ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS

ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS 9,=6*È/$7$.h/g1%g=h=(0, KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT

A REPEDÉSMEGÁLLÁS ÉS VIZSGÁLATA

LENKEYNÉ BIRÓ GYÖNYVÉR Miskolci Egyetem, Bay Zoltán Intézet

THOMAS VARGA

%pFVL0&V]DNL(J\HWHP

Készült: a TEMPUS S_JEP_11271 projekt támogatásával Miskolc - Bécs - 1999 -

ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS 9,=6*È/$7$.h/g1%g=h=(0, KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT

A REPEDÉSMEGÁLLÁS ÉS VIZSGÁLATA

LENKEYNÉ BIRÓ GYÖNYVÉR Miskolci Egyetem, Bay Zoltán Intézet

THOMAS VARGA

%pFVL0&V]DNL(J\HWHP

Készült: a TEMPUS S_JEP_11271 projekt támogatásával Miskolc - Bécs - 1999 -

Kiadja a Miskolci Egyetem $NLDGiVpUWIHOHOV Dr. Tóth László 0&V]DNLV]HUNHV]W Dr. Tóth László Példányszám: 40 Készült Colitó fóliáról az MSZ 5601-59 és 5602-55 szabványok szerint Miskolci Egyetem Sokszorosító Üzeme $VRNV]RURVtWiVpUWIHOHOV Kovács Tiborné TB. - ‘99- - ME A levonat sokszorosításba leadva: 1999. Augusztus 5.

(OV]y

A repedésmegállás és vizsgálata

ELSZÓ 0LQGHQW|UWpQHOPLNRUV]DNIHMOGpVpQHNPHJYDQDPDJDKDMWyHUHMH0tJD;,;században DWXGRPiQ\HOUHKDODGiViWHJ\pUWHOP&HQDYDV~WLN|]OHNHGpVUREEDQiVV]HU&HOWHUMHGpVHKDWRWWDiW (évente átlagosan 10.000 km hosszágban építettek új vasútvonalakat), addig jelen korunkban a PLNURHOHNWURQLND DGWD OHKHWVpJHN V]WWpN iW D PLQGHQQDSMDLQNDW tJ\ D P&V]DNL pOHWQNHW LV V]ROJiOWDWYD DQQDN IHMOGpVpKH] V]NVpJHV KDMWyHUW ( NpW SHULyGXV IHMOGpVpQHN VDMiWRVViJDL természetesen megmutatkoztak a társadalmi struktúra formálódásában is. Az elmúlt században NLDODNXOW D QDJ\]HPL PXQNiVViJ PHJYDOyVXOW D WNH NRQFHQWUiFLyMD pV OpWUHM|WW D reál GRPLQiQVDQ D P&V]DNL WXGRPiQ\ P&YHOLQHN QpSHV WiERUD (] XWyEELDN NLYtYWiN PDJXNQDN D széles társadalmi elismertséget, hisz tevékenységük közvetlenül hozzájárult a társadalom látható IHMOGpVpKH] 1DSMDLQN VDMiWRVViJD D] információs társadalom kialakulása, amelyben a PLNURHOHNWURQLNDLHOHPHNIHMOGpVHiWV]|YLDPLQGHQQDSLpOHWQNWHYpNHQ\VpJQNOHKHWVpJHLW$ P&V]DNL pOHWEHQ H] W|EEHN N|]|WW D V]iPtWiVWHFKQLND UREEDQiVV]HU& HOWHUMHGpVpW D GLDJQRV]WLNDL vizsgálatok eszközparkjának átalakulását, az anyagok viselkedésének, tulajdonságainak mélyebb PHJLVPHUpVpWV]ROJiOyDQ\DJYL]VJiODWLPyGV]HUHNHV]N|]|NOpWUHM|WWpWHUHGPpQ\H]WpN$IHMOGpV ütemét jól tükrözi az, hogy mindez az utóbbi 20 évben következett be (pl. a számítógépek PLNURSURFHVV]RUDLQDNP&YHOHWLVHEHVVpJHSHULyGXVEDQQDJ\ViJUHQGHWYiOWR]RWW $ QDJ\ pUWpN& P&V]DNL OpWHVtWPpQ\HNHW V]HUNH]HWHNHW KLGDNDW HUP&YHNHW Ji] olajfeldolgozó rendszereket, vegyipari üzemeket, tranzit energiaszállító vezetékeket, UHSOJpSHNHW KDMyNDW VWE pYHV ]HPHOWHWpVUH WHUYH]LN D] DGRWWperiódusban érvényben OHYV]DEYiQ\RNP&V]DNLLUiQ\HOYHNILJ\HOHPEHYpWHOpYHO(]HNEHQSHGLJD]D]WPHJHO]QpKiQ\ év ismeretszintje, technológiai színvonala testesedik meg. A mikroelektronika által diktált IHMOGpVLWHPOHKHWYpWHV]LD]WKRJ\DQDJ\pUWpN&V]HUNH]HWHNOpWHVtWPpQ\HN]HPHOWHWKHWVpJL feltételeit, maradék élettartamát egyre nagyobb megbízhatósággal becsüljük, azaz integritását egyre kisebb kockázattal ítéljük meg. $] HO]NEO DGyGyDQ NLDODNXOW HJ\ ~M GLV]FLSOtQD D „szerkezetek integritása”, vagy „szerkezetintegritás”IRJDOPDpVOpWUHM|WWLQWp]PpQ\UHQGV]HUHV]HUWHDYLOiJRQ$G|QWHQPpUQ|NL ismereteket integráló tudományterület feladata annak eldöntése, hogy egy adott szerkezet, OpWHVtWPpQ\ PLO\HQ IHOWpWHOHN PHOOHWW ]HPHOWHWKHW D WRYiEELDNEDQ LOO PHQQ\L D PDUDGpN pOHWWDUWDPDpVH]PLO\HQPyGRQPHQHG]VHOKHW$KKR]DV]HUNH]HWiOODSRWiWDOHKHWOHJQDJ\REE EL]WRQViJJDO IHOPpUKHVVN HEEO DGyGyDQ D WRYiEEL ]HPHOWHWKHWVpJ IHOWpWHOHLW D OHJNLVHEE kockázattal megbecsüljük - elengedhetetlen az, hogy • diagnosztikai vizsgálatokkal felmérjük a szerkezet állapotát, • WLV]Wi]]XNDYDOyViJRV]HPLN|UOPpQ\HNUHMHOOHP]PHFKDQLNDLiOODSRWRW, • megítéljük a beépített anyagok károsodásának folyamatát és mértékét az adott üzemeltetési feltételek mellett. 1\LOYiQYDOy HJ\UpV]W D] KRJ\ D] HO]NEHQ HPOtWHWW KiURP I WHUOHW PpUpVWHFKQLND PHFKDQLND DQ\DJ HJ\IRUPD MHOHQWVpJJHO EtU D V]HUNH]HW LQWHJULWiViQDN PHJtWpOpVpEHQ pV bármelyik terület elhanyagolása, súlyának csökkentése hibás döntéshez, esetleg katasztrófákhoz YH]HWKHW 1\LOYiQYDOy PiVUpV]W D] KRJ\ PLQGHQ P&V]DNL G|QWpVEHQ tJ\ D] ]HPHOWHWKHWVpJ

