Κράματα νικελίουκαθορίζονται συχνά για εξαρτήματα που βλέπουν εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια κύκλους τάσης κατά τη διάρκεια της ζωής τους - πτερύγια στροβίλου, άξονες αντλιών, συνδετήρες θαλάσσης, υποθαλάσσια εξαρτήματα. Για αυτό το καθήκον, η αντοχή σε εφελκυσμό και η αντοχή διαρροής είναι οι λάθος αριθμοί που πρέπει να σχεδιαστούν. η κυρίαρχη ιδιότητα είναι η αντοχή σε κόπωση, που διαβάζεται από μια καμπύλη S-N. Τα κράματα νικελίου συμπεριφέρονται διαφορετικά σε αυτήν την καμπύλη από ό,τι οι ανθρακοχάλυβες που μαθαίνουν πρώτα οι περισσότεροι μηχανικοί και αυτή η διαφορά αλλάζει τον τρόπο υπολογισμού μιας ασφαλούς ζωής σχεδιασμού.

|
Τα περισσότερα υπερκράματα νικελίου δεν εμφανίζουν το αιχμηρό, επίπεδο "γόνατο" που ορίζει ένα πραγματικό άπειρο-όριο κόπωσης ζωής στον ανθρακούχο χάλυβα. Οι καμπύλες S-N συνεχίζουν να μειώνονται σταδιακά στο πολύ-υψηλό-καθεστώς κύκλου, επομένως η δύναμη κόπωσης πρέπει να αναφέρεται σε έναν συγκεκριμένο αριθμό κύκλων (συνήθως 107 ή 108), όχι ως όριο άνευ όρων.
Η αντιπροσωπευτική αντοχή στην ομαλή κόπωση της ράβδου σε 108 κύκλους είναι περίπου 620 MPa (90.000 psi) για το ανοπτημένο Inconel 625 και περίπου 414 MPa (60.000 psi, περίπου το ένα -τρίτο της αντοχής σε εφελκυσμό) για τη μέθοδο Monel K{10} που ισχύουν για το συγκεκριμένο προϊόν και τη μέθοδο δοκιμής{10}.
Μια συγκέντρωση καταπόνησης μπορεί να μειώσει δραματικά την αντοχή στην κόπωση του κράματος νικελίου: το οδοντωτό Inconel 625 (Kt=3.3) πέφτει σε περίπου 241 MPa (35.000 psi) σε 10⁸ κύκλους - περίπου 61% χαμηλότερα από την ομαλή{8}}τιμή ράβδου {{1} ή την πρώτη τελική επιφάνεια - εκ των υστέρων σκέψεις.
Οι τιμές S{0}N από διαφορετικές πηγές συχνά δεν είναι άμεσα συγκρίσιμες, επειδή η μέθοδος δοκιμής (περιστρεφόμενη κάμψη έναντι αξονικής), ο λόγος τάσεων, το μέγεθος του δοκιμίου και η κατάσταση της επιφάνειας μετατοπίζουν την καμπύλη. αντιστοιχίζετε πάντα τα δεδομένα σχεδίασης με τη λειτουργία φόρτωσης και το φινίρισμα της επιφάνειας του πραγματικού εξαρτήματος. |
Τι είναι μια καμπύλη S-N και τι σας λέει για ένα κράμα νικελίου;
Μια καμπύλη S{0}}N απεικονίζει την κυκλική τάση που μπορεί να αντέξει ένα υλικό (S) έναντι του αριθμού των κύκλων μέχρι την αστοχία (N), δίνοντας στους σχεδιαστές τη μοναδική πληροφορία που δεν μπορεί να γίνει με μια στατική δοκιμή εφελκυσμού: πόσο καιρό θα επιβιώσει ένα μέρος υπό επαναλαμβανόμενη, και όχι μία-φόρτωση.
