INFLUENTA DIVERSILOR FACTORI ASUPRA FLUAJULUI

INFLUENTA DIVERSILOR FACTORI ASUPRA FLUAJULUI

Mecanismul fenomenului de fluaj guvernat de generarea si miscarea dislocatiilor si vacantelor cu exceptie posibila cand fluajul se dezvolta prin deschiderea progresiva a rosturilor,comportarea metalelor si aliajelor fata de acest fenomen este desigur influentata de acei factor ice favorizeaza sau impiedica dezvoltarea modificarilor din metale,care produc fluajul.

1.Tipul retelei

Rezistenta unei retele cristaline la alunecare este cu atat mai ridicata cu cat numarul planelor de alunecare posibile este mai mic.

Aceasta rezistenta este deci mai mare pentru un metal cu retea hexagonala decat pentru un metal cu retea cubica cu fete centrate.

Structurile mixte care rezulta din transformarile alotropice lente ale cobaltului opun o rezistenta foarte puternica alunecarii.

Marimea grauntelui de austenita

Influenta marimii grauntelui de austenita asupra caracteristicilor de fluaj a constituit,numerosi ani,obiectul unor opinii destul de divergente.Proprietatile gruntilor si acelea ale rosturilor intervin fiecare in conditii diferite determinand comportarea la fluaj a unui metal.

Experientele lui Clark si white effectuate pe un otel alit ci Mo,comfirma urmatoarele:

-- sub temperature de recristalizare,viteza de fluaj este cu atat mai mica,cu cat grauntii sunt mai mici;

--deasupra temperaturii de recristalizare,viteza de fluaj este cu atat mai mica,cu cat grauntii sunt mai mari.

Sedille si Morlet au aratat,pe un otel austenitic Cr-Ni-W,ca viteza de fluaj poate varia de la 1 la 10 in functie de marimea grauntelui austenitic.Aceste experimente comfirma teoria lui Hanson si Wheeler si arata ca marimea grauntelui austenitic constitue un parametru important.

Se observa ca dimensiunea grauntelui n-are nici un effect asupra rezistentei la fluaj a otelului nestebilizat ,in timp ce in cazul otelului stabilizat ,tensiunea de rupere extrapolata la 100 000 h creste cu 1.2

Kgf/cm²,cand grauntele devine foarte mare (1.3).

Deci,nu este posibil a se atribui dimensiunii grauntelui de austenita un rol major in inbunatatirea duratelor de fluaj inaintea ruperii.In concluzie,marimea grauntelui de austenita constitue unul din factorii de care depinte comportare la fluaj a metalelor.

3.Elementele de aliere

Elementele de aliere Mo,V,W,Ti,Nb,N si intr-un grad mai mic Cr,amelioreaza rezistenta la fluaj a otelurilor si sunt introduce in acelas scop si in aliajele superrefractare.Aceste elemente ridica sensibil temperatura de recristalizare a fierului ceea ce explica cel putin in parte

influenta favorabila asupra rezistentei la fluaj a otelurilor.

In practica influenta elementelor de aliere asupra comportarii la flambaj a otelurilor se manifest achier pentru cantitati foarte mici,considerate in alte conditii - ca impuritati.

Daca distorsiunea retelei reprezinta un factor favorabil asupra rezistentei la fluaj,in mod contrar,adaugarea in cantitate suficienta a unui al doile element conduce de cela mai multa ori -la scaderea punctului de topire,deci la o crestere a mobilitatii atomilor,factor care va micsora rezistenta la fluaj.Actiunea precipitarilor asupra rezistentei la fluaj nu este totusi absolute paralela cu cea asupra duritatii sin nu intotdeauna un tratament care conduce la o duritate foarte mare ca viteza de fluaj sa fie faorte mica.Diversele moduri de influenta a proprietatilor de fluaj prin adaugarea elementelor de aliere se pot cumula intr-o maniera complexa,cu consecinte a caror interpretare este dificila,facnd orice previziune imposibila.

3.1.Influenta elementelor alfagene

In aceasta categorie intra Mo,V,W,Ti,Nb si Cr care sunt elemente puternic alfagene.Experienta a aratat ca suprimarea chiar partiala a transformarii (α-γ) are drept efect scaderea rezistentei la fluaj;in consecinta,nu este posibila a spori continutul in aceste elemente peste o anumita valoare care depinde de continutul de carbon al otelului respectiv.Cresterea acestuia permite cresterea continutului de elemente de aliere alfagene fara ca transformarea (α-γ) sa fie suprimata,

partial sau total.

