Samenvatting ppt materiaal PDF

Preview

Summary

Samenvatting powerpoint, onderdeel materiaal van Albert ...

Description

• In plastische omvormprocessen Vb. dieptrekken van koetswerkonderdelen uit metaalplaat of het thermovormen van verpakkingsproducten uit kunststofplaat  bedoeling om gelokaliseerde insnoeringen en breuken te vermijden • Turbines en reactoren, werken bij hogere temperaturen.  Belastingen die bij kamertemperatuur geen aanleiding geven tot plastische vervormingen kunnen bij hogere temperaturen zogenaamde kruip en eventuele kruipbreuk veroorzaken • “Lage” temperaturen, structuren kunnen onverwacht begeven bij lage belastingen Dit is het geval wanneer de constructie onderhevig is aan wisselende belastingen. Er ontstaan scheurtjes, die groeien verder en leiden tot breuk (=vermoeiingsbreuken).

SCHEURINITIATIE + SCHEURGROEI + RESTBREUK

Kruip Kruip = voortgaand rekken onder constante belasting Traag gebeuren, waarbij plastische vervormingen blijven doorgaan in de tijd. ‘Hoog temperatuurgedrag’ (↔ ‘laag temperatuurgedrag’) plastische rekken hangen dan niet meer alleen af van de spanning, maar ook van tijd en temperatuur. Bij temperaturen hoger dan 0,4 maal de smelttemperatuur (uitgedrukt in K)

Een voorbeeld van kruip: Springen gloeidraad van wolfraam – Smelttemperatuur wolfraam: >3000°C – De lampen werken bij ~ 2000°C (relatief hoge T voor wolfraam) – Gloeidraad van een gesprongen lamp is doorgezakt onder het eigen gewicht tot de wikkeling zichzelf raakt: de draad is vervormd door kruip.

Kruipsterkte – hoogste spanning (bij een bepaalde temperatuur) die het materiaal ‘blijvend’ kan verdragen zonder te breken – experimenteel benaderd door proefstaven op de gewenste temperatuur onder verschillende spanningen te zetten (1000-uursterkte)

Kruipgrens – spanning die aangeeft dat bij overschrijding hiervan de “vervorming” ontoelaatbaar groot wordt – hoogste spanning (bij een bepaalde temperatuur) waarbij de reksnelheid (snelheidskruipgrens) of de totale rek (rekkruipgrens) na een bepaald aantal uren een vastgelegde waarde niet overschrijdt

Kruipcurve Drie stadia:

– vertragingsstadium (I): • reksnelheid neemt af – eenparigheidsstadium (II): • reksnelheid blijft dezelfde – versnellingsstadium (III): • reksnelheid neemt toe

Bij verschillende temperaturen of verschillende spanningen.

Vermoeiingsbreuk

Wöhlerkrommen

Lagere spanningen kunnen duurzaam verdragen worden

Vermoeiingsproeven

Wöhlerkrommen voor verschillende

Goodman diagram

Smith diagram

Soorten vermoeiingsbreuken: – Lange levensduurvermoeiing van structuren zonder initiële scheurtjes high-cycle fatigue roterende of trillende systemen (wielen, assen, motorcomponenten, …)

N >> 104 grootste deel nodig voor ontstaan van scheurtjes

Taaie breuk: Plastische vervormingen zichtbaar voorafgaand aan breuk Brosse breuk: Geen plastische vervormingen zichtbaar voorafgaand aan breuk

Onderzoek naar de neiging tot brosse breuk: de kerfslagproef. Arbeid bepaald, die wordt verbruikt bij het met één slag breken van een ingekerfde proefstaaf Kersfslagwaarde = slagarbeid gedeeld door de oppervlakte van de kleinste doorsnede van de proefstaaf

Taaie breuk   Brosse breuk

Verschil tussen taaie en brosse breuk taaie breuk: in de buurt van het breukvlak grote vervormingen (insnoering) schuifspanningen spelen een grote rol (de onder 45°staande kraterrand) brosse breuk: in de buurt van het breukvlak nagenoeg geen vervormingen breukvlak staat ongeveer loodrecht op de trekrichting trekspanningen spelen een grote rol Factoren die het optreden van brosse breuk bevorderen: lage temperatuur grote vervormingsnelheid hoge k-waarde

