1

UTJECAJ POVIŠENE

TEMPERATURE NA TRAJANJE

KONSTRUKCIJA

PONAŠANJE MATERIJALA U EKSPLOATACIJI

UPT

Utjecaj povišene temperature na mehanička svojstva

dobivena statičkim vlačnim ispitivanjem – metalni

materijali

UPT

Utjecaj povišene temperature i vremena trajanja

opterećenja na svojstva polimernog materijala

(dijagram naprezanje-istezanje za ABS)

2

UPT

Pojava povišenih i visokih temperature u postrojenjima

- toplinski strojevi i uređaji

- kemijska industrija

- alati za oblikovanje metala i keramike

- procesna industrija

- svemirska tehnika

Primjena materijala za povišene i visoke temperature:

- dijelovi parnih kotlova

- dijelovi plinskih i parnih turbina

- cijevi i oplate pregrijača pare

- toplinski čvrsti vijci i matice

- dijelovi motora s unutarnji izgaranjem

UPT

DEF.: Puzanje materijala je spora, ireverzibilna

deformacija materijala nastala uslijed djelovanja

dugotrajnog konstantnog opterećenja pri

povišenoj temperaturi.

DIJAGRAM PUZANJA

UPT

3

UPT

Na puzanje materijala utječu slijedeći parametri:

– temperatura tališta materijala

– tip atomske veze i kristalne rešetke materijala

– mikrostrukturno stanje materijala

UPT

Dijagrami puzanja za različite smjerove djelovanja naprezanja

na monokristalnu epruvetu od Ni-superlegure

Donji dijagram na slici pokazuje

brzinu prirasta deformacije –

brzinu puzanja u pojedinim

stadijima procesa (dijagrama!)

puzanja!

UPT

4

UPT

- toplinska vodljivost

cp – specifični toplinski kapacitet

- gustoća materijala

Energija aktivacije difuzije vezana je za koeficijent

difuzije jednadžbom:

D - koeficijent difuzije pri temperaturi T

UPT

Utjecaj naprezanja na puzanje

UPT

Utjecaj temperature na puzanje

5

UPT

Aktivacijska energija za puzanje

MATERIJAL

TEMP.

POČETKA

PUZANJA, C

T/Tt

Al -legure 150 -200 0,48 – 0,54 Tt

Ti - legure 315 0,3 Tt

Niskolegirani

čelici

400 0,36 Tt

Austenitni čelici

Ni & Co super

legure

540

700

0,49 Tt

0,56 Tt

UPT

Re1

Legiranje

(stvaranje

kristala

mješanaca)

0-dim. defekti

Re2

Hladno

deformiranje

1-dim. defekti

Re3

Usitnjenje

zrna

2-dim. defekti

Re4

Precipitacija

3-dim. defekti

Nisko

temperaturno

deformiranje + ++ ++ ++

Visoko

temperaturno

deformiranje

- puzanje +

+

- - ++

+Povećanje Re; ++Jako povećanje Re; - Smanjenje Re

UPT

6

UPT UPT

UPT

Tipična deformacija uslijed puzanja –

intergranularni lom turbinske lopatice

Larson Miller parametar (LMP) prema F.R. Larsonu i J.

Milleru koristi se za proračun preostalog vijeka trajanja:

LMP = T( K) [C + log t (sati)]

gdje su:

• T - apsolutna temperatura, K

• C - konstanta ( 20 za nisko legirane čelike,)

• t - vrijeme u satima

UPT

7

Metoda dobivanja tzv. Master krivulje prema Larsson i Milleru za Inconel 718

UPT

UPT

Odnos između vremena do pojave pukotine i tremperature za tri razine

naprezanja σa, σb i σc za primjenu Manson-Haferd parametra (σa > σb > σc)

UPT

Odnos između vremena do pojave pukotine i tremperature za tri razine naprezanja σa,

σb i σc za primjenu Sherby-Dorn Parameter parametra (σa > σb > σc)

8

U dijagramu puzanja prisutne su dvije vrste

istezanja (elongacije) :

• “stvarno istezanje”, predstavlja istezanje na

kraju drugog stadija puzanja

• ukupno istezanje kod kojeg dolazi do loma

UPT

UPT

UPT

9

UPT

Uzorak uzet iz cijevi načinjene od ugljičnog čelika (slike mikrostrukture )

a) Lamelarni perlit (prije eksploatacije)

b) Sferoidizacija željeznog karbida Fe3C (nakon dugotrajnog izlaganja pri 540°C)

c) Formacija slobodnog ugljika (Grafitizacija)

UPT

Vodikova bolest (Hydrogen attack) pojavljuje se kod ugljičnih i nisko legiranih čelika

pri povišenim radnim temperaturama. Manifestira se na dva načina, kao površinsko i

unutanje razugljičenje.

Kod povišene radne temperature vodik difundira u čelik i reagira s ugljikom u metalnoj

matrici ili s ugljikom u karbidima tvoreći metan. Na taj način može doći do stvaranja

pukotina ili samo do razugljičenja i smanjenja čvrstoće. Pojava je temperaturno

ovisna i nastupa iznad 540 ºC (površinsko razugljičenje) ili iznad 200 ºC (unutarnje

razugljičenje). Opaska ne miješati sa vodikovom krhkošću ( Hydrogen embrittlement)

koja nastupa kod sobne temperature !

UPT

10

Oštećenje cjevovoda platforme uzrokovano vodikom (ugljini čelik, 0.5% Mo).

a) Neoštećena mikrostruktura (polazna)

b) Područje gdje vodik razugljičuje željezne karbide

c) Mikropukotine u području uključina

d) Pojava pukotine

UPT