1

(OV]y


feltételeinek megítélésében is, bizonyos kockázat rejlik, hisz a tudomány adott szintjét hasznosítjuk és a rendelkezésre álló eszközpark maga is az adott kor V]tQYRQDOiWNpSYLVHOL(EEO DGyGyDQ PpUOHJHOQL NHOO D] HVHWOHJHV KLEiV G|QWpV P&V]DNL MRJL N|]JD]GDViJL pV környezetvédelmi következményeit. Ezek együttes figyelembevételével viszont már kialakíthatók D]pVV]HU&NRFNi]DWYiOODOiVIHOWpWHOL A szerkezetintegritás tehát egy igen komplex terület.$NLNH]WP&YHOLND]RNQDNképesnek NHOO OHQQLN DUUD KRJ\ D] ]HPHOWHKHWVpJJHO NDSFVRODWRV SUREOpPiNDW WHOMHV N|U&HQ iWOiVViN kiemeljék a meghatározó paramétereket, kérdéscsoportokat és alkalmasak legyenek arra, hogy az érintett tudományterületek szakembereivel érdemben szakmailag konzultálni tudjanak. A szerkezetek integritásának, reális állapotának, maradék élettartamának megítélése mind D]]HPHOWHWNPLQGSHGLJDEL]WRVtWyWiUVDViJRNDODSYHWpUGHNH$]]HPHOWHWV]HPSRQWMiEyOD WXGDWRV WHUYH]pV IHMOHV]WpV PHJNHUOKHWHWOHQ VDURNSRQWMD D] ]HPEHQ OHY NpV]OpNHN P&V]DNL iOODSRWD EL]WRQViJD D V]NVpJHV EL]WRVtWiV WHNLQWHWpEHQ SHGLJ D] pVV]HU& NRFNi]DWYiOODOiV EL]WRVtWiVL |VV]HJ DODSHOPH D UHiOLV iOODSRW LVPHUHWH (]HN MHOHQWVpJpW PpUOHJHOYH WiPRJDWWD D] Európai Unió a TEMPUS program keretében a „Teaching and Education in Structural Integrity in Hungary” FtPPHO |VV]HiOOtWRWW SiO\i]DWRW DPHO\QHN I FpONLW&]pVH H]HQ ~M GLV]FLSOtQD meghonosításán kívül egyrészt a szerkezetintegritás oktatási anyagainak kidolgozása, másrészt a Szerkezetintegritás - Biztosítási Mérnök Szakmérnöki Szak beindítása. A négy hazai intézmény 0LVNROFL(J\HWHP%XGDSHVWL0&V]DNL(J\HWHP.RVVXWK/DMRV7XGRPiQ\HJ\HWHP0&V]DNL.DUD pV D 6]pFKHQ\L ,VWYiQ 0&V]DNL )LVNROD V]DNHPEHUHLQHN EHYRQiViYDO HOpUHQG FpORN PHJYDOyVtWiViWQDJ\EDQVHJtWHWWpNDN|YHWNH]NOI|OGLSDUWQHUHLQN • • • • • •