In figura nr.6 sunt prezentate intr-o maniera mai precisa,alura

functie de continutul de carbon,continutul maxim de elemente alfagene ce nu trebuie deposit pentru a valorifica la maxim influenta pozitiva a acestor elemente asupra proprietatilor de fluaj.

Holtman,sustine ca actiunea alfagena a mai multor elemente se executa cumulativ si deci se poate imagina o formula care sa reprezinte limita superioara a sumei elementelor alfagene ce nu trebuie depasita.O astfel de formula se poate scrie astfel:

unde Cr(c),Si(c),Mo(cr) si V(cr) reprezinta continuturile critice care delimiteaza pentru un continut dat de carbon,zona austenitica la temperature ridicate.

A.Molibdenul reprezinta elemental de aliere cel mai util pentru cazurile in care comportarea la fluaj constitue principala proprietate de utilizare.Actiunea milibdenului se face simtita la continuturi foarte scazute (0,1%) si creste progresiv cu marimea acestuia.

Molibdenul se adauga in continuturi cel mai adesea cuprinse intre 0,4% si 1%,numai in mod exceptional,depasindu-se 2%.Eficacitatea particulara a molibdenului este expusa clar in tabelul nr.1(dupa Climax Molibdenum Company).

Tabelul 1

Trebuie facuta o observatie in ceea ce priveste dezavantejul pe care-l prezinta introducerea unei prea mari cantitati de Mo,dezajantaj care consta in aceea ca ii comfera otelului o oarecare tendinta de fragilizare.

B.Vanadiul reprezinta o imbunatatire neta a rezistentei la fluaj la adaugarea lui in otelurile ce contin molibden.Chiar fara molibden,un otel normalizat care contine 0,2% V curge la 450^oC,de zece ori mai incet decat un otel carbon avand aceeiasi marime de graunte.

In figura nr.7(a) sunt prezentate curbe experimentale de fluaj pentru otelurile cu 0,5% Mo normalizat-dupa J.Glen

In figura nr.7(b)sunt prezentate curbe experimentale de fluaj

pentru otelul cu 0,5% Mo si 0,2% V-dupa J.Glen

C.Wolframul prezinta date mai putin numeroase cu privire la actiunea lui asupra rezistentei la fluaj,unii autori ca Bullens prevazand o influenta asemanatoare cu cea a molibdenului,dar de doua ori mai slaba.In plus,pretul mai ridicat al wolframului reduce utilizarea lui.

D.Titanul este foarte favorabil rezistentei la fluaj;continutul optim corespunde raportului Ti/C = 6.9,ceea ce arata ca influenta titanului nu este in mod unic datorata formarii carburii de titan.Punerea in solutie a carburii de titan fiind lenta,influenta titanului nu se manufesta decat dupa un tratament termic la 1150.1200^oC,ceea ce antreneaza mari dificultati tehnologice.

E.Niobiul - actiunea acestui element se face simtita cand continutul de niobium depaseste raportul Nb/C necesar formarii de carburi;in acest caz,actiunea este legata de formarea unui compus intermetalic si este asemanatoare cu cea a titanului.

F.Cromul - adaugarea cromului mareste rezistnta la fluaj cand continutul nu depaseste cca .2%;deasupra acestui continut rezistenta la fluaj scade.Aceasta scadere a rezistentei la fluaj se poate explica prin aceea ca ele devin autocalibile si dau dupa racier in aer o structura martensitica,mai putin favorabila pentru fluaj.Peste 2.3% Cr natura si compozitia carburilor se schimba brusc,fapt ce poate modifica toate fenomenele de precipitare,difuziune si globalizare in timpul tratamentului termic si in timpul fluajului.

3.Influenta altor elemente de aliere

A.Nichelul - adaugarea lui pana la 5% nu are practice nici un efect si otelurile aliate numai cu nichel nu sunt niciodata utilizate in conditii de fluaj.Desi otelurile cu Cr-Ni-Mo sunt frecvent utilizate,nu sunt cunoscute date precise asupra actiunii specifice a acestui element de aliere.

