DEGRADACJA MATERIAŁÓW

Zmęczenie materiałów

•Proces polegający na wielokrotnym

obciążaniu próbki wywołującym zmienny

stan naprężeń

• Zmienność w czasie t wyraża się

częstotliwością, wielkością i rodzajem

naprężeń oraz współczynnikiem asymetrii

cyklu R = σ

min

/σ

maks

• Średnie naprężenie

σ

m

= (σ

min

+ σ

maks

)/ 2

•

Nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa ZG -

maksymalną wartość okresowo zmieniającego się naprężenia σ

max

, przy

której materiał może pracować nieograniczenie długo, bez pojawienia się
rys zmęczeniowych i zniszczenia materiału. W praktyce przyjmuje się, że
wytrzymałość ta osiągnięta jest już po przekroczeniu umownej granicznej
liczby cykli NG.

•Graniczna

liczba

cykli

NG

(podstawa

próby

zmęczeniowej) 10

8

cykli

•Ograniczona wytrzymałość zmęczeniowa

Wykresy zmęczeniowe Woehlera

Zjawiska towarzyszące zmęczeniu metali

•Lokalne odkształcenie plastyczne z pasmami
poślizgu i bliźniakami oraz ekstruzjami
(wyciśnięciami) i intruzjami (wciśnięciami)

•Cykliczne umocnienie i osłabienie

•Zarodkowanie, rozwój i łączenie się mikropęknięć
zmęczeniowych

Wysokotemperaturowe niszczenie materiałów

•Pełzanie
•Zmęczenie mechaniczne
•Zmęczenie cieplne

Zjawisko powolnego odkształcania się ciał pod wpływem ustalonych
obciążeń, w wysokich temperaturach, nazywamy pełzaniem.
Zjawisko spadku naprężenia w ciałach poddanych ustalonym
odkształceniom nazywamy relaksacją.

Co to znaczy wysoka temperatura?

•należy porównać temperaturę pracy z temperaturą
topnienia materiału T

M

•Zjawiska pełzania dotyczą zakresu dla T> 0.3-0.4 T

M

(w K) dla metali i T> 0.4-0.5 T

M

(w K) dla ceramiki.

Włókno wolframowe żarówki

•T

M

~ 3000°C (3273K)

•temperatura pokojowa (300K) jest bardzo niska
dla wolframu
•Temperatura pracy (2273K) jest wysoka
•

Włókno wolframowe pełza w temperaturze pracy!

•Wydłuża się i zwisa pod własnym ciężarem
dopóki nie dojdzie do zwarcia.

Pełzanie

Występuje w podwyższonych temperaturach, T > 0.4 T topnienia (T

M

)

Wyczerpanie i uszkodzenie w wyniku
pełzania

•Wyczerpanie: utrata zdolności materiału wskutek
odkształcenia plastycznego w wyniku pełzania

•Uszkodzenie: nieodwracalne zmiany struktury,
spowodowane przez oddziaływanie temperatury i
naprężenia mechanicznego

Korozja

• Oddziaływanie fizykochemiczne i

elektrochemiczne między materiałem a
ś

rodowiskiem, w wyniku którego następuje

pogorszenie własności materiału

• Korozja: ogólna, lokalna, selektywna,

międzykrystaliczna, naprężeniowa,
zmęczeniowa i wodorowa, gazowa

Mechanizmy

• Korozja ogólna: różnica potencjałów między

mikroanodami i mikrokatodami

• Korozja galwaniczna: różnica potencjałów między

dwoma obszarami konstrukcji

• Korozja lokalna wżerowa i szczelinowa: różnica

potencjałów między wnętrzem wżeru (szczeliny) a resztą

metalu

• Korozja selektywna: selektywne rozpuszczanie się

jednej z faz stopu (grafityzacja żeliw, odcynkowanie

mosiądzów)

• Korozja międzykrystaliczna: różnica potencjałów między

obszarem granicy ziarna a wnętrzem ziarna

• Korozja naprężeniowa, zmęczeniowa, wodorowa: wynik

współdziałania czynnika agresywnego i naprężeń

• Korozja gazowa: wynik reakcji chemicznej metalu i

ś

rodowiska

Zużycie tribologiczne

• Zużycie spowodowane procesami tarcia,

w którym następuje zmiana masy oraz
struktury i własności fizycznych warstw
wierzchnich

• Zużycie: adhezyjne, ścierne, scuffing, z

udziałem utleniania, zmęczeniowe

• Zużycie ścierne: gdy w obszarach współpracujących

elementów są obecne utwierdzone lub luźne cząstki
ś

cierniwa albo nierówności materiału

• Zużycie adhezyjne: lokalne sczepianie się powierzchni

trących w mikroobszarach, zwłaszcza najwyższych

wierzchołków chropowatości i następnie ich rozrywanie

• Scuffing: gwałtowne zużycie w wyniku przerwania warstwy

olejowej lub zbyt małej jej grubości w stosunku do

wysokości nierówności (elementy zużycia ściernego i

adhezyjnego)

• Zużycie zmęczeniowe: wynik cyklicznego oddziaływania

naprężeń kontaktowych w warstwach wierzchnich (przez

łuszczenie – spalling oraz gruzełkowe – pitting)

• Fretting: zużycie ścierne wskutek drgań o bardzo małych

amplitudach