Liite A : Kuvat. Kuva 1.1: Periaatekuva CLIC-kiihdyttimestä. [ 1 ]

Transkriptio

1 Liite A : Kuvat Kuva 1.1: Periaatekuva CLIC-kiihdyttimestä. [ 1 ] Kuva 2.1: Jännityksen vaihtelu ajan suhteen eri väsymistapauksissa. Kuvaajissa x-akselilla aika ja y-akselilla jännitys. Kuvien merkinnöissä σ = keskijännitys, σ = jännityksen amplitudi, m σ r = maksimi- ja minimijännityksen erotus, σ min = minimijännitys ja σ max = maksimijännitys. a) Käänteinen jännityssykli, b) toistuva jännityssykli ja c) satunnainen jännityssykli. [ 5 ] a

2 Kuva 2.2: Jännitys-syklimäärä kuvaajat kahdelle eri tapaukselle. Kuvaajissa x-akselilla murtumiseen vaadittava syklimäärä N ja y-akselilla jännitysamplitudi S. Kuviin merkitty väsymisraja ( "Fatigue limit" ), väsymislujuus ( "Fatigue strength" ) ja väsymiselinaika ( "Fatigue life" ). a) Metalli, jolla on väsymisraja. b) Metalli, jolla ei väsymisrajaa. [ 5 ] Kuva 2.3: Jännitys-syklimäärä-käyrät ( S-N-käyrät ) ilmaistuna todennäköisyyskäyrien avulla, missä P on murtumisen todennäköisyys. Kuvaajan x-akselilla murtumiseen vaadittava syklimäärä N ja y-akselilla jännitys S. [ 5 ]

3 Kuva 2.4: Reunadislokaatio ja sen liikkumismekanismi. Kuvaan merkitty leikkausjännitys ( " Shear stress" ), siirrostaso ( "Slip plane" ), reunadislokaatiolinja ( "Edge dislocation line" ) sekä siirrosaskel ( "Unit step of slip" ). [ 5 ] Kuva 2.5: Kaaviokuva ulkoisen jännityksen tuottamasta siirroksesta. a ) Staattinen kuormitus. b ) Syklinen kuormitus. c ) Syklisen kuormituksen tuottama ekstruusio-intruusio-pari. [ 7 ]

4 Kuva 2.6: Siirroskaistan tehostuminen nikkelin pinnassa. A) 10 4, b) jälkeen. [ 7 ] ja c) syklin Kuva 2.7: Mikrohalkeaman muodostuminen metallin pinnalla sekä halkeaman kasvun eri vaiheet. [ 7 ]

5 Kuva 2.8: Halkeaman etenemismekanismi 2. vaiheen aikana, kun sen kärki vuoronperään tylpistyy ja terävöityy. a) Ei kuormitusta tai suurin puristava jännitys ( min ), b) pieni venyttävä jännitys, c) suurin venyttävä jännitys ( max ), d) pieni puristava jännitys ja e) ei kuormitusta tai suurin puristava jännitys ( min ). [ 5 ] Kuva 2.9: Kaaviokuva väsymisprosessin tyypillisistä vaiheista. Kuvassa x-akselilla syklimäärä N ja y-akselilla jännitys. [ 7 ]

6 Kuva 3.1: Vasemmalla teräksen, messingin ja kuparin vetolujuus ( "Tensile strength" ) kylmätyöstön ( "Percent cold work" ) funktiona. Oikealla puolestaan samojen metallien muokattavuus ( " Ductility" ) kylmätyöstön funktiona. Vetolujuuden yksikkönä MPa, kylmätyöstön kylmätyöstöprosentti %CW ja muokattavuuden venymäprosentti %EL ( "percent elongation" ). [ 5 ] Kuva 3.2: Hypotettinen faasidiagrammi erkauttamiskarkaistavalle seokselle, jonka koostumus on C 0. Kuvaajan x-akselilla B-metallin massaosuus prosentteina ( "Composition wt% B" ) ja y-akselilla lämpötila. [ 5 ]

7 Kuva 3.3: Lämpötila-aika-kuvaaja, joka havainnollistaa kuvan 3.2 esimerkkitapausta. Kuvassa on esitetty sekä liuottamis- että erkauttamisvaiheen lämpökäsittelyt. Kuvaajan x-akselilla aika ja y- akselilla lämpötila [ 5 ] Kuva 3.4: Cu-Zr-seoksen faasidiagrammi. Kuvaajan x-akselilla zirkoniumin massaosuus ja y- akselilla lämpötila. [ 11 ]