Μια δοκιμή εφελκυσμού απαντά σε μια ερώτηση - πόση δύναμη σπάει το υλικό μία φορά. Σχεδόν κανένα πραγματικό στοιχείο δεν αποτυγχάνει με αυτόν τον τρόπο. Οι άξονες περιστρέφονται εκατομμύρια φορές, τα δοχεία πίεσης κάνουν κύκλους με κάθε εκκίνηση και διακοπή λειτουργίας, τα πτερύγια του στροβίλου δονούνται χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο. Κάθε κύκλος προκαλεί μια μικρή ποσότητα αόρατης ζημιάς, ακόμη και σε επίπεδα τάσης πολύ χαμηλότερα από την αντοχή διαρροής του υλικού, και αυτή η ζημιά συσσωρεύεται μέχρι να ξεκινήσει μια ρωγμή και να φτάσει σε αστοχία. Μια καμπύλη S-N - που ονομάζεται επίσης καμπύλη Wöhler, αφού ο μηχανικός του 19ου-αιώνα που πρωτοστάτησε στη δοκιμή - κατασκευάστηκε ανακυκλώνοντας πανομοιότυπα δείγματα σε διαφορετικά επίπεδα τάσης και καταγράφοντας πόσους κύκλους επιβιώνει το καθένα. Η σχεδίαση της τάσης σε σχέση με τον λογάριθμο των κύκλων μέχρι την αστοχία παράγει μια καμπύλη προς τα κάτω{11}}: υψηλότερη τάση σημαίνει λιγότερους κύκλους μέχρι την αστοχία και το αντίστροφο.
Για ένα εξάρτημα από κράμα νικελίου, η καμπύλη S{0}}N απαντά στο πρακτικό ερώτημα που δεν μπορεί ένα φύλλο προδιαγραφών εφελκυσμού: στο πλάτος τάσης που θα δει αυτό το εξάρτημα πραγματικά σε λειτουργία, πόσους κύκλους - και επομένως πόσα χρόνια - μπορεί να αναμένεται να τρέξει πριν το ράγισμα λόγω κόπωσης γίνει κίνδυνος;
Τα κράματα νικελίου έχουν πραγματικό όριο κόπωσης όπως ο ανθρακούχο χάλυβας;
Γενικά, κανένα - από τα περισσότερα υπερκράματα νικελίου δεν έχει το αιχμηρό, επίπεδο γόνατο που επιτρέπει στους μηχανικούς να αποκαλούν τον ανθρακούχο χάλυβα "άπειρη ζωή" κάτω από μια συγκεκριμένη τάση. Αντίθετα, οι καμπύλες S-N τους συνεχίζουν να έχουν ήπια κλίση προς τα κάτω μετά από 106 κύκλους, επομένως η αντοχή σε κόπωση του κράματος νικελίου πρέπει να ορίζεται σε έναν καθορισμένο αριθμό κύκλων αντί να αντιμετωπίζεται ως όριο άνευ όρων.

Οι απλός άνθρακας και οι χάλυβες χαμηλού{0}}κράματος είναι διάσημοι στη δοκιμή κόπωσης για ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό: κάτω από ένα συγκεκριμένο εύρος τάσης, η καμπύλη S-N είναι ουσιαστικά επίπεδη και τα δείγματα που ελέγχονται σε ή κάτω από αυτήν την τάση επιβιώνουν επ' αόριστον. Αυτή η επίπεδη περιοχή είναι το κλασικό "όριο αντοχής" και είναι ένα από τα πιο βολικά δεδομένα στη μηχανική σχεδίαση - παραμένετε κάτω από αυτό και η αστοχία κόπωσης δεν προκαλεί ανησυχία ανεξάρτητα από τον αριθμό των κύκλων.