B.Azotul - se considera ca azotul joaca un rol important in ceea ce priveste rezistenta la fluaj;in cazul in care el este present sub forma unui precipitat provoaca cresterea vitezei de fluaj,ca urmare a finisarii structurii.Cand este dizolvat el formeaza nori in jurul dislocatiilor si impiedica astfel deplasarea lor,incetinind dezvoltarea fluajului.

C.Cobaltul -nu are in cazul otelurilor termostabile o influenta prea puternica;in otelurile austenitice el ridica insa sensibil rezistenta la fluaj.

D.Fosforul - Cross si Krause au aratat ca un adios de 0,2% P intr-un otel care contine 0,12% Cr produce la 450^oC acelasi effect ca o cantitate de 0,2% Mo;la 510^oC un adios de 0,5% P actioneaza ca si o cantitate de 0,5% Mo,dar ii ofera otelului o mai mare fragilitate.

Astfel,un otel cu 1% Mo continand 0,09% P atinge o alungire de 1% in 10 000 h la 540^oC,sub o tensiune de 30% mai ridicata decat acelasi otel fara fosfor.

4.Tratamentul termic si structura

Se semnaleaza faptul ca si in acest caz rezultatul depinde de temperatura de incercare.Datorita aspectelor cu privire la influenta deplasarii atomilor,este evident ca orice tratament care confera oteluluio structura stabila la temperatura de incercare are o influenta favorabila asupra rezistentei la fluaj.Din acest punct de vedere s-a putut preciza ca austenitizarea facuta la o temperature care asigura punerea in solutie a tuturor constituentilor are un effect favorabil asupra comportarii la fluaj a otelurilor,intrucat prin aceasta se evita in timpul revenirii precipitarile de noi carburi in jurul carburilor preexistente,deci aglomerarile de carburi.

In acest context este amintit fenomenul de "calire termica" cum a fost denumit de descoperitorul lui,Bailey,fenomen ce se produce in timpul fluajului.Acest fenomen consta in micsorari ale vitezei de fluaj sau chiar stagnari ale fluajului,care se observa dupa durate relativ lungi de incercare.

Fenomenul se gaseste in stransa legatura cu modificarile structurale ce se produc in timpul fluajului,modificari ce constau in precipitarea elementelor de aliere aflate in solutie si formarea de carburi complexe fie de rosturi,avand ca efect franarea alunecarii dintre graunti.El este, deci, un fenomen de durificare prin precipitare datorita efectului combinat al tensiunii si temperaturii si are un efect analog fenomenului de "imbatranire prin deformare mecanica".

Tratamentul termic constitue unul din principalele mijloace de sporire a rezistentei de fluaj a aliajelor;tratamnetele termice adecvate permit obtinerea unor structuri,care pot conduce la blocari ale dislocatiilor

micsorari ale difuziunii elementelor de aliere din solutie si precipitate de carburi,precipitari de carburi convenabile pe rosturi.In numeroasele cercetari se urmareste stabilizarea tratamentului termic optim adica al aceluia care,in cazul considerat,sa-I confere metalului o rezistenta maxima la fluaj.

5.Influenta ecruisarii

S-a constatat ca o ecruisare prealabila are drept efect disparitia primului stadiu al fluajului;acest fapt este evident daca se admite ca atat ecruisarea cat si primul stadium al fluajului sunt legate de o aceeiasi modificare a retelei,deplasarea dislocatiilor.Daca sub actiunea tensiunii aplicate metalului petru a-l ecruisa,dislocatiile se deplasesza,ele nu vor mai putea ulterior sa participle la fluaj.S-a aratat ca exista un grad optim de ecruisare,care depinde de temperature de incercare,peste care micsorarea vitezei de deformare prin fluaj este mai putin eficace.

In figura nr.8 este prezentata influenta ecruisarii asupra limitei DVM-dupa Zschokke si Niehus.

Din cercetarile efectuate a rezultat ca rezistenta la fluaj este imbunatatita atunci cand gradul de deformare este ales corespunzator.

