Robert Kr

1
Robert Králrkral_at_met.mff.cuni.cz
Fyzika materiálu IICreep
2
Creep

• Cesky nekdy tecení
• Casove závislá trvalá deformace
• Pri konstantním napetí deformace dále roste

• Mechamismy creepu
• vysoké hodnoty difuze ? zmena tvaru krystalu ?
  snížení napetí
• uplatnuje se difuze
• objemem materiálu
• po hranicích zrn
• vysoká energie dislokací slabé vazby ? umožnení
  šplhání dislokací kolem prekážek (pins)
  fungujících pri nižších teplotách.

3
Creep v prírodních podmínkách

• Creep ledu
• probíhá do urcité míry i pri nejnižších
  prírodních teplotách
• studován pro potreby meteorologie a konstrukce
  lodí
• Za pokojové teploty napr.
• creep olova.

4
Mechanismy creepu

• Creep
• pravdepodobný
• pri T gt 0.4.
• uplatnení mechanismu závisí na teplote a napetí

• Creepový test
• obvykle tahový
• konstantní zátež
• vynášení deformace v závislosti na case

5
Vyhodnocení klasické creepové krivky

• Z creepové krivky lze vyhodnotit
• rychlost ustáleného tecení (steady state creep) z
  oblasti sekundárního creepu
• dle Arheniova modelu vyhodnotit teplotní
  závislost procesu (difuze)
• z testu pri ruzných teplotách a zátežích urcit
  parametry modelu chování materiálu.
• Konstitutivní rovnice používané pro creep
• a pro konstantní teplotu

6
Mechanismy creepu - model difuzního creepu

• Základní predpoklady
• vakancní mechanismus
• presycení vakancemi díky pusobícímu napetí
• vakance difundují, viz obr.
• výsledkem zmena tvaru zrna
• monoatomární a
• kvazistatický prístup

• Dva modely creepu dle typu difuze
• objemová (bulk/lattice) difuze Nabarro
  Herringuv creep
• hranicemi zrn Cobleuv creep

7
Model difuzního creepu (2)
Presycení vakancemi díky napetí ? rozdíl
koncentrací nahore a vpravo
8
Model difuzního creepu (3)
1. Fickuv zákon (1)

• Délka difuzních drah
• Hranice zrn 2(d/4)
• Mrížka (p/2)(d/4)

Celkový prírustek vakancí Fvac je dán souctem
toku obema drahami Definujeme Jtotal
celkový prumerný tok vakancí ? (2)
9
Model difuzního creepu (4)
Dosadíme ?C a ?L do (1) a toky potom do (2)
10
Model difuzního creepu (5)
Rychlostí Jtotal materiál pribývá na jednotkové
ploše hranice zrna. ? rychlost deformace je
tedy (faktor 2 vzhledem ke geometrii)

• ? Deformacní rychlost pri creepu
• lineárne závislá na napetí
• úmerná 1/d2, 1/d3
• závislá na geometrii (zmena pocátecní konstanty)

11
Model dislokacního creepu

• Weertmanuv model - šplhání (climb) hranových
  dislokací
• sekvencní procesy skluzšplhání
• L prumerná délka skluzu
• tg prumerný cas pro skluz
• h prumerná délka skluzu
• tc prumerný cas pro šplhání
• ?? deformace sekvence skluzšplhání ??g ??c
  ??g ? b L
• t cas pro sekvenci tg tc tc h/vc , vc
  rychlost šplhání
• ? rychlost skluzu
• 
  (1)
• ??vc ? ?Cv exp-Evm/kT, Evm aktivacní energie
  migrace vakance
• ???Cv aproximujeme obdobne jako u difuzního
  creepu

Lomer-Cottrellova bariéra
12
Model dislokacního creepu (2)
? rovnici (1) mužeme prepsat Pro malé x je
Sinh(x)x ? Weertman L/h ? s1.5
(experimentální hodnota Al) ? Obecne dostáváme
mocninný zákon (Power-law) Vysoká napetí (s
10-3 E) ??Sinh(x) ex ??porušení mocninného
zákona
13
Model dislokacního creepu (3)
Experimentální výsledky
14
Model dislokacního creepu (4)
Velmi nízká napetí s sFR ??? konstantní
(nezáv. na s) ? viskózní creep Harper-Dornuv
creep Podmínky pro Harper-Dornuv creep H-D
creep v hrubozrnných materiálech ? Pri zmenšení
zrna ?? vyšší teploty ??Nabarro-Herringuv
creep ??další zmenšení zrna nižší
teploty ??Cobleuv creep
ln(strain rate)
ln(grain size)
15
Creepový lom

• Pri zkoumání pouze creepového lomu (v praxi napr.
  výmeníky)
• stací jednodušší metody
• základem je závislost casu do lomu na napetí pro
  danou teplotu
• ? predpoved životnosti pri urcitých provozních
  podmínkách

16
Creepový lom (2)

• Experiment - creepový lom v ruzných typech
  komercních ocelí
• vlevo závislost casu do lomu na napetí pri
  konstatní teplote
• vpravo závislost napetí na teplote
• pri konstantním case do lomu

17
Zvýšení odolnosti vuci creepu

• omezení vlivu hranic zrn
• protáhlá zrna ve smeru napetí
• monokrystaly (lopatky turbíny)
• precipitáty v hranicích
• ? omezení pokluzu
• speciální (FCC) materiály

18
Zvýšení odolnosti vuci creepu (2)

• Monokrystalické materiály
• ? CMSX-4 (krivka nejvýše)
• ? CM 186 (druhá nejvýše)

19
Zvýšení odolnosti vuci creepu (3)

• Speciální (FCC) materiály

• Napr. niklová FCC superslitina (Ni superalloy)
• použití na vysokotlaké turbíny
• teplota spalin 1600C (nárust o 200C zvýší
  úcinnost o 5)
• 10 000 ot./min. ? napetí u korene až 300MPa
• životnost 10 000 hodin 3 roky 9 hodin denne
• u nových typu letadel budou nároky dále rust
  (A380)
• složení více než 10 legujících prvku
• Al, Ti,Ta vytvárejí Ni3Al ? fázi
• Cr, Hf korozní odolnost
• W, Mo, Re zpevnení, snížení difuze.