Τα υπερκράματα με βάση το νικέλιο-όπως το Inconel 718 γενικά δεν παρουσιάζουν αυτή τη συμπεριφορά τόσο καθαρά. Οι δοκιμές κόπωσης κύκλου υψηλού- και πολύ-υψηλού-του Inconel 718 που δημοσιεύτηκαν, βρήκαν ότι η καμπύλη S-N μειώνεται σταθερά μέσω του καθεστώτος υψηλού-κύκλου (περίπου 105 έως 107 κύκλους) και στη συνέχεια σχηματίζει ένα ρηχό οροπέδιο από 10 έως περίπου 10 κύκλους⁹ σκληρή επίπεδη γραμμή - με την αντοχή στην κόπωση να μειώνεται ακόμα αργά ακόμη και σε αυτό το οροπέδιο. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός που αναφέρεται ως "αντοχή σε κόπωση" ή "όριο αντοχής" ενός κράματος νικελίου έχει νόημα μόνο παράλληλα με τον αριθμό κύκλων που μετρήθηκε σε - συνήθως 107 ή 108 κύκλους, που αντιμετωπίζεται ως πρακτική εξάντληση και όχι ως απόδειξη άπειρης ζωής.
|
Γιατί αυτό έχει σημασία για το σχεδιασμό Ο καθορισμός μιας τιμής κόπωσης κράματος νικελίου χωρίς τον αριθμό των κύκλων αναφοράς είναι μια ελλιπής προδιαγραφή - το ίδιο κράμα μπορεί να εμφανίζει ουσιαστικά διαφορετικούς αριθμούς "αντοχής κόπωσης" στους κύκλους 107 έναντι 108 έναντι 109. Για τα εξαρτήματα που αναμένεται να υπερβούν τον αριθμό των δοκιμασμένων κύκλων εκκένωσης κατά τη διάρκεια της ζωής τους, θα πρέπει να θεωρείται κάποιος υπολειπόμενος κίνδυνος έναρξης ρωγμών κόπωσης αντί να αποκλείεται. |
Ποιες είναι οι τυπικές τιμές αντοχής σε κόπωση για κοινά κράματα νικελίου;
Οι αναφερόμενες τιμές αντοχής ομαλής κόπωσης ράβδου κυμαίνονται περίπου από 410–620 MPa (60.000–90.000 psi) στα κοινά σφυρήλατα κράματα νικελίου σε κύκλους 107–108, αλλά επειδή η μέθοδος δοκιμής και η κατάσταση διαφέρουν μεταξύ των πηγών, αυτοί οι αριθμοί θα πρέπει να διαβάζονται ως εναλλάξιμες τιμές αναφοράς.
|
Κράμα / Κατάσταση |
Μέθοδος δοκιμής |
Κύκλοι |
Δύναμη κόπωσης |
Σημείωμα |
|
Inconel 625, ανόπτη-ψυχρή έλαση, λεία |
Αντίστροφη κάμψη |
10⁸ |
620 MPa (90.000 psi) |
Θερμοκρασία δωματίου |
|
Inconel 625, ανοπτημένο φύλλο, με εγκοπές (Kt=3.3) |
Αντίστροφη κάμψη |
10⁸ |
241 MPa (35.000 psi) |
Θερμοκρασία δωματίου; απεικονίζει το εφέ εγκοπής |
|
Inconel 718, σφυρήλατο, λείο |
Αξονική, 20 Hz |
~107 (HCF) |
~545 MPa (79.000 psi) |
Θερμοκρασία δωματίου |
|
Monel K-500, λεία |
Περιστρεφόμενη δοκός προβόλου |
10⁸ |
~414 MPa (60.000 psi) |
≈ 1/3 της αντοχής σε εφελκυσμό. θερμοκρασία δωματίου, αέρα |
Πηγή: Δεδομένα Inconel 625: Special Metals Corporation, τεχνικό δελτίο κράματος INCONEL 625. Δεδομένα Inconel 718: υψηλό/πολύ{4}}υψηλό-μελέτες κόπωσης κύκλου που αναφέρουν όρια αντοχής Basquin και ισχύ HCF σε συχνότητα δοκιμής 20 Hz. Δεδομένα Monel K-500: Πρακτικά συνεδρίων TMS Superalloys, ιδιότητες κόπωσης και διάβρωσης των κραμάτων 625Plus, 718, 725 και K-500. Οι τιμές είναι συγκεκριμένες για τη μορφή του αναφερόμενου προϊόντος, τη θερμική επεξεργασία, τη γεωμετρία του δείγματος και τη μέθοδο δοκιμής. δεν ισχύουν άμεσα για άλλους όρους.
