Scan011520103058

) I I MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

) I I MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Jeśli parametry prób będą przekraczały granice pomiędzy dwoma iń/nymi mechanizmami pełzania, będziemy mieli problemy z ekstrapolacją wyników do warunków eksploatacyjnych. Ekstrapolacja danych bazujących n i potęgowym prawie pełzania może być wówczas obarczona niebezpiecznie dużym błędem (rys. 19.6).

I \ chnologiczne kształtowanie elementów metalowych

( /asami pełzanie może być pożądane. Wyciskanie, walcowanie lub plasowanie na gorąco i kucie są operacjami prowadzonymi w temperaturach, w których dominujący jest mechanizm opisany potęgowym prawem pełzania. I >l.ilego podwyższenie temperatury powoduje obniżenie ciśnień lub sił, wyma-, in\vh do wykonania operacji. Zmianę ciśnienia, wymaganą przy zmianie temperatury procesu, można obliczyć z równania (19.1).

V

rt afektowanie stopów i ceramik odpornych na pełzanie opisane prawem potęgowym

(iilybyśmy musieli dobrać lub zaprojektować materiał odporny na pełzanie, n.d< doby postąpić w następujący sposób (bazując na zagadnieniach omó-V innych w tym i następnym rozdziale):

i) Wybrać materiał o wysokiej temperaturze topnienia, ponieważ dyfuzja

(i szybkość pełzania) zależą od T/T_M\

l>) Maksymalnie utrudnić ruch dyslokacji przez utworzenie roztworów i dyi li i wytworzenie wydzieleń dyspersyjnych; wydzielenia muszą oczy-i i. u być stabilne w temperaturze pracy materiału;

i ) Wybierać, o ile to możliwe, materiał o typie sieci krystalicznej stwa-. ippej największy opór, to znaczy o wiązaniu kowalencyjnym (tak, jak to j. i w większości tlenków, w krzemianach, węgliku krzemu, azotku krzemu i podobnych związkach).

Aktualnie stosowane materiały odporne na pełzanie spełniają właśnie te |. i\ieiia. Poniżej zestawiono (wg wzrastającej T_M) najczęściej stosowane materiały¹^

v stop aluminium ze strukturą roztworu stałego zawierający wydzielenia; niska T_M'_Z temperatura pracy do 150°C; lecz mała gęstość, u ysokos topowe stale odporne na korozję typu 304, 316, 321: roztwory stałe, “głównie Nil i Cr ~w^żeta~zie, wydzielenia węglików i faz międzymetalicznych; stosowane do 600°C.

Ni\kostopowe stale ferrytyczne: roztwory stałe (do 4%) Cr, Mo i V w żelazie,

zawdzięczające swoją odpomość_na pełzanie głównie występowaniu węglików; stosowane do 650°C.

11

()/.naczenia wg norm angielskich

O

L

Nadstopy na bazie niklu: szeroka gama stopów niklu o strukturze roztworów

ieTITCr, W, Co) i wydzielenia węglików oraz faz między

metalicznych; stosowane do 950°C (rozdz. 20).

Żawod^rnetlenjęi^    głównie tlenek aluminium A1₂0₃; ceramiki ba-

żujące naS 1O2 Jwęg 1 i k krzemu SiC; azotek krzemu Si₃N₄; sialony (Si₃N₄ i A1₂0₃); stosowane potencjalnie do temp. 1300°C (rozdz. 20). Cechą charakterystyczną tych materiałów jest duży opór sieci krystalicznej.

Projektowanie stopów i ceramik odpornych na płynięcie dyfuzyjne

/

r L

Płynięcie dyfuzyjne odgrywa ważną rolę w materiałach drobnoziarnistych (często w ceramikach) oraz w materiałach podlegających pełzaniu pod małym obciążeniem, w wysokich temperaturach. Aby wybrać właściwy materiał należy:

a) Szukać materiału ojwysokiei-temperaturzeJLopnienia.

( bf)Stworzyć warunki powstania dużego ziarna, które wydłuża drogę dyfuzji 1 ogranicza rolę mechanizmu dyfuzji po granicach ziam - idealny byłby monokryształ.

c) Stworzyć warunki powstania wydzieleń na granicach ziarn, w celu ograniczenia poślizgu granic ziam.

Stopy metali są zwykle tak'zaprojektowane, aby były odporne na pełzanie opisane prawem potęgowym. Płynięcie dyfuzyjne jest rozważane raczej rzadko. Jedynym wyjątkiem są stopy kierunkowo krystalizowane (DS) opisane w przykładzie w rozdz. 20. W tym przypadku zastosowano specjalne techniki dla uzyskania dużego ziarna.

Ceramiki, z kolei, zwykle ulegają odkształceniu głównie przez płynięcie dyfuzyjne (ponieważ mają małe ziarno, a duży opór sieci krystalicznej utrudnia pełzanie według prawa potęgowego). Zastosowanie odpowiedniej obróbki cieplnej, prowadzącej do rozrostu ziarna, może zwiększyć ich odporność na pełzanie.

Mechanizmy pełzania w polimerach

Pełzanie polimerów jest głównym problemem przy projektowaniu. Temperatura zeszklenia T_G większości polimerów jest bliska temperaturze pokojowej. Znacznie poniżej T_G polimer staje się szkłem (często zawiera- T^-ł jącym obszary krystaliczne - rozdz. 5) i jest kruchy. Sprężyste ciało stałe -guma, ochłodzona w ciekłym azocie, jest tego przykładem. Znacznie powyżej T_g ulegają osłabieniu wiązania siłami Van der Waalsa i polimer uzyskuje właściwości gumy (jeśli wiązania polimeru są skrzyżowane) lub lepkiej cieczy (gdy nie są skrzyżowane). Polimery termoplastyczne, które mogą być formowane na gorąco są tego prostym przykładem. Znacznie poniżej T_G są one sprężyste, znacznie powyżej stają się newtonowskimi lepkimi cieczami.

a