骨折のメカニックの基礎を理解する

破壊力学は、材料がストレス下で失敗する方法を分析します, 亀裂の開始と伝搬に焦点を当てます. 温度は、材料の微細構造とエネルギー吸収能力を変更します, 壊れやすいまたはその逆に障害モードをシフト. エンジニアは、骨折靭性に依存します (K[]]]), チャリピーの影響, そして、これらの要因を定量化するために、ダクタイルに壊れやすいトランジション温度 (DBTT). これらの構造を把握するために、これらのエネルギーを徹底的に設計します, 土木構造, これらの構造の基本的な構造を把握します.

脆性対。 延性骨折

脆い骨折は、プラスチックの変形がほとんどなく、粒子境界線や重力平面に沿って急速に亀裂を伝播する。 延性骨折は、実質的なプラスチック変形、マイクロボイドの沈黙、およびエネルギー吸収を伴う。 温度は、これらのメカニズム間のバランスをシフトします。 低温学温度では、通常の延性金属でさえ、骨折の骨折を展示することができます。 上昇温度では、原子の移動の増加は、分岐点および排卵の核を促進し、延性を促進します。

ストレス強度の強度要因と骨折の靭性

ストレス強度係数K]は、クラックチップの応力フィールドの倍率を記述します。 ]K]が材料の重要な骨折靭性を上回るK ]]が、不安定な亀裂伝播が起こります。 K] [FLT:] [FLT:] [温度が低くなる] [FLT:[FLT:]が、温度が低くなると[FLT:] [FLT:[FLT:]が低速さが低速さが低くなると低速[FLT:[FLT:[FLT:]が低速[FLT:[FLT:]が低速[FLT:[FLT:]の低下]が低速[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:]が低速[FLT:[FLT:[FLT:]の低下]が低速[FLT:

破壊行動に対する温度効果

温度は直接原子結合、転位の可動性および相安定性に影響を及ぼします。 以下、私達は3つの第一次療法を検査します:低温、高温および重要な転移範囲。

低い温度の脆性

温度がよく室温(例えば、-40°C〜196°C)の下、金属は変位運動が制限されるように延性を失う。 収量強度が増加するが、耐摩耗性は比較的一定のままで、脆性の悪化につながる。 これは、フェライト鋼のような体中心の立方体(BCC)金属で特に危険です。 一般的な効果は次のとおりです。

  • チャピー衝撃エネルギーのシャープな削減
  • ニルダクリティトランジション温度で増加
  • 延性線維症の骨折から脆性間または半透明骨折へのシフト

歴史上の障害、世界大戦中や191919年、リバティの船が破壊するような、破壊的な選択された鋼の低温塞収量の触媒作用を強調する。

高温多角性延性およびクリープ

高温で、大まかに0.4T]m(T]m[])は、金属は、延性を増加したが、また時間に依存する変形に敏感になるようになされる - 過度の動作を低下させる。 グラフェンドは、過負荷と過度の動作を低減する。

  • 張力試験における領域の伸縮と縮小の増加
  • クリープの空隙と角間割れの形成
  • 緊張率への感受性:より高い率は高温でも脆性のような行動を誘発できます

ガスタービン、原子力原子炉、石油化学プラントのコンポーネントは、靭性を維持しながら、クリープの骨折に抵抗しなければなりません。 Inconel 718やWaspaloyなどの合金は、析出硬化および安定した穀物構造により最大700°Cの強度を維持するために設計されています。

延性に--Brittle転移温度(DBTT)

多くのBCC金属といくつかの六角形のクローズパック(HCP)金属は、DBTTの低温範囲上のフラクチャーモードの鋭い変化を展示しています。 DBTTの下、フラクチャーは主に破損しています。 上記、それは延性です。 移行は、影響を受ける:

  • 粒径: 細かい粒がDBTTを下げる
  • 合金組成:ニッケルとマンガン添加が低温靭性を向上
  • 熱処理:焼入れ、焼戻しはDBTTを移すことができます

エンジニアリング規格(例えば、ASMEボイラーおよび圧力容器コード)は、十分な靭性を確保するために、最小限の設計温度でチャッピーテストを必要とします。 アークティックパイプラインまたは船の船の船の船の船の船には、材料は、脆性の破壊を防ぐために、サービス温度の下のDBTTを十分に持っていなければなりません。

物質的な特定の温度の応答

異なる結晶構造と合金組成物は、温度に一意に反応します。特定の熱環境に適した材料を選択すると、これらの特定の応答を理解する必要があります。

鋼とDBTTフェノメノン

カーボンおよびロー合金鋼は、温度影響に関する最も研究された材料です。 フェライト・ペアリスティック・マイクロ構造体は、通常-20°C〜+20°Cの間に顕著なDBTTを展示しています。 細長いマルテンサイトまたはバインナイトを有するクエントおよび強化鋼は、DBTT(-60°C)を下げています。 アステニスティック・ステンレス鋼(FCC構造)はDBTTを表示しません。 彼らは、耐衝撃性を保ちながら、耐衝撃性を保ちながら、耐衝撃性を保留するだけでなく、耐衝撃性を保留するだけでなく、耐衝撃性を保留するだけでなく、耐衝撃性を保留するだけでなく、耐摩耗性を保留する。