Δύο μοτίβα ξεχωρίζουν. Πρώτον, η αντοχή σε κόπωση ως κλάσμα της αντοχής σε εφελκυσμό για αυτά τα κράματα νικελίου συγκεντρώνεται σε ένα ευρέως παρόμοιο εύρος με τον συνήθως αναφερόμενο κανόνα-του-αναλογίας αντίχειρα για σφυρήλατα μέταλλα (περίπου το ένα-τρίτο προς ένα-το μισό της τελικής αντοχής σε εφελκυσμό, αν και αυτή η τελική αντοχή σε εφελκυσμό δεν είναι συγκεκριμένη, αν και αυτή η μέγιστη αντοχή σε εφελκυσμό δεν είναι ειδική). κράμα και κατάσταση. Δεύτερον, το κενό μεταξύ των τιμών Inconel 625 λείας και οδοντωτής δείχνει γιατί η επιλογή κράματος από μόνη της δεν καθορίζει την απόδοση κόπωσης - η γεωμετρία και η κατάσταση της επιφάνειας μετακινούν τη βελόνα εξίσου με τη χημεία.
Πόσο μια εγκοπή ή η συγκέντρωση πίεσης μειώνει την αντοχή του κράματος νικελίου στην κόπωση;
Ουσιαστικά - δημοσιευμένα δεδομένα για το ανοπτημένο Inconel 625 δείχνουν ότι η αντοχή σε κόπωση πέφτει από περίπου 620 MPa ομαλή σε περίπου 241 MPa με μέτρια συγκέντρωση τάσης (Kt=3.3), μείωση περίπου 61%, γεγονός που καθιστά τις ακτίνες του φιλέτου, τις ρίζες του νήματος και τα σημάδια λίπους μεταβλητά πρώτα{6}.

Ένας παράγοντας συγκέντρωσης τάσης, Kt, περιγράφει πόσο ένα γεωμετρικό χαρακτηριστικό - ένα φιλέτο, ένα κλειδί, μια ρίζα νήματος, μια αιχμηρή γωνία - ενισχύει την τοπική πίεση πάνω από την ονομαστική τάση που υπολογίζεται μόνο από την περιοχή διατομής-. Κάτω από στατική φόρτιση, τα όλκιμα μέταλλα μπορούν συχνά να αναδιανέμουν αυτή την τοπική τάση πλαστικά χωρίς συνέπειες. Υπό κυκλική φόρτωση, γενικά δεν μπορούν: μια ρωγμή ξεκινά κατά προτίμηση στο σημείο της υψηλότερης τοπικής καταπόνησης, επομένως η οδοντωτή αντοχή κόπωσης είναι αυτή που διέπει πραγματικά τη διάρκεια ζωής του εξαρτήματος, όχι η ομαλή-τιμή της ράβδου από ένα φύλλο δεδομένων.
Το παράδειγμα Inconel 625 απεικονίζει την κλίμακα του εφέ: ένα γεωμετρικό χαρακτηριστικό όχι πιο σοβαρό από ένα μέτρια αιχμηρό φιλέτο (Kt=3.3) μείωσε την αντοχή του κράματος κατά 108- στην κόπωση κατά περίπου 61% σε σύγκριση με ένα λείο, γυαλισμένο δείγμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα κρίσιμα εξαρτήματα κράματος νικελίου-κόπωσης σχεδιάζονται με γενναιόδωρες ακτίνες φιλέτου, γυαλισμένες ή εδαφικές επιφάνειες σε περιοχές υψηλής- καταπόνησης και ρίζες νήματος που καθορίζονται με ελεγχόμενη ακτίνα - αποφάσεις γεωμετρίας που κοστίζουν λίγο στο στάδιο του σχεδιασμού, αλλά ότι η καμπύλη S{9} δεν μπορεί απλώς να ανακτηθεί με την επιλογή ισχυρότερης καμπύλης.
