Plastická deformácia a spevňovanie materiálu

Plastická deformácia a spevňovanie materiálu

• Počas plastickej deformácie sa susediace kryštály namáhané elasticky stýkajú s kryštálmi namáhanými plasticky, čo vedie k výraznému spevňovaniu materiálu.
• Plastická deformácia za studena spôsobuje vznik textúry, zvyšuje hustotu dislokácií a vnútornú energiu materiálu.
• Polykryštalické materiály vykazujú väčší odpor proti deformácii v porovnaní s monokryštálmi.
• Materiály s hexagonálnou mriežkou sa deformujú pred porušením len málo (málo sklzových rovín).
• Kovy s mriežkou K12 (veľký počet sklzových rovín) sú výborne tvárniteľné.
• Kovy s mriežkou K8 predstavujú prechod medzi oboma typmi mriežok.

Spevňovanie pri plastickej deformácii

• Pôsobením vonkajšej sily sa dislokácie pohybujú a ukotvujú na hraniciach zŕn, čo spomaľuje plastickú deformáciu.
• Na ďalšiu deformáciu je potrebné zvýšiť veľkosť pôsobiacej sily, aby sa uvoľnili ukotvené dislokácie a aktivovali sa nové sklzové systémy.
• Zvýšená hustota dislokácií v kove vedie k zvýšeniu vnútornej energie materiálu, čo sa prejaví spevnením - zvýšenou pevnosťou, medzou klzu a tvrdosťou a zníženou ťažnosťou a húževnatosťou.

Skúšky materiálov

• Ťahové skúšky: Ide o normalizovanú a veľmi dôležitú mechanickú skúšku, ktorej cieľom je určiť ťahový diagram a mechanické charakteristiky materiálu (Re, Rm, A, Z).
• Ťahové diagramy reprezentujú závislosť sily (F) a zmeny dĺžky (ΔL) alebo napätia (R) a deformácie (ε) pri jednoosovom ťahu.
• Rozdielne materiály vykazujú charakteristické ťahové diagramy: tvrdá oceľ má vyššiu medzu klzu a pevnosť v ťahu a nižšiu ťažnosť v porovnaní s mäkkou ocou.
• Sivo liatina, meď a hliník majú rozdielne diagramy v závislosti od ich mechanického správania.

Únava materiálov

• Mechanická únava: Vzniká pri pôsobení vonkajšej cyklickej zaťažujúcej mechanickej sily.
• Tepelná únava: Vzniká pri opakujúcom sa ohreve a ochladzovaní materiálov (vplyv tepelných napätí a tepelnej vodivosti).
• Tepelno-mechanická únava: Vzniká pri súčasnom pôsobení teploty a vonkajšieho mechanického cyklického zaťaženia.
• Kmitavé (cyklické) zaťaženie sa periodicky mení od maxima k minimu - môže ísť o pravidelnú alebo nepravidelnú zmenu.
• Únavový lom sa skladá z vlastného únavového lomu (hladký povrch) a zvyškového lomu (nepravidelný lom s plastickou deformáciou).

Wöhlerova krivka

• Vyjadruje závislosť medzi maximálnou hodnotou napätia (σ) a počtom zaťažujúcich cyklov (N) do porušenia.
• Existujú dva charakteristické typy kriviek únavy:
  • Klesajúca časť s ohybom do asymptotickej časti (medza únavy σC): typické pre nízkouhlíkové ocele a intersticiálne zliatiny, ktoré sa vyznačujú deformačným starnutím.
  • Plynulé klesanie napätia s rastom počtu cyklov (konečný počet cyklov): typické pre kovy a zliatiny s mriežkou K12 (napr. Al).
• Životnosť je definovaná počtom cyklov do porušenia (Nx) zodpovedajúcim príslušnému napätiu (σNx).
• Wöhlerova krivka sa môže rozdeliť na oblasti:
  • nízkocyklová únava (102 až 105 cyklov),
  • vysokocyklová únava (105 až 106 cyklov),
  • gigacyklová únava (viac ako 109 cyklov).

Odolnosť proti porušovaniu únavou

• Hodnotí sa
  • časovanou únavovou pevnosťou (σNx) a
  • trvalou únavovou pevnosťou (σC).

Faktory ovplyvňujúce únavu materiálov

• Materiál súčiastky (veľkosť zrna, distribúcia častíc),
• Frekvencia zaťaženia,
• Tvar prechodov,
• Drsnosť povrchu,
• Stav povrchovej vrstvy,
• Tepelné spracovanie,
• Agresivita prostredia,
• Teplota prostredia,
• Technológia výroby súčiastky (napr. zváranie, tvárnenie).

Tečenie materiálov

• Pomalá plastická deformácia materiálu vyvolaná dlhodobým pôsobením konštantného napätia a teploty.
• Prejavuje sa dvoma spôsobmi:
  • Postupný nárast celkovej deformácie pri konštantnom napätí a teplote (krivka tečenia).
  • Postupný nárast trvalej deformácie na úkor pružnej deformácie a zníženie napätia (relaxácia napätia) pri konštantnej deformácii a teplote.
• Tečenie je časovo závislý dej (závislosť deformácie od času pri daných podmienkach, t.j. teplote a napätí).
• Krivka tečenia má charakteristický tvar: oblasť prvotnej deformácie, primárneho tečenia, sekundárneho (ustáleného) tečenia a terciárneho (urýchleného) tečenia končiaceho lomom.
• Priebeh krivky tečenia pre daný materiál závisí od podmienok tečenia (teploty a napätia): zvýšenie teploty alebo napätia vedie k zväčšeniu deformácie a skráteniu času do porušenia materiálu.

Mechanizmy tečenia

• Pohyb atómov a vakancií (difúzne tečenie).
• Pohyb dislokácií (dislokačné tečenie).

Lom materiálu

• Výsledok degradačných procesov v materiáli počas zaťaženia (nukleácia a rast trhlín).

Tento kvíz sa zameriava na plastickú deformáciu a proces spevňovania materiálov. Preskúmate, ako sa kryštály správať počas plastickej deformácie a aké faktory ovplyvňujú ich vlastnosti. Pripravte sa na testovanie svojich vedomostí o kovoch a ich mriežkach.