Dr. J. Blauel, Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik S. Crutzen, Joint Research Centre, Petten Prof. G. Pluvinage, Universitz of Metz Prof. S. Reale, Universitá Degli Studi di Firenze Prof. H. P. 5RVVPDQLWK%pFVL0&V]DNL(J\HWHPLOOHI]HWWiUVV]HU]MH 3URI79DUJD%pFVL0&V]DNL(J\HWHP

Miskolc, 1998. június 15.

Tóth László egyetemi tanár a projekt koordinátora

2

(OV]y


Jelen füzet egyike annak a sorozatnak, amelyik az anyagok károsodási mechanizmusaival, azok leírásával és vizsgálatával foglalkozik. $KKR] KRJ\ ]HPHO V]HUNH]HWHLQN EHUHQGH]pVHLQN EL]WRQViJiW pUWpNHOQL pV JDUDQWiOQL WXGMXNWLV]WiEDQNHOOOHQQQNDV]HUNH]HW]HPHOpVHN|]EHQIHOOpSOHKHWVpJHVLJpQ\EHYpWHOHNNHO amelyek nemcsak a szokásos üzemeltetési körülményeket jelentik, hanem adott esetben NO|QOHJHVUHQGNtYOLHVHWEHQMHOHQWNH]LJpQ\EHYpWHOHNHWMHOHQWKHWQHNSO PHJKLEiVRGiV W|UpV ]HPL N|UOPpQ\HN KLUWHOHQ YiOWR]iVD ,O\HQ UHQGNtYOL HVHWHNEHQ IRUGXOKDW HO KRJ\ HJ\ V]HUNH]HWLHOHPEHQSOKHJHV]WpVLYDUUDWEDQYDJ\DQQDNKKDWiV|YH]HWpEHQ ULGHJW|UpVLQGXOKDW$ OHKHWVpJHV NDWDV]WURIiOLV N|YHWNH]PpQ\HNNHO MiUy W|UpV LO\HQNRU FVDN DNNRU NHUOKHW HO KD D szerkezet anyaga képes megállítani a gyors repedésterjedést. Ennek a jelenségnek a megértéséhez kívánunk jelen füzetünkkel hozzájárulni, amelyben a repedésmegállás jelenségével és annak vizsgálatával foglalkozunk. Bemutatásra kerülnek azok az DQ\DJL SDUDPpWHUHN DPHO\HNNHO MHOOHPH]KHW D] DQ\DJRN UHSHGpVPHJiOOtWy NpSHVVpJH $ YL]VJiODWL pV NLpUWpNHOpVL PyGV]HUHN EHPXWDWiVD PHOOHWW SUyEiOXQN NpSHW DGQL D] DQ\DJMHOOHP] PpUV]iPRNOHKHWVpJHVQDJ\ViJUHQGMpUOQpKiQ\J\DNUDQDONDOPD]RWWDFpOWtSXVHVHWpQ Mint minden új kezdeményezésnek, e füzetnek is nyilvánvalóan meglesznek a maga KLiQ\RVViJDLpVDM|YEHQV]iPRVWHUOHWHQkiegészítésre szorulnak. Ezt nagyban segítené az, ha a 7LV]WHOW2OYDVyNpV]UHYpWHOHLNHWMDYDVODWDLNDWDV]HU]NQHNYDJ\DSURMHNWYH]HWMpQHNHOMXWWDWQiN $ 7(0386 SURJUDP Q\~MWRWWD WiPRJDWiV OHKHW OHJMREE NLKDV]QiOiVD pUGHNpEHQ D] HONpV]OW tananyagokat INTERNET-en is közreadjuk (http://www.bzlogi.hu/tempus.htlm) annak érdekében, hogy a szerkezetintegritás diszciplínája hazánkban minél gyorsabban és minél szélesebb körben elfogadásra és elterjedésre találjon.