Πώς το φινίρισμα επιφάνειας επηρεάζει τη ζωή κόπωσης;
Οι τραχύτερες επιφάνειες μειώνουν την αντοχή στην κόπωση, επειδή οι ρωγμές κόπωσης ξεκινούν σχεδόν πάντα από την επιφάνεια, επομένως κάθε σημάδι μηχανικής κατεργασίας, γρατσουνιά ή σαν χυτή υφή λειτουργεί ως μια μικρή, κατανεμημένη συγκέντρωση τάσης σε ολόκληρη την επιφάνεια φόρτωσης, όχι μόνο σε ένα χαρακτηριστικό.
Επειδή η κόπωση είναι μια λειτουργία αστοχίας που εκκινείται από την επιφάνεια-στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, οι μικροσκοπικές κορυφές και κοιλάδες που αφήνονται από μια διαδικασία κατασκευής συμπεριφέρονται σαν ένας πληθυσμός μικροσκοπικών εγκοπών. Μια τραχιά επεξεργασμένη ή{2}}σφυρηλατημένη επιφάνεια μπορεί να μειώσει την αντοχή σε κόπωση κατά ένα σημαντικό κλάσμα σε σύγκριση με μια γυαλισμένη ή γυαλισμένη επιφάνεια του ίδιου κράματος και γεωμετρίας, γι' αυτό τα δημοσιευμένα δεδομένα S{3}}Ν συνήθως δηλώνουν την κατάσταση της επιφάνειας του δείγματος και γιατί τα κρίσιμα εξαρτήματα κράματος νικελίου{4}}κόπωσης{4} είναι κρίσιμης σημασίας για τις διαστάσεις.
Το ξεφλούδισμα και άλλες συμπιεστικές επιφανειακές επεξεργασίες λειτουργούν προς την αντίθετη κατεύθυνση, εισάγοντας σκόπιμα υπολειπόμενη θλιπτική τάση στην επιφάνεια για να καθυστερήσει η έναρξη της ρωγμής και να βελτιώσει τη μετρημένη διάρκεια ζωής της κόπωσης.
Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία την αντοχή στην κόπωση του κράματος νικελίου;
Τα υπερκράματα νικελίου γενικά διατηρούν την αντοχή στην κόπωση στο καθεστώς υψηλού-κύκλου σε υψηλή θερμοκρασία καλύτερα από πολλές άλλες οικογένειες κραμάτων, αλλά η πολύ{1}}υψηλή-αντοχή κόπωσης κύκλου εξακολουθεί να μειώνεται σε υψηλή θερμοκρασία, επομένως τα δεδομένα κόπωσης που συλλέγονται σε θερμοκρασία δωματίου δεν πρέπει να θεωρούνται ότι εφαρμόζονται απευθείας στη θερμοκρασία λειτουργίας.
Έρευνα σχετικά με το Inconel 718 που συγκρίνει τη θερμοκρασία δωματίου-και τη συμπεριφορά 650 βαθμών (1.200 βαθμοί F) διαπίστωσε ότι η αυξημένη θερμοκρασία είχε ελάχιστη επίδραση στην αντοχή στην κόπωση κάτω από περίπου 108 κύκλους, αλλά μείωσε σημαντικά την αντοχή κόπωσης στο πολύ-υψηλό-κύκλο άνω των 10⁸ κύκλων. Αυτό το μοτίβο είναι συνεπές με το γιατί επιλέγονται τα υπερκράματα νικελίου για εξαρτήματα στροβίλου θερμής διατομής και κινητήρα εκτόξευσης: τα ιζήματα ενίσχυσης παραμένουν σταθερά σε θερμοκρασίες που θα μαλακώσουν και θα κούραζαν{11}}τους περισσότερους χάλυβες πολύ πιο σοβαρά.