アルミ合金

アルミ合金(FCC)は一般に低温で延性を維持し、強さおよび靭性を高めることができます。低温学の温度では、ある2xxxおよび7xxxシリーズ合金はスリップ バンド ローカリゼーションによるひびの靭性のわずかな減少を、5xxxシリーズ合金は安定したまま経験できます。高温(>150°C)では、過食は強さを減らし、クリープの抵抗は心配になります。アルミニウム リチウム合金は、低温学の性能のために大気中の使用を改善する。

チタンとニッケルベースのスーパー合金

チタン合金(低温でHCPアルファ相)は、複雑な温度依存の骨折動作を展示します。室温の近くでは、それらは優れた靭性を持っていますが、低温で、純粋なチタンは脆弱になることができます。アルミニウムとバナジウム(Ti-6Al-4V)で合金化することで、-200°Cに靭性を保持します。高温(>400°C)では、チタンは急速に酸化し、水素乳液に苦しむことがあります。ニッケル系スーパー合金は、それらの硬化剤は、高温および高温硬化剤から高温に耐え、高温硬化剤を低下させることができる。

試験・標準評価方法

定量温度効果は、さまざまな条件でエネルギー吸収と耐摩耗性を測定する標準化試験を必要とします。

チャピー衝撃試験

Charpy Vノッチテスト(ASTM E23)は、ダクタイルから脆弱な移行を評価する最も一般的な方法です。ノッチされた標本は、制御温度でペヌジュラムによって打たれ、吸収されたエネルギーが記録されます。その結果、エネルギー対温度曲線は、DBTTを明らかにします。エンジニアは、通常、構造スチールのエネルギーレベル(27 J(20 ft・lbf)でトランジション温度を定義します。 ASTM] E23標準FLT:1]の輪郭を抽出し、データが読み込まれます。

破壊靭性ASTM E1820ごとのテスト

重要な用途では、平面の骨折靭性KICは、コンパクトな張力または単層ノッチ曲げ標本を使用して測定されます。 試験は、期待されるサービス温度で実施され、結果は、損傷耐性設計で使用されます。 ASTM] E1820標準は、伸縮性の帯状疱疹の亀裂を補償するCTFLT[FLT]は、CTFLTを予測します。 [FLT:]は、CTFLTは、CTFLTは、CTFを予測します。 [FLT:]と、CTFLTは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTFは、CTF

パイプライン鋼の落下重量試験(DWTT)や、高靭性材料の動的破損試験(]])は、標準技術(NIST)の国立研究所は、材料の選択を支援するために、骨折靭性データベースを維持します。

実用的な工学的インプリケーション

温度効果を理解することは、学術的だけでなく、材料の選択、設計コード、および運用安全マージンに直接影響します。

極限環境材料の選定

アークティック用途(パイプライン、オフショアプラットフォーム)では、低温靭性が欠損しています。ニッケル添加(例えば、3.5%Ni、9%Ni)の鋼は共通です。液化ガス、オーステナイト系ステンレス鋼(304、316)またはアルミニウム合金(5083)の低温貯蔵のために、高温環境(タービンブレード、ボイラーチューブ)、ニッケル系スーパー合金または高度なセラミックスは、耐摩耗性を低下させるだけでなく、耐摩耗性を低減するだけでなく、耐摩耗性を低減するだけでなく、耐摩耗性を低減する。

温度関連骨格を緩和する戦略を設計

いくつかのエンジニアリングプラクティスは、温度誘発の脆性骨折のリスクを低減します。

  • 材料の資格:]は、すべての第一次ロード軸受け部品のための最低の設計温度でCharpyの影響のテストを要求します。
  • 溶接手順の資格:]]溶接は、ベースメタルよりも高いDBTTを持つことができます。したがって、溶接金属と熱影響ゾーンがテストされなければなりません。
  • ストレスリリーフ熱処理: 後溶接熱処理により、脆性亀裂を開始できる残留応力を低減します。
  • ]操作温度監視:[]温度間のサイクルを構成し、温度センサーをインストールし、急流の一時的な過渡を避けます。
  • [] 骨格の機械的評価:[ 温度依存性]KIC] 既存の欠陥の大きさが安全であることを確認する値。

ASMEセクションVIIIの部門2およびAPI 579 (機能のためのサービス)のような設計コードは温度依存のひびの靭性基準を組み込みます。維持の間に規則的な点検、特にパイプラインまたはタービン操業停止の風邪のスナップの後で、壊滅的な失敗の前に副重大なひびの成長を検出できます。

コンテンツ

温度変化は、変位の可動性、故障モード、およびマイクロ構造の安定性の根本的な変化によって金属の骨折の行動を深く変えます。低温は、低DBTTの脆弱な骨折および要求材料を促進しますが、高温はクリープおよび酸化主導のひびを導入します。 フラクチャーのメカニズムの原則の堅牢な理解は、標準化されたテスト(Charpy、]])と結合しました。 [FLT:] [FLT:] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [F] [FLT] は、熱的レベルの欠陥を効果的に設計します。 [: [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] 温度の効率性を効果的に、温度の効率性を効果的にテストを効果的にテストする、温度が、温度の効率性を効果的にテストします。 [F] 、温度の効率性を効果的にテストします。 [