השפעת וריאציות טמפרטורה על התנהגות של מתכת

הבנה של יסודות

מכניקת Fracture מנתחת כיצד חומרים נכשלים תחת לחץ, התמקדות בקריט והפצתו.טמפרטורות משנה את יכולת הקליטה המיקרו-מבנית והאנרגיה של החומר, שינוי מצב הכישלון מדוקטריון ועד להתפרץ או להיפך. מהנדסים מסתמכים על קשיחות שבורה (KreaFLT:0) 0ICFLT:1), השפעה מסיבית, וטמפרטורה דוקטרילי-ל-ל-ל-ל-ל-ל-פול (DB) להשפעות חיוניות עבור מבנים אלה.

בריפל מול הדוכסות

שבר בריטל מתרחש לפתע עם עיוות פלסטיק קטן, propagating סדקים במהירות דרך גבולות דגנים או לאורך מטוסים מתפתלים. דוקטריון שבר כרוך עיוות פלסטיק משמעותי, microfree פחם, ו ספיגה אנרגיה.טמפרטורות לשנות את האיזון בין מנגנונים אלה. at Cryogenic טמפרטורה, אפילו מתכות דוקטרליות בדרך כלל יכול להראות שבר בשפע בטמפרטורות גבוהות, ניידות אטומית מוגברת, מקדם פירוק של אטומית ו dectation, שיפור.

מתח חזק גורם ו Fracture Toughness

(ב) ,הכוח של ה[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

השפעות טמפרטורה על התנהגות

הטמפרטורה משפיעה ישירות על האג"ח האטומי, על ניידות פירוק, ויציבות בשלב.כאן, אנו בודקים את שלושת המשטרים העיקריים: טמפרטורה נמוכה, טמפרטורה גבוהה, ואת טווח המעבר הקריטי.

פריחה נמוכה

בטמפרטורות גם מתחת לטמפרטורת החדר (למשל, -40 מעלות צלזיוס ל-196 מעלות צלזיוס), מתכות מאבדות את הדלונות כאשר תנועת פירוק התפוקה הופכת למוגבלת.הכוח הניבה גדל, אך עוצמת השבירה נותרה קבועה יחסית, מה שמוביל לנקייה מהירה.זה מסוכן במיוחד במכק ממוקד גוף (BCC) כמו פלדות ferritic. Common כוללים:

כישלונות היסטוריים, כגון ספינת החירות שברים במהלך מלחמת העולם השנייה ו-1919 הגדול בוסטון מולאס מבול, מדגישים את ההשלכות הקטסטרופליות של הריסות בטמפרטורה נמוכה בפלדות שנבחרו באופן לא תקין.

טמפרטורות גבוהות ו Creep

בטמפרטורות גבוהות, בערך מעל 0.4IRFLT:0 ;0 ⁇ ⁇ 1 ;206 ;206FLT 3: 3 (שם 0.4:TigFLT:5migFLT:6FLT:6FLT 7 הוא נקודת ההיתוך ב Kelvin), מתכות מוגברות, אך גם להיות רגישים לעיוות תלוי בזמן - קיבולת של מטבוליזם.

חסידי טורבינות גז, כור גרעיני, צמחים פטרוכימיים חייבים לעמוד בפני שבר מצמרר תוך שמירה על קשיחות. aloys כמו Inconel 718 ו- Waspaloy נועדו לשמור על כוח עד 700 מעלות צלזיוס באמצעות משקעים המחמירים ומבני דגנים יציבים.

הטמפרטורה של טמפרטורות המעבר דואטילי (DBTT)

מתכות BCC רבות וכמה מתכות צמודות ל-HCP מציגות שינוי חד במצב שבר על טווח טמפרטורה צר - DBTT. מתחת ל- DBTT, שבר הוא בעיקר ריצוף; מעל, הוא דוקטרון.המעבר מושפע על ידי:

תקני הנדסה (למשל, ASME Boiler ו- הלחץ קוד Vessel) דורשים בדיקות Charpy בטמפרטורות עיצוב מינימליות כדי להבטיח קשיחות נאותה.עבור צינורות קדחתניים או משחות ספינות, חומרים חייבים להיות DBTT טוב מתחת לטמפרטורת השירות כדי למנוע שבר מתפתל.

תגובות על טמפרטורה חומרית

מבנים גבישיים שונים ורכבות ⁇ מגיבים באופן ייחודי לטמפרטורה.בחירת החומר הנכון לסביבה תרמית נתונה דורש הבנה של תגובות ספציפיות אלה.

פלדה ו- DBTT Phenomenon

פלדות פחמן ושפל הם החומרים הנלמדים ביותר לגבי השפעות טמפרטורה. מבנים מיקרו-pearlitic-pearlitic להציג DBTT, בדרך כלל בין -20 מעלות צלזיוס ו +20 מעלות צלזיוס עבור פלדות פחמן פשוטות. Queitic-pearlitic בשלבי פלדה עם דקרנטק או bainite יש פחות DBTTs (be -60 ° C).