Ακόμα κι έτσι, το εύρημα ότι η ισχύς του VHCF πέφτει σε αυξημένη θερμοκρασία υπογραμμίζει ότι η επιλογή κράματος με βάση τα δεδομένα-θερμοκρασίας S-N από μόνο του δωματίου μπορεί να υπερεκτιμήσει τη διάρκεια κόπωσης για εξαρτήματα που περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους ζεστά.
Γιατί τα κράματα νικελίου συχνά υπερτερούν του ανοξείδωτου χάλυβα στη διάβρωση-Υπηρεσία κόπωσης;
Τα κράματα νικελίου αντιστέκονται στην επίθεση με σκασίματα και ρωγμές που προκαλούν διάβρωση-ρωγμές κόπωσης στον ανοξείδωτο χάλυβα, γι' αυτό τα κράματα νικελίου προσδιορίζονται συχνά ως ανοξείδωτα για κυκλικά φορτισμένα εξαρτήματα σε θαλασσινό νερό και άλλα χλωριούχα{{1} περιβάλλοντα πλούσια σε χλωριούχα-περιβάλλοντα πλούσια σε ξηρό αέρα.

Οι ρωγμές κόπωσης χρειάζονται ένα σημείο εκκίνησης και σε ένα διαβρωτικό περιβάλλον αυτό το σημείο εκκίνησης είναι πολύ συχνά ένα λάκκο διάβρωσης και όχι ένα κατασκευαστικό ελάττωμα. Η αντοχή στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα εξαρτάται από μια λεπτή μεμβράνη παθητικού χρωμίου-το οποίο τα ιόντα χλωρίου μπορούν να διασπάσουν τοπικά, ξεκινώντας λακκούβες που στη συνέχεια λειτουργούν ως συγκεντρωτές τάσεων υπό κυκλικό φορτίο - υποβαθμίζοντας την αντοχή κόπωσης πολύ κάτω από την τιμή ξηρού-αέρα.
Τα κράματα νικελίου με υψηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και νικέλιο αντιστέκονται σε αυτή την τοπική διάσπαση του φιλμ πολύ πιο αποτελεσματικά. Οι οδηγίες της βιομηχανίας για τα κράματα θαλάσσιων συνδετήρων σημειώνουν ότι ορισμένα κράματα νικελίου-χαλκού και νικελίου-χρωμίου-μολυβδαινίου είναι αποτελεσματικά ανοσία στη διάβρωση του θαλασσινού νερού και παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή στην κόπωση σε αυτό το περιβάλλον, ενώ συγκρίσιμες ποιότητες ανοξείδωτου μπορεί να απαιτούν καθοδική προστασία κατά την επανασύνδεση. Για ένα συστατικό που πρέπει να επιβιώσει τόσο σε εκατομμύρια κύκλους καταπόνησης όσο και σε συνεχή έκθεση σε χλώριο, αυτή η αντίσταση στη διάβρωση-στην κόπωση είναι συχνά ο αποφασιστικός παράγοντας στην επιλογή κράματος - και όχι μόνο η καμπύλη S-N ξηρού-αέρα.
Πώς θα πρέπει να εφαρμοστούν τα δεδομένα S-N σε μια σχεδίαση πραγματικού στοιχείου;
Οι μηχανικοί σχεδιασμού εφαρμόζουν έναν παράγοντα ασφάλειας στην καμπύλη S-N, διορθώνουν την πραγματική μέση τάση που βλέπει το εξάρτημα (τα περισσότερα δημοσιευμένα δεδομένα S-N αντιστρέφονται πλήρως) και σχεδιάζουν με τη χαμηλότερη σχετική αντοχή κόπωσης - οδοντωτή, διαβρωμένη ή ανυψωμένη-θερμοκρασία -}{6}5 ομαλή τιμή- και όχι ο καλύτερος αριθμός μπάρας.
