tores ea 16 long

8/18/2019 Tores Ea 16 Long

1/48

Dr. Krállics György [email protected]

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat – 2015/16

Törés


2/48

2

Az előadás során megismerjük

• az állapottényezők hatását;

• a törések alapvető fajtáit, mechanikai és

fraktográfiai jellemzőit; • a lineárisan rugalmas, illetve a képlékenytörésmechanika elméletét;

• a törésmechanikai tervezés koncepcióját.


3/48

3

Bevezetés

Törés: az anyagban folytonossági hiány jön létre, amitőldarabokra eshet szét. Törés folyamata: • Repedés keletkezése;• Repedés terjedése és a törés létrejötte.Képlékeny (szívós) törés: a törést megelőzően jelentős

mértékű képlékeny alakváltozás lép fel. Ridegtörés: hirtelen bekövetkező jelenség, minimális

képlékeny alakváltozás előzi meg. A kis hőmérséklet,

a bonyolult, húzó feszültségi állapot és a nagy terhelésisebesség elősegíti a ridegtörés fellépését.

Repedés mindig van az anyagban, legfeljebb nemtudjuk kimutatni.


4/48

Káresetek

• 2700 db Liberty típusú hegesztett hajó gyártása amásodik világháború során. 400 db-on törés jelentkezett,amelyből 90 komolynak számított. 10 hajó kettétörött.

• A hegesztett kötések rossz minőségű (félig-csillapított)acélból készültek, repedésszerű hibákat tartalmaztak(anyaghiba).

• A törések feszültséggyűjtő helyekből indultak ki

(konstrukciós hiba).• Az acélok szívóssága kicsi volt, az utólagos Charpy

vizsgálat ezt mutatta.

4


5/48

5


6/48

6

Repedés keletkezése az üzemelés során

• Időleges túlterhelés, illetve környezeti tényezők hatása • Korróziós fáradás • Feszültségkorrózió

• Hidrogén okozta elridegedés • Hőmérséklet és mechanikai terhelés együttes hatása, kúszási repedés

• Hősokk okozta repedés.

Repedések kimutatása:roncsolásmentes anyagvizsgálati módszerekkel.


7/487

Öntészet: pórusok, lunkerek, zárványok, melegrepedésekkeletkezhetnek a technológiai paraméterektől függően.

Melegalakítás: az alakváltozási képesség csökken, pl.szemcsehatármenti kiválásoknál.

Ausztenit szemcsehatár károsodása anizotrop szerkezetkövetkeztében.

Hidegalakítás: az alakváltozó képesség kimerülése miatt.

Hidrogén hatására bekövetkező repedés, pelyhesedés.

Hőkezelés: edzési repedés.Hegesztés: meleg- és hidegrepedés, relaxációs repedés.

Forgácsolás: életlen szerszám vagy túl nagy terhelésesetén.

Repedés keletkezése a gyártás során


8/48

A szerkezeti anyagaink tönkremenetelének két

szélsőséges típusa a ridegtörés illetve a szívós (képlékeny) törés. A rideg illetve képlékeny viselkedést azadott anyagon végzett szakítóvizsgálat is jól szemlélteti


9/489

Szívós törés I.

Alakváltozás

F e s z ü l t s

é g

Jelentős mértékű képlékeny alakváltozás a törés előtt.


10/4810

Szívós törés mechanikai sémája szakításnál

cossinθ


11/4811

Károsodás

Acél

töret-

felülete

50 mm

Második fázisú részecskék,elősegítik üregek keletkezését.

50 mm

Szívós törés II.

kontrakció

üreg

keletkezés

üreg növekedés

és összenövés

felület

elnyírása törés

σ


12/4812

Ridegtörés

– A töretfelület merőleges a húzástengelyére.

– Kontrakció nem lép fel az alakítássorán . – Nincs makroszkopikus képlékeny

alakváltozás. – A töretfelület átmetszi a szemcséket.


13/4813

A ridegtörés mechanikai sémájaszakításnál


14/4814

Állapottényezők

Az anyag szívós (képlékeny) vagy rideg viselkedése azanyagnak nem tulajdonsága, hanem állapota, és annakszerkezetén kívül az állapottényezők befolyásolják.

Feszültségi állapot A többtengelyű húzófeszültségek a rideg állapot felé,

a többtengelyű nyomófeszültségek a képlékeny állapot feléviszik el az anyag viselkedését.

Hőmérséklet Növekvő hőmérséklet hatására az anyag képlékenyebben,csökkenő hőmérséklet esetén ridegebben viselkedik.

Igénybevétel sebessége Növekvő sebesség hatására az anyag ridegebben,csökkenő sebesség esetén képlékenyebben viselkedik.