Miskolc, 1999. június 10.

1

Lenkeyné Biró Gyöngyvér

1 2

Honlap: http://www.bzlogi.hu/ vagy http://www.uni-miskolc.hu/ Honlap: http://www.tuwien.ac.at/tvfa/

3

2

Thomas Varga

4


Tartalomjegyzék

TARTALOMJEGYZÉK

1.

Bevezetés...........................................................................................................................6

2.

A repedésmegállás jelensége ...........................................................................................7

3.

Repedésmegállás vizsgálatai ...........................................................................................8 3.1. Repedés-megállási törési szívósság, KIa meghatározása...............................................8 3.2. Pellini eljárás...............................................................................................................14 3.3. Robertson eljárás.........................................................................................................16

4.

$W|UpVLEL]WRQViJHOOHQU]pVHD]1'7pV&$7KPpUVpNOHWHNDODSMiQ..................17

5.

Irodalomjegyzék ............................................................................................................19

5

Bevezetés

1.


Bevezetés

Olyan szerkezetekben, amelyekben akár szívóssági tulajdonságbeli eltérés vagy feszültséggradiens van jelen, repedés keletkezhet a kisebb szívósságú és/vagy nagy feszültséggel terhelt helyen. Ez a repedés - ha instabilan terjed - megállhat egy másik helyen, ahol nagyobb szívósságú az anyag illetve kisebb a feszültség. Az anyag repedésmegállító képességét jellemezhetjük a IHV]OWVpJLQWHQ]LWiVL WpQ\H] D]RQ pUWpNpYHO DPHO\QpO D J\RUVDQ IXWy UHSHGpV PHJiOO (QQHN D IHV]OWVpJLQWHQ]LWiVL WpQ\H]QHN D SRQWRV PHJKDWiUR]iVD FVDN GLQDPLNXV DQDOt]LVVHO OHKHWVpJHV (]W D] DQ\DJMHOOHP]W UHSHGpVPHJiOOiVL W|UpVL V]tYyVViJQDN QHYH]]N .A). A gyakorlatban általában statikus módszerekkel határozzák meg a K értékét 1-2 ms-mal a repedés-megállást N|YHWHQ V H]W D] pUWpNHW KaYDO MHO|OLN 1HP MHOHQWV GLQDPLNXV KDWiVRN HVHWpQ Ka csak kismértékben különbözik KA pUWpNpWO +D D UHSHGpV VtNDODNYiOWR]iVL IHOWpWHOHN PHOOHWW WHUMHG D repedés-megállási szívósságot KIa-val jelöljük.

6


2.

A repedésmegállás jelensége

A repedésmegállás jelensége

Az egyik legfontosabb gyakorlati példa a repedésmegállás jelenségére az DWRPHUP&YHNEHQ YpV]KHO\]HW HVHWpQ HOIRUGXOy KVRNN N|YHWNH]WpEHQ NHOHWNH] UHSHGpVHN YLVHONHGpVH,O\HQNRUDK&WYt]iOWDOK&W|WWIHOOHWHQULGHJW|UpVLQGXOKDWPHJDPLQHNHJ\LNRNDD KIc KPpUVpNOHW IJJpVH iEUD D PiVLN SHGLJ D WDUWiO\ IDOiEDQ NLDODNXOy KPpUVpNOHW JUDGLHQVEO DGyGy MiUXOpNRV IHV]OWVpJHN >@ +D D UHSHGpVLQGXOiV IHOWpWHOHL WHOMHVOQHN (KI≥KIc7 DNNRUULGHJW|UpVLQGXODPLPHJiOOKDWHJ\RO\DQQDJ\REEKPpUVpNOHW&]yQiEDQDKRO nagyobb az anyag KIa értéke illetve teljesül a repedésmegállás feltétele: KIszerkezet ≤ KIa .

(1)