Cand austenita este instabila,martensita formata recristalizeza usor si actiunea ecruisarii este fara efect.Determinarea punctului de transformare martensitica Ms permite sa se prevada daca ecruisarea provoaca sau nu o ameliorare practica a rezistentei la fluaj.In tebelul 2 este prezentata cresterea stabilitatii austenitei si rezistenta la fluaj de la otelul A la otelul D:

Tabelul 2

Cu un grad de deformare de 30% se constata o imbunatatire sensibila atunci cand nu apare ferita.Deci,ecruisarea cu conditia alegerii unui grad convenabil de deformare tinand seama de temperatura de utilizare,constitue un mijloc comod de imbunatatire a rezistentei la fluaj.

Ea poate fi realizata atat la cald cat si la rece;actiunea sa este evident cu atat mai importanta cu cat tamperatura de recristalizare a aliajului este mai ridicata.Limitand actiunea ecruisarii,fenomenul de recristalizare joaca un rol deosebit de important in ceea ce priveste fluajul.

Actiunea recristalizarii asupra fluajului se manifesta chiar din faza restaurarii.

6.Fibrajul

Influenta fibrajului cu privire la comportarea la fluaj a metaleleor si aliajelor nu s-au efectuat studii sistematice.Cu toate acestea,se pare ca fibrajul are si el o oarecare importanta si ca la folosirea metalului trebuie tinut seama de acest factor.Se mentioneaza un studiu efectuat de catre Pawleck si Pfender pe aliaje de Zn trase si forjate,care pot varia de la 1 la 3 ca ordin de marime,in functie de orientarea structurii.

7.Efectul de crestatura

Comportarea unei piese in serviciu,in special din punct de vedere al modului in care se produce ruperea sa,este modificata radial de existenta unei crestaturi.Cu toate ca o practica buna de proiectare evita in mod obisnuit,prin solutii constructive corespunzatoare efectul de crestatura,

exista totusi cazuri in practica in care increstarile nu pot fi evitate,ele constituind o caracteristica inerenta a unora dintre organelle de masini.

Este necesar sa se prezinte (pe scurt) ce efect au crestaturile asupra comportarii diferitelor elemente ce lucreaza in regim de durata la temperaturi ridicate.Introducerea unei crestaturi are ca urmare o concentrare locala de tensiune la radacina crestaturi.

Figura nr.9 ilustreaza distributia neuniforma a tensiunii

longitudinale dintr-o epruveta crestata solicitata la intindere,aratand ca ea poate atinge local o valoare de trei ori mai mare decat tensiunea medie,forta necesara pentru a produce ruperea fiind la limita si redusa la o treime din valoarea normala.

Figura nr.10,reda grahic rezultatul acestei reduceri de tensiune,in care F1 este rezistenta la rupere iar F2 corespunde efectului care trebuie aplicat epruvetei pentru ca tensiunea sa atinga local valoarea F1.

Un asemenea material este complet fragil,cand prezinta o crestatura suficient de profunda.

Dupa producerea curgerii,concentrarea tensiunii longitudinale de la baza crestaturii se reduce,in timp ce tensiunile radiale si circumferentiale nu sunt influentate sensibil.Este necesar ca in zona crestaturii toate fortele de intindere sa fie preluate de metalul din centrul epruvetei,deci,ca drept rezultata va exista o masa relative mare de material mai putin solicitat.

In consecinta,materialul din zona centrala cauta sa se contracte din cauza efectului Poisson,dar este impiedicat de matalul inconjurator mai putin solicitat.Opozitia materialului solicitat fata de deformarea zonei centrale produce tensiuni radiale si circumferentiale,creand o stare triaxiala de tensiune si crescand valoarea tensiunii longitudinale critice,de la care incepe curgerea.Pentru simpificare,se presupune ca deformarea plastica incepe la o tensiune tangentiala critica ( _cr

In cazul unei epruvete netede,tensiunea tangentiala are valoare:

iar in cazul unei epruvete crestate are valoarea:

In figura nr.11 sunt prezentate grafic consecintele modificarii starii de tensiune dintr-un material in zona crestaturii care reprezinta tensiunea de deformare plastica si tensiunea de rupere corespunzatoare cazului analizat.

In cazul materialelor cu tendinta de fragiliate la fluaj,efectul de crestatura este,evident,cel descries pentru temperature ambianta,rezistentele de fluaj obtinute pe epruvetele crestate fiind mai mici decat in cazul epruvetelor netede.