie je veľmi pomalé.

Základná prahová hodnota amplitúdy súčiniteľa intenzity napätia Kath[1]

Tab.1 Hodnoty Kath niektorých materiálov[2]

Využitie v praxi

Napríklad:

• Môžme určiť prípustnú dovolenú veľkosť trhliny(defektu) v miestach, kde poznáme dovolenú veľkosť cyklického napätia.

• Vypočítať životnosť, resp. prípustnú veľkosť napätia pre teleso s trhlinou známeho rozmeru.

Obrazová príloha

Použitá literatúra:• [1] Skočovský, Bokúvka - Náuka o materiáli pre odbory strojnícke,

EDIS, 2006• [2] Puškár, Hazlinger – Porušovanie a lomy súčastí, EDIS 2000• [3] www.mtfdca.szm.sk/subory/unava.pdf • [4] http://www.ltmetal.net/teoria/vznik-lomu/

Ďakujem za pozornosť.