درک اصول مکانیک های Fracture

مکانیک Fracture تجزیه و تحلیل می کند که چگونه مواد تحت استرس شکست می خورند، با تمرکز بر شروع ترک و انتشار دما، ظرفیت جذب میکروساختار و انرژی مواد را تغییر می دهد، تغییر حالت شکست از مجرای به شکننده یا برعکس، مهندسان وابسته به سخت شدن شکستگی (KIC [F:1])، تاثیر شارلی، و زیرساخت های انرژی برای درک دقیق این اثرات دما (DB) است.

Brittle در مقابل Ductile Fracture

شکستگی Brittle به طور ناگهانی با تغییر شکل پلاستیکی کوچک رخ می دهد، ترک های منظم به سرعت از طریق مرزهای دانه یا در امتداد هواپیماهای پرجرم، شکستگی دوکوره شامل تغییر شکل قابل توجهی پلاستیک، زغال سنگ های کوچک و جذب انرژی، تعادل بین این مکانیسم ها را تغییر می دهد.در دمای گریه، حتی فلزات معمولی می توانند شکستگی دایره ای را در دمای بالا نشان دهند، افزایش تحرک اتمی، افزایش تحرک و افزایش می دهد.

شدت استرس و سختی های Fracture

در این میان، در این زمینه، به عنوان یک عامل از جمله در مورد میزان اختلاف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف و ضعف در این زمینه اشاره می کند: در این مرحله، میزان کاهش میزان اختلاف و ضعف آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

اثرات دما بر رفتار Fracture

دما به طور مستقیم بر پیوند اتمی، تحرک در حال جابجایی و ثبات فاز در زیر تأثیر می گذارد، ما سه رژیم اولیه را بررسی می کنیم: دما پایین، دما بالا و محدوده انتقال بحرانی.

انگلیسی: Low- ⁇ Brittleness

در دماهای پایین تر از دمای اتاق (به عنوان مثال، ۴۰ درجه سانتی گراد) ، فلزات از دست دادن آرامش به عنوان حرکت دررفتگی محدود می شود.قدرت عملکرد افزایش می یابد ، اما قدرت شکستگی نسبتا ثابت باقی می ماند و منجر به تخریب بدنه شکننده می شود.این به ویژه در فلز مکعب بدن محور (BCC) مانند اثرات فولادهای معمول فریسی خطرناک است.

  • کاهش شدید انرژی تاثیر چارلی
  • افزایش دمای انتقال nil-ductility
  • تغییر از شکستگی فیبرووس به شکستگی بین دو قطبی یا ترانسگلی

شکست های تاریخی، مانند شکستگی کشتی آزادی در طول جنگ جهانی دوم و طوفان بزرگ بوستون، پیامدهای فاجعه بار از تحریکات کم دما در فولادهای انتخاب شده را برجسته می کند.

دانلود بازی High- ⁇ Ductility and کریپ

در دمای بالا، تقریباً 0.4 [FLT] [FLT] [FLT: [FLT7] نقطه ذوب در فلزات کلوین است، اما همچنین به کاهش ظرفیت زمان و تقسیم مواد تشکیل دهنده، و تقسیم بندی، و همچنین شامل مواد کلیدی است.

  • افزایش طول و کاهش منطقه در آزمایشات کششی
  • شکل گیری حفره های خزه و شکاف بین قطبی
  • حساسیت به میزان فشار: نرخ های بالاتر می توانند رفتار مانند شکننده را حتی در دمای بالا ایجاد کنند.

اجزای توربین های گازی، راکتورهای هسته ای و گیاهان پتروشیمی باید در برابر شکستگی در هنگام حفظ سختی و سختی، مقاومت کنند. آلیاژهایی مانند Inconel 718 و Waspaloy برای حفظ قدرت تا 700 درجه سانتی گراد از طریق سخت شدن بارش و ساختارهای دانه پایدار طراحی شده اند.

دمای انتقال دوباره (DBTT)

بسیاری از فلزات BCC و برخی از فلزات نزدیک بسته بندی شده (HCP) نشان دهنده تغییر شدید در حالت شکستگی در محدوده دمای باریک - DBTT در زیر DBTT، شکستگی در درجه اول کلاب است؛ بالاتر، انتقال تحت تاثیر:

  • اندازه دانه های دانه: دانه های ریز تر DBTT را پایین می آورند
  • ترکیب آلیاژ: اضافه کردن نیکل و منگنز باعث بهبود سختی دمای پایین می شود
  • درمان گرما: رفع و تنظیم می تواند DBTT را تغییر دهد

استانداردهای مهندسی (به عنوان مثال، ASME بویلر و قانون حمل و نقل فشار) نیاز به آزمایش چارپی در حداقل دمای طراحی برای اطمینان از سخت بودن کافی است.برای خطوط لوله قوسی یا بدنه کشتی، مواد باید یک DBTT به خوبی زیر دمای خدمات برای جلوگیری از شکستگی شکننده داشته باشند.

پاسخ های دمایی مواد مخدر-Specific

ساختارهای مختلف کریستالی و ترکیبات آلیاژی به طور منحصر به فرد به دما واکنش نشان می دهند و مواد مناسب را برای یک محیط حرارتی مشخص انتخاب می کنند که نیاز به درک این پاسخ های خاص دارند.

فولادها و تکنولوژی DBTT

فولادهای کربن و کم کارمند بیشترین مواد مورد مطالعه در مورد اثرات دما هستند. Ferrcriastic-pearlitic microstructures نشان می دهد DBTT، به طور معمول بین 20 درجه سانتیگراد و +20 درجه سانتیگراد برای فولادهای ساده کربن - Quenched و تنظیم فولادهای با قرار گرفتن در معرض DBtensite یا Bacite دارای DBTT پایین تر (below - 60 درجه سانتی گراد).