Figuur 0.1: slag arbeid in functie van temperatuur

Figuur 0.2: slag arbeid in functie van temperatuur

Breukgedrag Een taai brekende staalsoort kan bros worden ten gevolge van een warmtebehandeling om het staal harder te maken! En een volgende warmtebehandeling kan het weer wat ductieler maken…

Trekproef na insnoering Ductiele metalen: instabiele insnoering! – trekkracht daalt na het bereiken van een maximum; – dwarsdoorsnede neemt verder af in de insnoering; – uiteindelijk breekt de proefstaaf in de insnoering.

• Thermoplast rond glasovergangstemperatuur: – insnoering niet onstabiel maar groeit gewoon in lengte. • Dit komt omdat het materiaal lokaal sterk verstevigt op het moment van de insnoering. • Hierdoor kan het de toegenomen spanning over de gereduceerde dwarsoppervlak ter hoogte van de insnoering dragen. – Verklaring: dit bijzonder gedrag hangt samen met het strekken van de polymeerkettingen volgens de trekrichting. – Wanneer alle ketens gestrekt zijn neemt de spanning toe tot de breuksterkte bereikt wordt.

Figuur 0.3:spanningconcentraties

Figuur 0.4: scheur bij lange-levensduur vermoeiing

in trek: vorming grote plastische vervormingszone waarin holtes ontstaan en de verbindingen ertussen doorscheuren in druk: scheur is extra gegroeid door verbonden holtes

Theoretisch spanningsverloop: Berekend op basis van zuiver elastisch gedrag ( in buurt van scherpe scheurtip).

Werkelijk spanningsverloop: Spanningen hoger dan rekgrens kunnen niet en het materiaal in de buurt van scheurtip vervormt plastisch.

Scheurvorming in plastische zone: er ontstaan holtes rond insluitsels of door breuk van de insluitsels, en de verbindingen tussen deze holtes scheuren door

in trek: atoomvlakken worden van elkaar losgerukt (kliefbreuk) Brosse breuken vragen dan ook veel minder energie dan ductiele breuken.

Bepaalde warmtebehandelingen van staal kunnen bros gedrag tot gevolg hebben

Afschrikharden: Voldoende hoog koolstofgehalte (> 0.3%C) Voldoende hoge temperatuur (850…1050 C) Vervolgens afschrikken in water of olie Hard en bros. Dit komt doordat bij het afschrikken een zeer harde kristalstructuur (martensiet) ontstaat die zeer weinig plastische vervorming toelaat. Temperen: Zekere tijd bij 400-600°C zal afschrikgehard staal terug wat meer taaiheid geven. (Tijdens een labozitting zullen de effecten van deze twee warmtebehandelingen experimenteel getoond worden via kerfslagproeven en hardheidsmetingen.)

Fasediagrammen Toepassingen van koper en koperlegeringen corrosiebestendige producten: waterleidingsbuizen, kranen, koppelstukken voor leidingen, radiatoren voor automobielen, scheepsschroeven, dakbedekkingen, deurbeslag, beeldhouwwerken… Vb. toepassing aluminium brons legering

Inleiding, enkele def  Component: zuivere metalen en/of verbindingen waaruit een legering (of meer algemeen een mengsel) is

samengesteld  Fase:

homogeen deel van een mengsel (kan gasvormig, vloeibaar of vast zijn)  Vrijheidsgraad: parameter die men kan wijzigen zonder dat de aanwezige fasen veranderen

Toepassingen Toestandsdiagram bevat belangrijke informatie over smelten, stollen en andere fenomenen.  Ontwikkeling van de microstructuur van een legering is gerelateerd aan de karakteristieken van het toestandsdiagram.