1. ábra 5LGHJHQWHUMHGUHSHGpVPHJiOOiViQDNIHOWpWHOH 7RYiEEL J\DNRUODWL SpOGiN HPOtWKHWN PLQGHQ RO\DQ V]HUNH]HW HVHWpQ DPHO\HNEHQ KHJHV]WpVL YDUUDWRN WDOiOKDWyN SO FVYH]HWpNHN Q\RPiVWDUWy HGpQ\HN DFpOV]HUNH]HWHN KDMyN HUP&L EHUHQGH]pVHN $ KHJHV]WpVL YDUUDWEDQ YDJ\ DQQDN KKDWiV|YH]HWpEHQ PLQGLJ WDOiOKDWyN RO\DQ WDUWRPiQ\RN DPHO\HN ULGHJHEE YLVHONHGpV&HN QDJ\REE V]LOiUGViJ~ YDUUDW YDJ\ V]HPFVHGXUYXOW WDUWRPiQ\ D KKDWiV|YH]HWEHQ pV RWW DODFVRQ\DEE KPpUVpNOHWHQ N|QQ\HEEHQ PHJLQGXOKDW D ULGHJW|UpV HVHWOHJ YDODPLO\HQ PiU PHJOpY UHSHGpVV]HU& KHJHV]WpVL KLEiEyO YDJ\ D]]HPHOpVN|]EHQNHOHWNH]HWWNLVHEEUHSHGpVEO)RQWRVNpUGpVLO\HQNRUKRJ\D]DODSDQ\DJHOpJ szívós-e az instabil repedésterjedés megállításához. Ennek megítélése csak az anyag UHSHGpVPHJiOOtWyNpSHVVpJpWMHOOHP]PpUV]iPLVPHUHWpEHQW|UWpQKHW A repedésmegállás jelenségének tanulmányozására többféle vizsgálati módszer létezik. Az egyik esetben a cél a KIa pUWpNQHN PLQW DQ\DJMHOOHP] PpUV]iPQDN D PHJKDWiUR]iVD ,O\HQ vizsgálati és kiértékelési módszert tartalmaz a vonatkozó ASTM szabvány [2]. A vizsgálatok egy PiVLN FVRSRUWMiQiO D FpO HJ\ RO\DQ KDWiUKPpUVpNOHW PHJKDWiUR]iVD DPHO\HQ D] DQ\DJ D] LQVWDELODQWHUMHGUHSHGpVWPpJNpSHVPHJiOOtWDQL,O\HQYL]VJiODWLPyGV]HUHNDPellini eljárás [3] és a Robertson eljárás [3].

7

Repedésmegállás vizsgálatai

3.


Repedésmegállás vizsgálatai 3.1.

Repedés-megállási törési szívósság, KIa meghatározása

A KIa meghatározása az ASTM E 1221-88 szabvány szerint történhet. A KIa meghatározásához módosított CT próbatestet alkalmaznak (Compact-Crack-Arrest – CCA SUyEDWHVW DPHO\QHN WHUKHOpVpW HJ\ pNQHN D SUyEDWHVW IXUDWiED W|UWpQ Q\RPiViYDO YpJ]LN $ próbatestet és a vizsgálati elrendezést a 2iEUD PXWDWMD $ SUyEDWHVW DODNMD pV MHOOHP] PpUHWHL D 3.ábrán láthatók.

2. ábra A próbatest és a vizsgálati elrendezés sematikus vázlata

8



3. ábra A KIaYL]VJiODWQiODONDOPD]RWWSUyEDWHVWpVMHOOHP]PpUHWHL Annak érdekében, hogy az instabil repedésindulás feltételei biztosítva legyenek, egy speciális repedés-indító bemetszést kell kialakítani. Gyengén illetve közepesen ötvözött acéloknál általában bemetszett, rideg hegesztési varratot alkalmaznak repedés-indítóként (2. ábra). A varratot egy lekerekített, forgácsolással kialakított bemetszés tövében kell létrehozni, amihez MurexHardex-N vagy Foxdur-500 típusú elektródák alkalmazása ajánlott.

4. ábra A repedés-indító, bemetszéssel ellátott rideg varrat

9



$&&$SUyEDWHVWHWH]WN|YHWHQHJ\DIXUDWiEDODVVDQEHQ\RPRWWpNNHOWHUKHOMNiEUD $ WHUKHOpV FLNOLNXVDQ W|UWpQLN HJ\UH Q|YHNY PD[LPiOLV WHUKHOpVVHO PLQGDGGLJ DPtJ ULGHJW|UpV QHP W|UWpQLN $ YL]VJiODW N|]EHQ D EHQ\RPy HUQ NtYO PpULN D SUyEDWHVWHQ D UHSHGpVNLQ\tOiV értékét (δ vagy CMOD – Crack-Mouth Opening Displacement). A vizsgálóberendezést ~WYH]pUOpVVHONHOOP&N|GWHWQLQDJ\RQODVV~÷12 mm/min terhelési sebességgel. $]HOVFLNOXVEDQHOpUHQGPD[LPiOLVδpUWpNHDN|YHWNH]NpSSHQKDWiUR]KDWyPHJ

[(δ ) ]

0 1 max

ahol

σYs E W, B, BN a0 f(a/W)

-

=

0 .69 ⋅ σ Ys ⋅ W B N / B E ⋅ f (a 0 / W )