Τα περισσότερα δημοσιευμένα δεδομένα S-N, συμπεριλαμβανομένων των τιμών σε αυτό το άρθρο, δημιουργούνται υπό πλήρως αντίστροφη φόρτιση (κύκλος τάσης εξίσου μεταξύ τάσης και συμπίεσης, μέση τάση μηδέν). Τα πραγματικά εξαρτήματα συχνά φέρουν μη-μηδενική μέση τάση - έναν άξονα υπό σταθερή ροπή συν δόνηση, ένα δοχείο πίεσης που δεν αποσυμπιέζεται ποτέ πλήρως. Οι μηχανικοί συνήθως το διορθώνουν χρησιμοποιώντας μια σχέση μέσης- τάσης, όπως η γραμμή Goodman, η οποία συσχετίζει την επιτρεπόμενη εναλλασσόμενη τάση τόσο με την πλήρως αντίστροφη αντοχή κόπωσης όσο και με την τελική αντοχή εφελκυσμού του υλικού: καθώς αυξάνεται η μέση τάση, μειώνεται η εναλλασσόμενη τάση που μπορεί να ανεχτεί με ασφάλεια το εξάρτημα.
Σε συνδυασμό με έναν κατάλληλο παράγοντα ασφάλειας και, κατά περίπτωση, με τις οδοντωτές και αυξημένες ρυθμίσεις θερμοκρασίας που συζητήθηκαν παραπάνω, αυτό μετατρέπει μια εργαστηριακή καμπύλη S-N σε επιτρεπόμενη σχεδίαση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και όχι σε αριθμό που βγαίνει απευθείας από ένα φύλλο δεδομένων.
Γιατί δεν μπορείτε να συγκρίνετε απευθείας τις καμπύλες S-N από διαφορετικές πηγές;
Επειδή η μέθοδος δοκιμής, η αναλογία τάσεων, η γεωμετρία του δείγματος και το φινίρισμα επιφάνειας μετατοπίζουν μια καμπύλη S{0}}N ανεξάρτητα από τη χημεία του κράματος, δύο αριθμοί αντοχής σε κόπωση για το "ίδιο" κράμα μπορεί να διαφέρουν σημαντικά χωρίς κανένα από τα δύο να είναι λάθος - απλώς περιγράφουν διαφορετικές συνθήκες δοκιμής.
|
Μεταβλητός |
Γιατί αλλάζει την καμπύλη |
|
Λειτουργία φόρτωσης |
Η περιστροφική κάμψη, η αξονική και η στρεπτική κόπωση παράγουν διαφορετικές κατανομές τάσεων στη διατομή-και διαφορετικές μετρούμενες αντοχές για το ίδιο κράμα. |
|
Αναλογία στρες (R) |
Τα πλήρως αντίστροφα (R=−1) δεδομένα δεν μπορούν να συγκριθούν απευθείας με δεδομένα που συλλέγονται με μη-μηδενική μέση τάση. |
|
Μέγεθος δείγματος |
Τα μεγαλύτερα τμήματα περιέχουν στατιστικά περισσότερες πιθανές θέσεις έναρξης ρωγμών-, μειώνοντας συχνά τη μετρούμενη αντοχή κόπωσης σε σχέση με τα μικρά εργαστηριακά δείγματα. |
|
Επιφανειακή κατάσταση |
Οι γυαλισμένες, λειασμένες, επεξεργασμένες και{0}}σφυρηλατημένες επιφάνειες παράγουν μια διαφορετική καμπύλη S-N για το ίδιο κράμα και θερμική επεξεργασία. |
|
Συχνότητα δοκιμής |
Οι πολύ υψηλές συχνότητες δοκιμής (κόπωση υπερήχων) μπορούν να μετατοπίσουν τη μετρούμενη αντοχή σε σύγκριση με τις συμβατικές δοκιμές χαμηλής-συχνότητας, ιδιαίτερα κοντά στη μετάβαση σε πολύ-υψηλή-κόπωση κύκλου. |
Αυτός είναι ο πρακτικός λόγος για να αντιμετωπίζετε οποιονδήποτε μεμονωμένο αριθμό S-N, συμπεριλαμβανομένων αυτών σε αυτό το άρθρο, ως αρχική αναφορά και όχι ως πτώση-της τιμής σχεδιασμού: επιβεβαιώστε πάντα ότι ο τρόπος φόρτωσης των δεδομένων πηγής, η αναλογία τάσης, η κατάσταση του δείγματος και η θερμοκρασία ταιριάζουν με την πραγματική εφαρμογή, προτού το χρησιμοποιήσετε για τον υπολογισμό της διάρκειας κόπωσης.
Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Τα κράματα νικελίου έχουν όριο αντοχής όπως ο χάλυβας;
Α: Γενικά όχι με την κλασική έννοια. Τα περισσότερα υπερκράματα νικελίου εμφανίζουν μια συνεχώς, σταδιακά φθίνουσα καμπύλη S-N αντί για ένα αιχμηρό επίπεδο γόνατο, επομένως η αντοχή τους στην κόπωση αναφέρεται συνήθως σε έναν συγκεκριμένο αριθμό κύκλου (συχνά 107 ή 108) και όχι ως ένα άνευ όρων άπειρο-όριο ζωής.
Ε: Ποια είναι η αντοχή σε κόπωση του Inconel 625;
Α: Τα δημοσιευμένα δεδομένα για το φύλλο Inconel 625 με ανόπτηση ψυχρής έλασης-αναφέρουν περίπου 620 MPa (90.000 psi) για ομαλά δείγματα σε 108 κύκλους σε ανάστροφη κάμψη, πέφτοντας στα περίπου 241 MPa (35.000 psi) με μέτρια συγκέντρωση {{9} (K}).
Ε: Πόσο μειώνει μια εγκοπή την αντοχή κόπωσης του κράματος νικελίου;
Α: Για το Inconel 625 με Kt 3,3, η δημοσιευμένη αντοχή κόπωσης στους 108 κύκλους μειώνεται κατά περίπου 61% σε σύγκριση με ένα ομαλό δείγμα - μια απεικόνιση του γιατί το φιλέτο και το νήμα-έχουν σημασία τόσο για τη γεωμετρία της ρίζας όσο και για την επιλογή του κράματος στην κόπωση
Ε: Η θερμοκρασία μειώνει την αντοχή κόπωσης του κράματος νικελίου;
Α: Τα υπερκράματα νικελίου γενικά διατηρούνται καλά σε αυξημένη θερμοκρασία στο καθεστώς υψηλού-κύκλου, αλλά τα δημοσιευμένα δεδομένα για το Inconel 718 δείχνουν ότι η αντοχή κόπωσης μειώνεται πιο αισθητά σε αυξημένη θερμοκρασία στο πολύ-υψηλό- καθεστώς κύκλου πάνω από περίπου 10⁸ κύκλους.
Ε: Γιατί να επιλέξετε ένα κράμα νικελίου έναντι του ανοξείδωτου χάλυβα για ένα κυκλικά φορτισμένο θαλάσσιο εξάρτημα;
Α: Σε περιβάλλοντα με-πλούσια χλωριούχα, οι λάκκοι διάβρωσης προκαλούν ρωγμές κόπωσης. Τα κράματα νικελίου αντιστέκονται στην τοπική διάσπαση μεμβράνης πιο αποτελεσματικά από πολλές ποιότητες ανοξείδωτου, γι' αυτό και προσδιορίζονται συχνά για κυκλικά φορτισμένα εξαρτήματα θαλασσινού νερού ακόμα και όταν η ισχύς κόπωσης σε ξηρό{2}}αέρα είναι συγκρίσιμη.
Ε: Μπορώ να συγκρίνω μια τιμή S-N από ένα φύλλο δεδομένων απευθείας σε άλλο;
Α: Μόνο εάν ο τρόπος φόρτωσης, η αναλογία τάσεων, η κατάσταση της επιφάνειας του δείγματος και η θερμοκρασία ταιριάζουν. Διαφορετικά, οι δύο αριθμοί περιγράφουν διαφορετικές συνθήκες δοκιμής και δεν είναι άμεσα συγκρίσιμοι, ακόμη και για το ίδιο κράμα.