آلومینیوم آلیاژ

آلیاژهای آلومینیوم (FCC) به طور کلی حفظ راحتی در دماهای پایین و حتی می تواند نشان دهنده افزایش قدرت و سختی است.در دمای کراوژنیک، برخی از 2xxx و 7xxx آلیاژ سری تجربه کاهش کمی در سختی شکستگی به دلیل محلی شدن باند لغزش، در حالی که 5xxx باقی مانده پایدار است. (150 درجه سانتیگراد)، بیش از کاهش قدرت، و مقاومت در برابر افزایش نگرانی در استفاده از هواشناسان.

تیتانیوم و Superalloys مبتنی بر نیکل

آلیاژهای تیتانیوم ( فاز آلفا HCP در دمای پایین) نشان دادن یک رفتار پیچیده از دمای وابسته به دما در نزدیکی اتاق، آنها سخت بودن عالی، اما در دمای بالا، تیتانیوم خالص می تواند تبدیل به شکننده. آلیاژ با آلومینیوم و ملامنیوم (Ti-6Al-4V) حفظ سخت بودن تا -200 درجه سانتیگراد در دما بالا (400 درجه)، تیتانیوم به سرعت و هیدروژن بالا به دلیل شکستگی های سخت است.

روش های تست و ارزیابی استاندارد

اندازه گیری اثرات دما نیاز به آزمایش های استاندارد دارد که جذب انرژی و سفت شدن شکستگی را در طیف وسیعی از شرایط اندازه گیری می کند.

تست تاثیر چارلی

آزمون Charpy V-notch (ISO E23) رایج ترین روش برای ارزیابی انتقال مجار به-brittle است. نمونه ای که توسط یک قلم در دمای کنترل شده ضربه زده می شود و انرژی جذب شده نیز ثبت می شود. - انرژی حاصل از انتشار در مقابل منحنی دما نشان می دهد که مهندسان DBTT به طور معمول دمای انتقال در سطح انرژی 27 (20py) را برای تست های استاندارد ELT بارگیری می کنند.

تست سختی در هر ASTM E1820

برای برنامه های بحرانی، سختی های شکست در هواپیما (FLT:0) IC با استفاده از تنش فشرده یا نمونه های خم شده تک لبه اندازه گیری می شود؛ و آزمایش ها در دمای خدمات انتظار انجام می شوند و نتایج در طراحی آسیب پذیری استفاده می شود.

روش های اضافی شامل تست پارگی وزن کم (DWTT) برای فولادهای خط لوله و آزمایش پارگی پویا برای مواد تنگی بالا است. موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) [FLT 1 یک پایگاه داده سخت شکستگی برای کمک به انتخاب مواد را حفظ می کند.

مفاهیم مهندسی عملی

درک اثرات دما فقط آکادمیک نیست؛ آن را به طور مستقیم بر انتخاب مواد، کدهای طراحی و حاشیه های ایمنی عملیاتی تاثیر می گذارد.

انتخاب مواد برای محیط های شدید

برای کاربردهای قوسی (pipelines، سیستم عامل های دریایی)، سخت بودن دمای پایین، از فولادهای با اضافات نیکل (به عنوان مثال، 3.5% Ni، 9٪ Ni) رایج است، زیرا ذخیره سازی سرطان زا گازهای مایع، فولاد ضد زنگ آستنیت (304، 316) یا آلیاژهای آلومینیوم (5083) استاندارد در محیط های با دمای بالا (نه تنها باید ضخامت مواد اولیه را کاهش دهد و نه تنها برش های برشی که باعث شکستگی های برشی می شود).

چندین روش مهندسی خطر شکستگی شکننده ناشی از دما را کاهش می دهد:

  • صلاحیت مواد: نیاز به تست تاثیر چارپی در حداقل دمای طراحی برای تمام اجزای بارگیری اولیه.
  • صلاحیت عمل بی نظیر: Welds می تواند DBTT بالاتر از فلز پایه؛ بنابراین، فلز جوش و منطقه آسیب دیده گرما باید آزمایش شود.
  • درمان گرما را تسکین می دهد؛ درمان پس از آن کاهش تنش های باقی مانده است که می تواند ترک های شکننده را آغاز کند.
  • ] نظارت بر دمای عملیاتی: [FLT 1 ] برای ساختارهایی که بین دماها چرخه می کنند، سنسورهای دما را نصب کرده و از ترانسهای حرارتی سریع اجتناب کنند.
  • ] ارزیابی مکانیک تجربی: استفاده از تجزیه و تحلیل عنصر محدود با درجه حرارت وابسته IC [ مقادیر برای تأیید اینکه اندازه های موجود یا حداکثر مجاز نقص ایمن هستند.

کدهای طراحی مانند بخش ASME VIII و API 579 (Fitness-for-Service) شامل معیارهای سفتی تعادل وابسته به دما هستند، بازرسی منظم در طول تعمیر و نگهداری، به ویژه پس از ضربه های سرد در لوله های لوله یا خاموش شدن توربین، می تواند رشد ترک زیر بحرانی را قبل از شکست فاجعه بار تشخیص دهد.

نتیجه گیری

تغییرات دما به طور عمیقی رفتار شکستگی فلزات را از طریق تغییرات اساسی در تحرک، حالت شکست و ثبات ساختاری میکرو، و دماهای پایین، افزایش می دهد، و مواد تقاضایی با DBTT پایین، در حالی که دمای بالا، پیچ و تاب های ساختاری را به خوبی تجزیه و تحلیل می کند.(Cpy، برش استاندارد شده، [FLT: [۱] مهندسین حرارتی بالا را انتخاب می کند.