(2)

statikus folyáshatár, MPa rugalmassági modulus, MPa próbatest méretei, m bemetszés kiinduló mérete, m, geometriai faktor:

f (x ) =

2 .24 (1 . 72 − 0 .9 x + x 2 ) 1 − x ( 9 .85 − 0 .17 x + 11 x 2 )

(3)

és x=a/w. Általában ilyen δ pUWpNQpO QHP N|YHWNH]LN EH ULGHJW|UpV U|JW|Q D] HOV FLNOXVEDQ +D PpJLV DNNRU D N|YHWNH] SUyEDWHVWQpO FV|NNHQWHQL NHOO a δ0 értékét, egyébként a vizsgálat NLpUWpNHOKHW (]W N|YHWHQ HJ\ megnövelt δ pUWpNLJ NHOO D N|YHWNH] WHUKHOpVL FLNOXVW YpJH]QL amely az QLNWHUKHOpVLFLNOXVEDQDN|YHWNH]NpSSHQV]iPtWKDWy

[(δ ) ]

0 n max

= [1 .0 + 0 .25 ( n − 1) ]⋅ [(δ 0 )1 ]max

(4)

$PHJIHOHOPpUWpN&LQVWDELOUHSHGpVWHUMHGpVEHN|YHWNH]pVpWiOWDOiEDQDWHUKHOHU %RV FV|NNHQpVH MHO]L $ ULGHJW|UpV EHN|YHWNH]pVH XWiQ D WHUKHO pNHW U|JW|Q HO NHOO WiYROtWDQL QHKRJ\WRYiEELUHSHGpVWHUMHGpVW|UWpQKHVVHQ+DDYL]VJiODWN|]EHQDPpUWWHUKHOHUIRO\DPDWRV csökkenése tapasztalható az ék benyomása közben, az stabil repedésterjedésre utal. Ilyenkor az DGRWW KPpUVpNOHWHQ QHP YDOyV]tQ& KRJ\ ULGHJW|UpV W|UWpQKHW (NNRU D YL]VJiODWL KPpUVpNOHW csökkentésével lehet a rideg repedésindulás feltételeit megteremteni. $UHSHGpVPHJiOOiVYL]VJiODWHJ\WLSLNXVUHJLV]WUiOWHUV]pWQ\tOiVGLDJUDPMiWPXWDWMDEHD] 5. ábra. (]WN|YHWHQDSUyEDWHVWWHOMHVV]pWW|UpVHHOWWPHJNHOOMHO|OQLDUHSHGpVIURQWRWSOKIHVWpVVHO hogy a repedésmegállásig bekövetkezett repedésterjedés mértékét meg lehessen mérni. A próbatest WHOMHV V]pWW|UpVpW FpOV]HU& DODFVRQ\ KPpUVpNOHWHQ V]iUD] MpJ YDJ\ IRO\pNRQ\ QLWURJpQ KPpUVpNOHWpQ YpJH]QL tJ\ HONHUOKHW PLQGHQ WRYiEEL NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV DPL D repedéshossz-mérés pontatlanságát eredményezhetné.

10



A töretfelület vizsgálata alapján el kell dönteni, hogy látható-e bármilyen rendellenesség, ami miatt a vizsgálat érvénytelen lehet. Ilyen UHQGHOOHQHVVpJ SO D W~O QDJ\ PpUHW& HO QHP W|UW NHUHV]WPHWV]HW YDJ\ D] ÄDODJ~WV]HU&´ tunnelling) repedésterjedés, amikor a ridegtörés csak a SUyEDWHVWN|]pSVUpV]pUHWHUMHGNL(J\LGHiOLVQDNWHNLQWKHWW|UHWIHOOHWUHPXWDWSpOGiWDiEUD

5. ábra KIaYL]VJiODWN|]EHQUHJLV]WUiOWHUUHSHGpVV]pWQ\tOiVGLDJUDP

6. ábra &&$SUyEDWHVWLGHiOLVQDNWHNLQWKHWW|UHWIHOOHWH

11



A KIa értéke ezek után a mért repedésterjedés és szétnyílás alapján számítható: K Ia = ahol

E f(aa/W) aa B, BN, W da

-

E ⋅ d a ⋅ f (a a / W ) B / B N

(5)

W

rugalmassági modulus, MPa geometriai faktor (ld. (3) egyenlet) átlagos repedéshossz a repedésmegállásnál, m próbatest méretei, m repedésmegálláshoz tartozó, korrigált repedéskinyílás, m:

[

]

d a = δ 0 − (δ p )1 − 0.5 (δ p )n −1 − (δ p )1 + 0.5[δ a − δ0 ] ahol

(δp)1 (δp)n-1

-

δa

-

δ0

-

(6)

maradó szétnyílás érték D]HOVFLNOXVYpJpQ51 pont az 5. ábrán), m teljes maradó szétnyílás érték az (n-1)-ik ciklus végén (R3 pont az 5. ábrán),m szétnyílás érték kb. 0.1 s-mal a repedésmegállás után (P5 pont az 5. ábrán), m szétnyílás érték az instabil repedésterjedés kezdetekor (P4 pont az 5. ábrán), m

Az íly módon számított repedés-megállási szívósság pUWpN DNNRU WHNLQWKHW pUYpQ\HVKIanak, ha az 1. táblázatban összefoglalt feltételek teljesülnek. A σYd dinamikus folyáshatár érték iOWDOiEDQ QHP LVPHUW H]pUW N|]HOtW pUWpNNpQW IHUULWHV DFpORNUD a σYd = σYs+205 MPa DONDOPD]KDWy $] HOV KiURP NULWpULXP Dsíkalakváltozási állapot feltételének teljesülését jelenti. Az utolsó kritérium pedig azt fejezi ki, hogy a rideg repedésterjedés mértékének meg kell haladnia a repedésinduláshoz tartozó K0QDNPHJIHOHONpSOpNHQ\]yQDVXJDUiW

1.táblázat A KIa vizsgálat érvényességi feltételei -HOOHP]SDUDPpWHU

Érvényességi kritérium

El nem tört keresztmetszet

W-aa ≥ 0.15W

El nem tört keresztmetszet

W-aa ≥ 1.25(Ka/σYd)2 B ≥ 1.0(Ka/σYd)2

Vastagság Rideg repedésterjedés mértéke

aa-a0 ≥ 2N

Rideg repedésterjedés mértéke

aa-a0 ≥ (K0/σYs)2/2π

A 2. táblázatban néhány acél KIa értékeit foglaltuk össze [1, 2, 4-6, 10].

12



2. táblázat .O|QE|]V]HUNH]HWLDFpORNKIa értékei $Q\DJPLQVpJMHOH ReH, MPa

Vizsgálati KPpUVpNOHW °C

KIa,

Szórás,

MPa√m

%

A514

890

-30

88

12

A 588

330

-30

62

10

A 533B

480

10 és 25

65-90

12-13

StE 480.7 TM (X70)

480

0

85

16

-70

75

-

Aldur 58 D

400

-70

47-63

-

15 H2MFA

580

-178

62-68

-

$OGXU ' WtSXV~ Q\RPiVWDUWy HGpQ\HNQpO DONDOPD]RWW V]HUNH]HWL DFpO NO|QE|] KPpUVpNOHWHNHQ PpUW KIa értékeit mutatja a 7. ábra alapanyagra, hegesztési varratra és KKDWiV|YH]HWUH+$= >@$ ábra hasonló adatokat mutat be St E 480.7 (X70) típusú acélra >@DPHO\HWFVYH]HWpNHNJ\iUWiViKR]KDV]QiOQDN

7. ábra Aldur 58 D típusú acél és hegesztési varratának KIa értékei

13



8. ábra St E 480.7 (X70) típusú acél és hegesztési varratának KIa értékei

3.2.

Pellini eljárás

A Pellini-féle vizsgálatot [3] 3HOOLQLIpOHHMWV~O\RVYL]VJiODWQDNLVV]RNWiNQHYH]QLDrop :HLJKW 7HVW ':7 DPHO\HW NpVEE D] $670 V]DEYiQ\RVtWRWW >@ $ YL]VJiODW FpOMD D] 1'7 (Nil-Ductility 7UDQVLWLRQ KPpUVpNOHW PHJKDWiUR]iVD DPHO\ KPpUVpNOHWHQ D] DQ\DJ PiU pSSHQ nem képes megállítani a ridegen elinduló törést. Ennél a vizsgálatnál lemez alakú próbatestre (9. ábra) egy rétegben rideg hegesztési varratot hegesztnek, amelynek közepébe bemetszést munkálnak. A bemetszésnek az a szerepe, hogy az instabil repedésterjedés megindulását segítse.