15/48

Feszültségi állapot hatása

A

F n

Névleges feszültség

Maximális feszültség

k nmax

k t K formatényező max

k

n

Rugalmas megoldás


16/48

Diagram α k meghatározására

16


17/48

A feszültségi állapot ridegítő hatása


18/4818

1 2 3

eq

k

törési alakváltozásT=áll. áll.

t

Határgörbe

csavarás szakítás zömítés

2 2 2

1 2 1 3 2 3

1

2eq


19/4819

Bemetszés feszültségkoncentrációshatása

max y

k

név

σ név

2c

c

k 21

σ név

σ ymax


20/48

Az alakváltozási sebesség hatása

Acél statikus és dinamikus szakítása

1v

l s

A sebesség növekedése kontrakció mentes szakadást eredményez (vk )

0

/m

k

d d v d


21/48

A hőmérséklet hatása

F

L

F

L

T20=20

o

C

T


22/48

A hőmérséklet és a bemetszésérzékenység együttes vizsgálata

Charpy-féle ütvehajlító vizsgálat

KV [J]

Hőmérséklet

90o C

20o C

-20 oC-70 oC


23/48

23

Töretfelületek vizsgálata

Ridegtörés: a törési energia újfelületek képződésére fordítódik, a törés pedig:

I. Transzkrisztallin, vagy

II. Interkrisztallin lehet.

Szívós törés: a törési energiaképlékeny alakváltozásra és új

felületek képződésére fordítódik. Üregek keletkezése, növekedéseés összenövése a jellemző.


24/48

24

Transzkrisztallin (hasadásos) törés

A repedés a szemcséken keresztül,meghatározott atomsíkokon terjed.


25/48

25

Interkrisztallin törés

A törés a szemcsék között, a szemcsehatárokon történik.


26/48

26

Szívós törés

Üregek összenövése Üregek képződésemásodik fázis körül

A töretfelület gödrös, tompa fényű. A törést a csúsztató-feszültségek hatására bekövetkező elnyíródás okozza.


27/48

27

Ridegtörés diszlokációs értelmezése

101

110

1112

a

Repedés keletkezésének feltétele: képlékeny alakváltozás.

Képlékeny alakváltozáskor megnő a diszlokációsűrűség,ami üregeket, repedéseket eredményez.

1112

a

x

y

z

0011112

1112

aaa

Hasadási sík

σ

σ

σ

σ

100 100

t.k.k Cottrell-féle „hasadási” diszlokáció


28/48

28

Repedés folyamata

Repedés megáll Ridegtörés

Szívós törés

Fáradásos, kúszási törés

Instabil Stabil Lassú repedés-

terjedés

Repedésterjedés

Repedés megindulása (statikus v. dinamikus)

Repedést tartalmazó szerkezeti elem

Repedés keletkezése


29/48

29

Repedésterjedés fajtái

Stabil repedésterjedés: állandó energiát fogyaszt,a repedés csúcsa előtt üregek keletkeznek, majdegyesülnek.

Instabil repedésterjedés: állandó energiafelszaba-dulás közben megy végbe nagy sebességgel, ígymakroszkopikusan ridegtörést okoz.

Fokozatos repedésterjedés: a stabil repedésterjedés

hosszabb időtartamra kiterjedő változata, jellemző afáradásos törés, a kúszás és a feszültségkorrózió okozta törés esetében.


30/48

30

Törésmechanikai elméletek

a) b) c) d)

a) Lineáris rugalmas alakváltozás b) Kis területre korlátozódó

képlékeny alakváltozás

c) Rugalmas –képlékenyalakváltozás

d) Képlékeny alakváltozás

az egész testben


31/48

31

Terhelési módok

I. II. III.


32/48

32

A törés energetikai modellje

2

21.) , rugalmassági modulusz, fajlagos rugalmas felületi energia

22.) , Poisson tényező, Griffith elmélet

1

2 1 /3.) , fajlagos képlékeny felületi energia

k krit k

k krit

p k p

krit p

E E a

l repedés hossz

E v

a

E

a

, Orowan elmélet

2

4.)

k p

p

krit

E

a

1. Rugalmas test, sík feszültségi állapot, 2. Rugalmas test sík alakváltozási

állapot, 3.- 4. Rugalmas-képlékeny test sík feszültségi állapot

f k w

f k pw

Törési energia


33/48

33

Feszültségintenzitási elmélet

1

2

I II III

ij I ij II ij III ij K f K f K f r

Egy általános alakú test belsejében lévő repedés csúcsánál

kialakuló feszültségmező

ahol K I , K II , K III – feszültségintenzitási tényezők a különböző

terhelési módoknál,, ,

I II III

ij ij ij f f f – dimenziónélküli függvények.

2

I ij ij

K f

r

I. terhési módra

r

σ yy


34/48

34

3cos 1 sin sin

2 2 22

3cos 1 sin sin

2 2 22

3cos sin sin

2 2 22

I xx

I yy

I xy

K

r

K

r

K

r

Síkbeli feszültségi állapotban σ z =0,

Síkbeli alakváltozási állapotban z x y

Instabil repedésterjedéskor K I= K

c . Ha ez a repedésterjedéssíkbeli alakváltozási állapotban lép fel, akkor K

I = K

I c , amely

anyagjellemző (törési szivósság). .


