Creep (kr

1
Creep (kríp) tecení

1. Vliv zvýšených teplot na vlastnosti ocelí
2. Zkoušení creepového chování
3. Charakteristiky odolnosti materiálu vuci creepu
4. Deformace a lom pri creepu
5. Parametry ekvivalence teploty a casu
6. Spolupráce materiálového inženýra a konstruktéra
   pri vývoji lopatek turbiny tryskového letadla

2
Vliv zvýšených teplot na vlastnosti materiálu
ODS oceli Intermetalika TiAl
3
Vliv teploty na tahový diagram oceli
Nízkouhlíková ocel
4
Vliv teploty na tahový diagram oceli
Nízkouhlíková ocel

• do 350C
• postupne mizí výrazná mez kluzu
• hodnota Re klesá
• deformace pohybem dislokací
• nad 350C
• zaniká výrazná mez kluzu
• tvar tahového diagramu výrazne ovlivnuje jak
  teplota, tak i rychlost zatežování
• deformace difusí atomu dochází k jevu
  oznacovanému jako tecení - creep

5
Co to je creep

• Creep - pomalá plastická deformace materiálu
  vyvolaná dlouhodobým pusobením teploty a casu.

Deformace
Creep
6
Homologická teplota
Co to je creep

• Creep je významný za teplot gt(0,3 až 0,5)
• Výjimka niklové superslitiny ? 0,75
• Uhlíková ocel ? 350C
• Parní turbina ? 550C (P91 ? 610C)
• Turbodmychadlo ? 850C
• Vlákno žárovky ? 2 000C

7
Co to je creep
8
Zkoušky creepového chování

• predpokládaná životnost soucásti za zvýšených
  teplot je 100 000 h 11 let,
• v laboratori se provádí zkoušky asi 10
  životnosti tj. 10 000 h více než rok.
  

n 1 difusní creep n gt 1 dislokacní creep
9
Zkoušky creepového chování
Mekké zatížení - potrubí Tvrdé
zatížení - šrouby
10
Schéma zkušebního stroje na creepové zkouškypri
konstatntním zatížení (napetí)
Zkoušky creepového chování
11
Merí se - deformace na case- doba do lomu
Zkoušky creepového chování
12
Zkoušky creepového chování
Andradeho zkouška tecení pri konstantním
skutecném napetí behem rovnomerné deformace
zkušebního telesa
13
- doba do lomu- závislost deformace na case
Zkoušky creepového chování
Merené charakteristiky
14
Creep (kríp) tecení

1. Vliv zvýšených teplot na vlastnosti ocelí
2. Zkoušení creepového chování
3. Charakteristiky odolnosti materiálu vuci creepu
4. Deformace a lom pri creepu
5. Parametry ekvivalence teploty a casu
6. Spolupráce materiálového inženýra a konstruktéra
   pri vývoji lopatek turbiny tryskového letadla

15
Charakteristiky odolnosti materiálu vuci creepu
Charakteristiky odolnosti vuci creepu
Mez pevnosti pri tecení (?r) RTP MPa teplota /
cas do lomu Mez tecení (?A1) RT MPa teplota /
velikost deformace/cas deformace
RELAXACE Výchozí napetí RR MPa
/teplota Zbytkové napetí RRZ MPa /teplota /cas
zkoušky
16
Charakteristiky odolnosti vuci creepu
príklady

• Mez pevnosti pri tecení RTP P265H (11 418)

• Mez tecení RT P265H (11 418)

17
Charakteristiky odolnosti vuci creepu
príklady

• Relaxace výchozí a zbytkové napetí
• 13CrMo4-5 (15 121)

18
Charakteristiky odolnosti vuci creepu
Urcování creepových parametru
19
Charakteristiky odolnosti vuci creepu
Urcování creepových parametru
1/T
20
Deformace a lom pri creepu

• Prícinou creepu je difuse atomu mrížky pod
  úcinkem napetí a zvýšené teploty.
• - viskózní creep n 1
• - creep polymeru n 1
• - difúzní creep n 1
• - dislokacní creep n (3-8)
• U kovových materiálu - dva typy tecení
• - difusní creep
• - dislokacní creep

mechanismy
21
Difusní creep
Deformace a lom pri creepu
22
Difusní creep
Deformace a lom pri creepu
Difuse probíhá objemem zrn Herring
Nabarro (nižší napetí, vysoká teplota)
Difuse probíhá po hranicích zrn Coble (nižší
napetí, nižší teplota)
23
Dislokacní creep
Deformace a lom pri creepu
šplh dislokací
24
Deformace a lom pri creepu
Dislokacní creep
25
Deformace a lom pri creepu
Mapy deformacních mechanismu
26
Príklad AISI 316 (16Cr-13Ni-2,5Mo)
Deformace a lom pri creepu
Mapy deformacních mechanismu
27
Deformace a lom pri creepu
Lom pri creepu
28
Pokluzy po hranicích - vznik kavit
Deformace a lom pri creepu
Lom pri creepu
29
Ponaucení hranice kolmé na smer pusobícího
napetí jsou nežádoucí
Deformace a lom pri creepu
Lomová mapa
30
Creep (kríp) tecení