אלומיניום Alloys

⁇ אלומיניום (FCC) בדרך כלל לשמור על דוקטריות בטמפרטורות נמוכות ואפילו יכול להראות כוח מוגברת ונוקשות. בטמפרטורות Cryogenic, כמה 2xxx ו 7xxx סדרה ⁇ s ניסיון ירידה קלה בנוקשות שבר בשל איתקליזציה של הלהקה, בעוד 5xxx סדרה ⁇ נשאר יציב. בטמפרטורות גבוהות (>150C), overagings כוח, ו-Retch הופך לדאגה אלומיניום-lithium הם שימוש סגסוגת שיפור ביצועים שלהם.

טיטניום ו- ניקל-מבוססים על Superalloys

⁇ טיטניום (HCP alpha Phase at lowטמפרטורה) מציג התנהגות מורכבת של שבר תלוי טמפרטורה.טמפרטורת החדר הסמוך, יש להם קשיחות מצוינת, אבל בטמפרטורות Cryogenic, טיטניום טהור יכול להיות שטוף עם אלומיניום ו וניל (Tiel-4V) שומרת על קשיחות עד -200C. בטמפרטורות גבוהות (400 ° C), titaniumidiumidoxes עם מימן ו- 1000bideicialx, למרות שבסיסם של פחמימות, הם עלולים לדלקת כבד של פחמימות גבוהה.

שיטות בדיקה והערכה סטנדרטית

השפעות טמפרטורה קוונטיות דורשות בדיקות סטנדרטיות המדידות את ספיגת האנרגיה ואת קשיחות השבירה על פני מגוון של תנאים.

מבחן ההשפעה Charpy Impact Test

מבחן Charpy V-notch (ASTM E23) הוא השיטה הנפוצה ביותר להעריך מעבר דוקטרילי-לברי. A לאched דגימות הוא פגע על ידי עטוlum בטמפרטורה מבוקרת, ואת האנרגיה הנספגת נרשמת.האנרגיה המתקבלת לעומת טמפרטורה עומס הטמפרטורה מגלה את DBTT. מהנדסים בדרך כלל להגדיר את טמפרטורת המעבר ברמת אנרגיה של 27 J (20 רגל) עבור פלדה.

בדיקת נאותות ל- ASTM E1820

(ב) ליישומים קריטיים, קשיחות של שבר מטוסים:0KirFLT ( 1ICIRLT:2FLT 3: 3 נמדדת באמצעות מתח קומפקטי או דגימות חד-צדדיות חד-צדדיות מבוצעות בטמפרטורת השירות הצפויה, והתוצאות משמשות בתכנון סובלני יותר.

שיטות נוספות כוללות את בדיקת הדמיעת במשקל (DWTT) עבור פלדות צינורות ואת בדיקת הדמעות הדינמית עבור חומרים עתירי משקל גבוה.המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST)FLT:1 שומר מסד נתונים של קשיחות שבר כדי לסייע בבחירת חומרים.

השלכות הנדסה מעשיות

הבנת השפעות הטמפרטורה אינה רק אקדמית; היא משפיעה ישירות על בחירת חומרים, קודים עיצוב, בשוליים של בטיחות תפעולית.

בחירת חומרים לסביבה קיצונית

עבור יישומים קדחתניים (pipelines, offshore פלטפורמות), קשיחות דלת-טמפרטורה היא רבת-חשיבות. Steels עם תוספות ניקל (למשל, 3.5% Ni, 9% Ni) נפוצים.עבור אחסון Cryogenic של גזים ליקפידים, צינורות אטסטיים חלודים (304, 316) או סגסוגת אלומיניום (5083) הם סטנדרטיים.

אסטרטגיות עיצוב ל- Mitigate טמפרטורה-Related Fracture

מספר שיטות הנדסיות להפחית את הסיכון של שבר מלוטש בטמפרטורה:

קודים עיצוב כגון ASME סעיף VIII Division 2 ו- API 579 (Fitness-for-Service) משלבים קריטריונים של קשיחות לשבר תלויה בטמפרטורה.בדיקה סדירה במהלך תחזוקה, במיוחד לאחר צלקות קרות בצנרת או סגירת טורבינות, יכולים לזהות צמיחה סדקים תת-עורית לפני כשלון קטסטרופלי.

מסקנה

שינויים בטמפרטורות עמוקות משנים את התנהגות השבירה של מתכות באמצעות שינויים יסודיים בניידות, מצב כשלון ויציבות מיקרו-מבנהית.טמפרטורות נמוכות מקדם ריצוף וביקוש חומרים עם DBTT נמוך, בעוד טמפרטורות גבוהות מציגות צמרר וחמצן מונעות שבר.