8 Kuva 4.1: 68 ns:n radiotaajuuspulssin tuottama Cu-Zr-kappaleen ( C15000 ) lämpeneminen etäisyyden funktiona sen pinnalta lukien. [ 4 ] Kuva 4.2: Cu-Zr-kappaleen ( C15000 ) pinnan lämpötila ajan funktiona, kun se on altistettu 68 ns kestävälle radiotaajuuspulssille. [ 4 ]

9 Kuva 4.3: Cu-Zr-kappaleen ( C15000 ) jäähtyminen radiotaajuuspulssien välissä. [ 4 ] Kuva 4.4: CLIC-kiihdytysrakenteiden kokema syklinen jännitys ajan funktiona, kun materiaalina Cu-Zr ( C15000 ). [ 4 ]

10 Kuva 4.5: Cu-Zr-kappaleen ( C15000 ) kokema jännitys etäisyyden funktiona kappaleen pinnasta. [ 4 ] Kuva 5.1: Cu-Zr-kappaleen ( C15000 ) pinnan lämpötilan vaihtelu ajan funktiona, kun se on 2 altistettu 130 ns:n radiotaajuuspulssille ja XeCl-laserin valolle, jonka vuontiheys on 0.1 J / cm. Kaksihuippuinen käyrä on laserin ja yksihuippuinen vastaavasti radiotaajuuspulssin. [ 8 ]

11 Kuva 5.2: Lämpötilaprofiili Cu-Zr-kappaleen sisällä syvyyden funktiona, kun lämpötila on saavuttanut huippuarvonsa eli kun aikaa on kulunut 60 ns laserin - ja 130 ns radiotaajuuspulssin tapauksessa. Käyrä, joka saa suuremman arvon pinnassa ( syvyys = 0 ) on laserin. [ 8 ] Kuva 5.3: Laser- ja radiotaajuuspulssin tuottamat lämmitysprofiilit. Lämpötila sekä ajan että syvyyden funktiona. Vasemmalla laser- ja oikealla radiotaajuuspulssin kuvaaja. [ 4 ]

12 Kuva 5.4: Pyyhkäisevällä elektronimikroskoopilla ( SEM ) otettu kuva, jossa vasemmalla CuZrpinta ennen laukauksia, toisena kun se on altistettu J/cm 2 :n laserlaukaukselle. Kolmantena Cu-pinta J/cm 2 :n laukauksen jälkeen ja oikealla sama pinta laukauksen jälkeen laserin vuontiheyden ollessa edelleen sama. [ 8 ] Kuva 5.5: Pinnan keskimääräinen epätasaisuus laserpulssien lukumäärän funktiona. Eri vuontiheydet on merkitty kuvaan. [ 8 ]

13 Kuva 5.6: CuZr-näytteen pinnan keskimääräinen epätasaisuus laserlaukausten lukumäärän funktiona. Väsymisvaurion kynnysarvoksi valittu R a =20 nm. [ 4 ] Kuva 5.7: Ultraäänikokeissa käytettyjä timanttisorvattuja testikappaleita. [ 12 ]

14 Kuva 5.8: Vasemmalla CuZr-kappaleen pinta ennen kuin se on altistettu jännitykselle. Oikealla 6 sama pinta, kun se on kokenut 3 10 sykliä jännityksen amplitudin ollessa 200 MPa. [ 12 ] Kuva 5.9: Laser- ja ultraäänikokeiden yhdistäminen. Kummankin kokeen ympyröidyt pisteet ovat kalibroimalla saatuja. Kuvaaajan x-akselilla syklien lukumäärä ja y-akselilla väsymislujuus.

15 Kuva 5.10: Eri materiaaleille saadut tulokset. [ 12 ] Kuva 5.11: Suurennos kuvasta CuCrZr-seoksen pinta muuttui epätasaiseksi syklien määrän 10 ollessa noin 2 10, kun jännitys oli 167 MPa. Kun jännitysamplitudi pienennettiin 151 MPa:iin, huomattiin että epätasaisuutta ei enää ilmestynytkään, vaikka syklimäärää oli kasvatettu : een. [ 12 ]

16