Väsymissärön ydintyminen 20.11.2015 1
Vaurio alkaa särön muodostumisella Extruusio Intruusio Deformoitumaton matriisi
S-N käyrät Testattu sauvan katkeamiseen Kuvaavat aikaa "engineering särön muodostumiseen" 3
Ydintyminen Dislokaatioiden palautumaton liike Liukunauhat Deformaation keskittyminen Yhden rakeen särö 4
Ydintyminen ja sulkeumat Yleisesti ydintyminen tapahtuu paikallisessa epäjatkuvuuskohdassa (sulkeumat), lovet, korroosio => Hajonta 5
Ydintyminen sulkeumasta 6
7
Väsymisrajan luonne Raja, jossa ydintyneet säröt eivät kasva Väsymisraja häviää spektriväsytyksessä, ympäristövaikutteisessa väsytyksessä, jne. Väsymisrajaa ei havaita kaikilla materiaaleilla 8
9
Lujuuden vaikutus 0.5 x UTS 1.6 x HV 10
Lovien vaikutus 11
Sulkeumien vaikutus 12
Sulkeumien vaikutus väsymisrajaan C riippuu sulkeuman sijainnista (C=1.56 pinnan alaisille sulkeumille ja C=1.43 pintasulkeumille) 13
Pintakäsittely Karkaisu Kuulapuhallus Pinnanlaatu 14
Väsymissärön kasvu 20.11.2015 15
Vaurio keskittyy särön kärkeen
Stage I Stage II 17
Särön kasvu kiihdyttää vauriota Särön pituus (a) Syklimäärä (N)
Paris: särönkasvua voidaan ennustaa Särönkasvu (µm / sykli) Kynnys K
Ongelmia Parametrien luotettava määritys vaikeaa pienet säröt eivät seuraa Paris'n lakia 20 20
21
Särön eteneminen näkyy murtopinnalla
Murtopinta-analyysi Ydintymiskohta Beach marks 23
... ja mikroskoopissa Väsymisjuovat (striations)
Väsyminen = ydintyminen + särönkasvu Extruusio Intruusio matriisi Deformoitumaton + Särön pituus (a) Syklimäärä (N)
Ydintymisen osuus 900 Jännitysvaihtelu (MPa), Särönpituus (µm) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 4 10 5 10 6 Syklit
Väsymisen hallinta Särön pituus (a) Käytön aikainen seuranta Geometriasuunnittelu Valmistuslaatu Materiaalinvalinta Väsymismitoitus Syklimäärä (N)
Valmistuksen laaduntarkkailu Väsymissuunnittelun parantaminen Turvallisuuskulttuuri Parannetut valmistuksen aikaiset tarkastukset Parannettu käytön aikaiset tarkastukset Lisätty käytön aikaisia tarkastuksia
Väsymiskestävä suunnittelu
Mitä voidaan tehdä rakenteen väsymiskestävyyden parantamiseksi? Tärkeysjärjestyksessä Ydintymisen vaikeuttaminen Särönkasvun vaikeuttaminen
Ydintymisen vaikeuttaminen Lovien yms. jännityskeskittymien poistaminen Materiaalin sisäisten jännityskeskittymien poistaminen Pintakäsittelyt Hitsisaumojen sijoittaminen ja suunnittelu
K K th?
Materiaalin sisäisten ydintäjien poistaminen Sulkeumien poistaminen (puhtaampia teräksiä)
Pintakäsittely Karkaisu Kuulapuhallus Pinnanlaadun parantaminen 36
Särönkasvun vastustaminen Damage-tolerant rakenne, jossa särön pysäyttäjiä Esim. lentokoneissa
Multiaksiaalinen väsyminen Multiaksiaalisessa kuormituksessa väsymiskestoikä lyhenee jopa puolittuu Useita empiirisiä malleja Energiamallit Kriittisen tason mallit Venymämallit 38
Särön sulkeutuminen Elber (1970): särö voi sulkeutua ennenaikaisesti, jolloin K pienenee Tämä voi selittää esim. R:n vaikutuksen särönkasvuun Pienten säröjen poikkeavan kasvun 39
Yhteenveto Väsyminen on vaihtokuorman ajamaa kiihtyvää särönkasvua Väsymisen hallinta kattaa koko tuotteen elinkaaren Suunnittelu Valmistus Seuranta
Jäännösjännitykset Jännitykset jotka "jäivät jälkeen" Epätasaisesta plastisesta deformaatiosta Epätasaisista materiaaliominaisuuksista Venymien tulee olla jatkuvia ja yhteensopivia erot "tasataan" jännityksillä 41
42
43
Jäännösjännitykset Usein valmistuksen (hitsaus, lämpökäsittely jne.) Voidaan käyttää hyväksi (esim. lasikuulapommitus) Usein heikentävät väsymiskestävyyttä Yleinen "syntipukki" 44
Jäännösjännityksiä voidaan mitata Rikkomattomasti Röntgen-diffraktio Barkhausen Vähän rikkovasti Reiänporaus Rikkovasti Contour yms.