Zadanie 1

Odporność materiałów na pękanie w wysokiej temperaturze, na podstawie parametru Larsona - Millera.

LM = T*(log t_f +C)

gdzie:

- t_f - czas pracy w godzinach

- C - współczynnik, dla stali z reguły C=20

- T - temperatura pracy w Kelvinach (t [ °C ] = t [ K ] + 273.15; t [ K ] = t [ °C ] - 273.15)

Przykł.

Łopatki silnika pracują w temperaturze 871 °C, przy naprężeniu 150 MPa współczynnik LM wynosi 27600. Określić:

1. Określić trwałość materiału łopatek dla C=20

LM = T(log t_f + C)

LM = T* log t_f + T*C /T

LM/T = log t_f + C -C

log t_f = (LM/T) - C

log t_f = [27600 / (871+273,15)] - 20

log t_f = 24,123 - 20 = 4,123

10^4,123 = 13273,94 [h]

2. Max temperatura pracy dla 1000h

LM = T(log t_f + C) / (log t_f + C)

T = [LM/(log t_f + C)]

T = 27600/(log1000+20)

T = 27600 / (3+20)

T = 27600 / 23

T = 1200°K = 926,85°C

Zadanie 2

Który z pierwiastków Cr, czy Ni dodany do żelaza spowoduje jego większe umocnienie. Policzyć wzór dopasowania, rodzaj umocnienia.

Promienie pierwiastków:

r(Fe) = 0,124 nm

r(Cr) = 0,140 nm

r(Ni) = 0,124 nm

r(Cr)/ r(Fe) = 0,140/0,124 = 1,13

r(Ni)/ r(Fe) = 0,124/0,124 = 1

Większe umocnienie spowoduje nikiel gdyż graniczny stosunek promieni, przy którym wiązania mogły by się rozpaść wynosi >0,155. Jak widać z powyższych obliczeń poprawniejszy jest stosunek niklu do żelaza stąd spowoduje większe umocnienie. Rodzaj umocnienia - odkształceniowe (dyslokacyjne)

Zadanie 3

Jedną z metod stosowanych do poprawy niskiej ciągliwości (dużej kruchości) ceramiki jest umocnienie jej włóknami także ceramicznymi.

Przyjmijmy, że ceramika Al2O3 zostanie wzmocniona włóknami Cr2O3 w ilości ok. 25% całej objętości kompozytu. Tak zaprojektowany kompozyt ma pracować przez kilka miesięcy w temperaturze 2000°C.

Rozważ poprawność tak przyjętego rozwiązania.

Jak widać z powyższego wykresu w temperaturze topnienia roztworu pierwsze zaczynają wydzielać się zarodki roztworu stałego o stężeniu 55% Cr203 i 45% Al2O3, co zdecydowanie poprawia właściwości materiału, gdyż Cr203 jest wytrzymalsze na wysokie temperatury.

9.

Dlaczego granica plastyczności dla ziarna nr 2 wynosi 622MPa, a dla 8 wynosi 663MPa? Jaka będzie dla nr 12?

Dla 2 d = 0,177mm = 177nm

Dla 8 d = 0,022 mm = 22nm

Dla 12 d = 0,0055mm = 5,5nm

Wynika to z zależności Halla - Patcha, która mówi że granica plastyczności zależy od wielkości ziarna.

Ro - stała materiałowa

ky - stała materiałowa

d - ziarno nm

Dla 2 d = 177nm Ry = 622MPa

Dla 8 d = 22nm Ry = 663MPa

Wyliczamy:

Dla 12 d = 5,5nm

8.

Obliczyć udział objętości włókien kewlaru w osnowie metalicznej wiedząc, że współczynnik umocnienia kompozytu wynosi 3. Rm metalu bazowego wynosi 455MPa, Rm włókien 3100MPa, średnica włókien 12nm.

Rk = Vw*Rw+(1-Vw)Ro

kw = Rk/Ro stąd Rk = kw * Ro = 3 * 455 = 1365MPa

1365 = Vw * 3100+(1-Vw)*455

1365 = 3100 Vw + 455 - 455 Vw

910 = 2645 Vw

Vw = 0,34

Vo = 1 - Vw = 1- 0,34 = 0,66 = 66%

9.

Obliczyć objętość włókien umocnienia 3,4. Temperatura >700°C

Al.-Cu-Mg ->525MPa

MG-Al.-Zn-Ma-Si->105MPa

Ti-Ml-V->1041MPa

Szkło 3400

Kewlar 3200

SiC 2900

Bor 3500

Jako, że temperatura jest większa od 700°C to z włókien zostaje jedynie SiC. Pierwsza osnowa odpada bo Al. Topi się w temperaturze 660°C.

Sprawdzenie:

Ti - jeżeli kompozyt będzie 100% z włókien (nigdy tak nie będzie)

kw = 3,4 kw = (2900/1041)<3,4 odpada

Zostaje druga osnowa MG-Al.-Zn-Ma-Si, żeby umocnienie było 3,4 to musi być:

3,4*105MPa = 357MPa kompozyt

A więc

357 = Vo*105+(1-Vo)*2900

357 = 105Vo+2900-2900Vo

2795 Vo = 2543

Vo = 0,91 zatem objętość włókien wynosi: 1 - Vo = 0,09

10.

Umocnienie roztworowe. W materiale krystalicznym w sieci A2 o module sprężystości poprzecznej G = 210MPa i parametrze sieci a = 0,332nm dodano pierwiastki w celu zwiększenia wytrzymałości. Który z podanych pierwiastków do metalu głównego spowoduje najwyższe umocnienie.

Pierwiastek	Promień atomu [nm]	Rozpuszczalnik w temperaturze otoczenia
A	0,124	c = 5
G	0,143	c = 15
L	0,071	c = 0,06

Rozwiązanie:

Umocnienie zależne jest od ilości obcych atomów, im większa koncentracja atomów węgla tym umocnienie będzie większe

Dla G i γ stałego!

A:

G:

L:

Wynika, że największe umocnienie wystąpi dla pierwiastka G - umocnienie spowodowane niedopasowaniem metalu krystalicznego w sieci A2↓

rs - promień atomu dodanego

rm - promień atomu

11.

Dla super stopu na bazie niklu stała C = 20. Wartość parametru dla 100MPa wynosi LM = 25500. Oszacuj trwałość w 815°C.

815°C+273=1088°K

LM=T(log tf + C)

Log tf = LM / T - C

tf = 10 * LM / T - C = 10 * (25500 / 1088) - 20 = 234-20 = 214 [h]

Dla s-s niklu C = 20, LM = 25500, tf = 10000, oszacuj T

T = LM / (log tf + C) = 255001062,5 [h]

6.Umocnienie metali

.umocnienie roztworowe

8.Umocnienie granicami ziarn

9

---