1. Vliv zvýšených teplot na vlastnosti ocelí
2. Zkoušení creepového chování
3. Charakteristiky odolnosti materiálu vuci creepu
4. Deformace a lom pri creepu
5. Parametry ekvivalence teploty a casu
6. Spolupráce materiálového inženýra a konstruktéra
   pri vývoji lopatek turbiny tryskového letadla

31
Laborator (1-2 roky) provoz (10-20let)
Parametry ekvivalence teploty a casu
32
Parametry ekvivalence teploty a casu

• Nejcasteji uvádené parametry
• ekvivalence teploty a casu
• Sherbyuv Dornuv
• Larsonuv Milleruv
• Mansonuv - Haferduv

33
Pri zkoušce i provozu je stejné napetí - Sherby
Dorn
Parametry ekvivalence teploty a casu
Po integraci a úprave (Vypuštení integracní
konstanty zanedbání primárního stadia)
34
Parametry ekvivalence teploty a casu
Sherbyuv Dornuv parametr
sc27,6 MPa
35
Parametry ekvivalence teploty a casu
Sherbyuv Dornuv parametr
Pro oceli Q 90 000 cal/mol
Potrebná znalost aspon jedné dvojice bodu
36
Príklad
Parametry ekvivalence teploty a casu
Sherbyuv Dornuv parametr
Soucást vyrobená z legované oceli
je vystavena tahovému napetí 150 MPa. Jaká
je nejvyšší teplota, pri které bude soucást
funkcní alespon 40 dní? V
laboratori došlo k lomu po 260 hodinách za
teploty 530C
(Pri výpoctu použijte bezpecnostní
faktor 10)
Pro oceli Q 90 000 cal/mol
37
Parametry ekvivalence teploty a casu
Larson - Milleruv parametr
Potrebná znalost aspon jedné dvojice bodu
38
Parametry ekvivalence teploty a casu
Larson - Milleruv parametr
Príklad predchozí, rešený podle PLM
39
Parametry ekvivalence teploty a casu
Mansonuv - Haferduv parametr
predpokládáme, že závislost log(t) vs T za
vysokých teplot je prímková
Potrebná znalost aspon jedné dvojice bodu
40
Spolupráce materiálového inženýra a designéra
Vývoj lopatek turbiny tryskového letadla

• Zvýšení úcinnosti
• - 50 léta vstupní teplota 700C o 25 let pozdeji
  1350C
• další duvod ke zvyšování vstupní teploty byl
  výkon na jednotku hmotnosti motoru

41
Požadavky kladené na materiál lopatek turbiny
Spolupráce materiálového inženýra a designéra
Vývoj lopatek turbiny tryskového letadla

• Odolnost vuci creepu
• Odolnost vuci vysokoteplotní oxidaci
• Houževnatost
• Odolnost vuci tepelné únave
• Teplotní stabilita struktury

42
Materiál superslitiny na bázi Ni (Nimonic,
Inconel) Požadavky pri startu napetí 250 MPa,
teplota 850C, 30 hod max. deformace ? ? 0,1
Spolupráce materiálového inženýra a designéra
Vývoj lopatek turbiny tryskového letadla

• Prvek Ni Co W Cr Al Ta Mo C
• hm. 60 10 10 10 5 2,5 0,25 0,15
• Co nejvíce atomu do tuhého roztoku (Co,W,Cr)
• Tvrdé stabilní cástice (Ni3Al Ni3Ti MoC TaC)
• Vytvorit na povrchu ochranný film (Cr2O3)
• Slitina je velice tvrdá, teplota tání 1280C a
  používá se
• do 850C.

43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
Jaké nové materiály?
Kompozity a In-situ komposity
Matrice vyztužující fáze geometrie vyztužující
fáze Ni TaC vlákna Co TaC vlákna Ni3Al
Ni3Nb desticky Co Cr7C3 vlákna
Nb Nb2C vlákna TiAlNb
47
Spolupráce materiálového inženýra a designéra
Vývoj lopatek turbiny tryskového letadla