Figuur 0.5 Evenwichts diagram: twee-component systeem

Eén-component fasediagrammen controleerbare externe parameters die de fasestructuur kunnen beïnvloeden: • druk • temperatuur • samenstelling  één component fasediagrammen: druk-temperatuur diagrammen

voorbeeld: water

Binair systeem met volledige oplosbaarheid Componenten: Cu en Ni Samenstelling: in m% en at% Fasen: vloeistof (L) en vast (a) Liquiduslijn: grenst aan (L) Soliduslijn: grenst aan (a)

Gekend: • Co globale samenstelling • T temperatuur Ongekend: • Fasen • CL samenstelling van (L) • Cα samenstelling van (α) Bepaal punt B bij gekende Co en T  vloeistof (L) en vast (α) gebied. Bepaal snijpunt van horizontale verbindingslijn door punt B met liquidus en met solidus. Verticale lijn door snijpunt met liquidus geeft CL . Verticale lijn door snijpunt met solidus geeft Cα

Hefboomregel Fractie vloeibaar (L)

C C ∝−C ¿ (¿ L) (¿ ¿ ∝−C0 ) ¿ S W L= =¿ R+S Fractie vast (a)

C C (¿ ¿ ∝−C L ) (¿ ¿ 0−C L ) ¿ R W α= =¿ R+S

Bereken van hoeveelheden van de fase één fase aanwezig: • hoeveelheid fase = totale hoeveelheid legering twee fasen: • construeer de verbindingslijn bij de temperatuur waarbij men de bepaling wil uitvoeren • duid de globale samenstelling van de legering aan op die lijn • de fractie van de ene fase wordt bekomen door de lengte van de verbindingslijn vanaf de globale samenstelling tot de grens met de andere fase te delen door de totale lengte van de lijn • als men de percentages van elke fase wil kennen, vermenigvuldigt men de fractie met 100%

Volumefracties

Vorming van microstructuur bij stolling Evenwichtskoeling: Trage afkoeling zodat het systeem op elk moment in evenwicht is.

Niet-evenwichtskoeling: Snelle afkoeling zodat het systeem onvoldoende tijd heeft om in evenwicht te raken. Om in evenwicht te raken is diffusie van atomen nodig, en die is vooral traag in de vaste fase. Voor beide fasen neemt de diffusiesnelheid af bij dalende temperatuur.

Figuur 0.6: volledig oplosbaarheid: mechanische eigenschappen

Binair systeem met beperkte oplosbaarheid: Cu-Ag • Drie één-fase gebieden: α, β en vloeistof – α -fase: vaste fase, rijk aan koper met zilver als opgelost atoom in een KVG rooster – β -fase: vaste fase, rijk aan zilver met koper als opgelost atoom in een KVG rooster • Oplosbaarheidslijn (solvus): – geeft oplosbaarheid van ene component in de andere weer

Figuur 0.7 :Binair systeem met beperkte oplosbaarheid: Pb-Sn

Vorming van microstructuren in binaire legering Bijna zuiver lood

Vorming van microstructuren in eutectische legering Afkoelen van een vloeistof met 38 % Pb, 62 % Sn Stolling bij één temperatuur. Microstructuur van de gevormde vaste stof bestaat uit alternerende lagen (lamellen) van a en b fase die tegelijk gevormd worden tijdens de stolling. Deze microstructuur noemt men een eutectische structuur.

Figuur 0.8: Eutectische stolling en microstructuur in Pb-Sn

Afkoelen van een vloeistof met 60 % Pb, 40 % Sn Eerst stolling van primair α. Daarna eutectische stolling met eutectisch (secundair) α en eutectisch β. Een microconstituent is een element van de microstructuur met een identificeerbare en karakteristieke structuur. Het primair α en het eutecticum zijn microconstituenten.

Figuur 0.9: Microstructuur in eutectische legering

Binaire legering met intermediaire fasen: messing α - messing: • tot 32 m% Zn • sterker dan Cu • goed omvormbaar

α , β - messing: • 32-49 m% Zn • minder omvormbaar dan a • doorgaans warm gesmeed

β - messing: • ~50 m% Zn • harder, brosser dan α • minder omvormbaar dan α

Figuur 0.10: Binaire legering met intermediaire fasen: Mg-Pb...