35/48

Feszültségintenzitási tényező

35

2 4

sec 1 0.025 0.062

,

I

I

a a a K a W W W

W K a

K I /

a

W=200 mmW=200 mm


36/48

Képlékeny zóna meghatározása

36

1

2

3

3 1 3

cos 1 sin2 22

cos 1 sin2 22

0,

,

I

I

K r

K

r

sík feszültség sík alakváltozás

2 2

1 2 1 3

2

2 3

1

2eq

e R

repedés

2

2

2

2 2

1 31 cos sin sík feszültségi állapot

4 2

1 3

1 2 1 cos sin sík alakváltozási állapot4 2

I p

e

I

pe

K r

R

K

r R


37/48

37

Kis képlékeny tartományú LRTM

A képlékeny zóna síkbeli feszült-ségállapot esetén:

egyenérték ű pa a r

,

2

1

2

I p

e

K r

R

Síkbeli alakváltozási állapotesetén: 2

1

6

I p

e

K r

R

A módosított repedéshosszal számolva a rugalmas anyagra vonatkozó törési elmélet alkalmazható:

σ yy

r p

Re

aaegy.


38/48

Képlékeny zóna változása a próbatestvastagsága mentén

38

repedés

felület

középső tartomány

F ült é i t itá i té ő


39/48

Feszültségintenzitási tényezőkorrekciója

39

2

2

2 2 2

22

1,

6

,

1

6

1

16

I I p

e

I p

I I

e

I

e

K K Y a r

R

K Y a r

K K Y a

R

K Y aY

R


40/48

40

Törésmechanikai méretezés

Ic I K K

aY

K Ic

max

Az adott szerkezetben repedés lehetséges ! Azt kellmegakadályozni, hogy a repedés instabilan terjedjen.

Szerkezettől és terheléstől függ Anyagjellemző

Ic I K aY K

solve , Ic

krit

f a Y a a K

a f a

Törésmechanikai anyagvizsgálat Repedéssel rendelkező szerkezet vizsgálata


41/48

Törési szivósság meghatározás

41

K F

BW Y a W Q

Q0 5.

( / )

1 3 5 7 92 2 2 2 2

29.61 185.5 65.5 1017 638.9a a a a a

Y W W W W W

2

0.2

, ( ), Q

Q Ic

p

K ha a W a B K K

R

2.5, 4acél alumínium


42/48

42

A K c változása a falvastagság

függvényében

síkbeli alakváltozási állapot

síkbeli feszültségi állapot

K Ic

K c

K cmax

falvastagság


43/48

Törésmechanikai ellenőrzés

43

Adott geometriájú és terhelésű tartály falábanroncsolás mentes vizsgálattal megállapították

hogy 2ax2b méretű elliptikus repedés van.

A mértékadó feszültség:

I Ic K Y a K a szerkezet működőképes

Szilárdsági számítással meghatározható a repedés csúcsánál a feszültség intenzitási tényező.

2

p r

t


44/48

Különböző anyagok törési szívósságértékei

44

0 100 200 300 400 500 600

1000

1500

2000

2500

3000

3500

T ö r é s i s z i v ó s s

á g

M P a m m

0 . 5

Rp0,2 MPa

AlMg

AlMgSi

AlCuMg

AlZnMgCu

Ötvözött nemesíthető acélok Ötvözött acélok


45/48

Törési szívósság különbözőszövetszerkezet esetén

45

NiCrMoV ötvözésű nemesíthető acél


46/48

Hőmérsékleto

C

Rm

Rp0,2k

Tk1Tk2

Rideg törés Kvázi-ridegtörés

Szívós törés

Szívós töretfelület (Charpy) 50 %

KIcmax

Törési tipusok változása a hőmérsékletfüggvényében

k

k

2a

Ic k K Y a

T *


47/48

47

Fogalmak

• Törés fogalma • Ridegtörés • Szívóstörés • Repedések a gyártás során • Repedések a szerkezet

üzemelése során • Állapottényezők • Ridegtörési felületek

mikroszkópi jellemzői • Szívóstörési felületek

mikroszkópi jellemzői • Ridegtörés diszlokációs

elmélete • Stabil repedésterjedés

• Instabil repedésterjedés • Fokozatos repedésterjedés • Terhelési esetek • Feszültség intenzitási

elmélet

• A Kc falvastagság függése • Törési szívósság • Képlékeny zóna • Törésmechanikai

méretezés alapegyenlete

• Kritikus hőmérsékletek


48/48

A tananyag részletesen megtalálható

William D. Callister, Jr.

Materials Science and Engineering

An Introduction, 7th edition, 2006

Chapter 8 Failure

207-226 pp.

tores ea 16 long

Documents