9. ábra A 3HOOLQLIpOHHMWV~O\RVYL]VJiODWQiODONDOPD]RWWSUyEDWHVWNLDODNtWiVD

14



$ iEUiQ OiWKDWy PyGRQ HONpV]tWHWW SUyEDWHVWHNHW D]WiQ HMWV~O\RV EHUHQGH]pVVHO iEUD WpVV]HU&HQWHUKHOLNNO|QE|]KPpUVpNOHWHNHQ

10. ábra (MWV~O\RVEHUHQGH]pV A próbatest lehajlása korlátozott a próbatest alatt elhelyezett ellentámasz által. Ez a NRUOiWR]iV FVDN RO\DQ PpUWpN& KRJ\ D K~]RWW ROGDORQ D SUyEDWHVWEHQ pEUHG QpYOHJHV IHV]OWVpJ HOpUMH D] DQ\DJ IRO\iVKDWiUiW tJ\ NLVPpUWpN& NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV N|YHWNH]KHW EH +D D repedésindulás és instabil repedésterjedés bekövetkezik, a repedés akkor tud megállni az DODSDQ\DJEDQKDD]DQ\DJV]tYyVViJDDYL]VJiODWLKPpUVpNOHWHQHOpJQDJ\$ábra egy DWTSUyEDWHVWUONpV]OWIHOYpWHOWPXWDWD]WpVWN|YHWiOODSRWEDQ

11. ábra ':7SUyEiUyONpV]OWIHOYpWHOD]WpVWN|YHWHQ

15



$YL]VJiODWpUWpNHOpVHNRU D]W D KDWiUKPpUVpNOHWHW KDWiUR]]iN PHJ DPHO\HQ D EHPHWV]HWW YDUUDWEyO NLLQGXOy UHSHGpVW D] DQ\DJ PHJiOOtWDQL PiU QHP NpSHV (]W D KPpUVpNOHWHW NDTKPpUVpNOHWQHNQHYH]LN1'7Temperature - Nil-Ductility Transition Temperature). Néhány közönséges, növelt szilárdságú és nemesített szerkezeti acél 1'7KPpUVpNOHWHLW mutatja a 3. táblázat [3]. 3. táblázat .O|QE|]V]HUNH]HWLDFpORN1'7KPpUVpNOHWHL Acél ReH, Szemcsenagyság,

St 38-3 normalizált

NDT,

MPa

µm

°C

240

10...12

- 30

hengerlési állapot

-15

KT 45-3 normalizált

350

10...13

-35

H 52-3 normalizált

350

6...7

- 50

9...10

- 40

13...15

- 25

hengerlési állapot H 60-3 normalizált

-20 430

9...10

- 30

6...7

-40

St E51V (CrMoTi)

510

-

- 45...- 60

St E70 (CrMoZr)

700

-

- 50...- 80

St E90 (NiCrMoV)

900

-

-70

3.3.

Robertson eljárás

A 5REHUWVRQYL]VJiODWQiONO|QE|]PpUHW&OHPH]SUyEDWHVWHNHWKDV]QiOQDNiEUD >@ A próbatest egyik végén egy orrot képeznek ki, amelyiken furat, a furatban pedig bemetszés található. $ SUyEDWHVWHW NpW OHPH]KH] KHJHV]WLN KR]]i pV VWDWLNXVDQ HOIHV]tWLN SO V]DNtWyJpSHQ általában az anyag folyáshatárának 60 %iUD0DMGNDODSiFFVDOYDJ\FVDSEHO|YSLV]WROO\DOWpVW PpUQHND]RUUUpV]UH$]WpVKDWiViUDDEHPHWV]pVEOUHSHGpVindulhat és instabilan terjedhet. A vizsgálatot kétféle módon lehet elvégezni: $]HJ\LNPyGV]HUQpOKPpUVpNOHWJUDGLHQVWKR]QDNOpWUHDSUyEDWHVWEHQ~J\KRJ\D]RUURW IRO\pNRQ\QLWURJpQEHQK&WLNpVDSUyEDWHVWV]HPEHQOpYoldalát hevítik olyan mértékben, hogy a KPpUVpNOHWJUDGLHQV pUWpNH D SUyEDWHVW WHOMHV KRVV]iEDQ .FP OHJ\HQ $ SUyEDWHVWHQ hosszirányban egyenletesen elosztva termoelemeket helyeznek el. Így meghatározható a repedésPHJiOOiVLKPpUVpNOHWD]RQDKHO\HQDKRODWHUMHGUHSHGpVQ\XJDORPEDMXW

16

$ W|UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVH


D] 1'7 pV &$7 KPpUVpNOHWHN DODSMiQ

12. ábra A Robertson-vizsgálatnál alkalmazott próbatest kialakítása $ PiVLN YiOWR]DW D] ~Q L]RWHUPLNXV YL]VJiODW DPLNRU W|EE NO|QE|] KPpUVpNOHWHQ YpJH]QHNYL]VJiODWRW(NNRUDSUyEDWHVWHWWHUPRV]WiWEDKHO\H]YHiOODQGyKPpUVpNOHWHQWDUWMiNpV az orr-részt folyékony QLWURJpQQHOK&WLN$KDWiUKPpUVpNOHW&$7Crack Arrest Temperature) az DKPpUVpNOHWDPHO\HQDUHSHGpVPHJiOOiVPpJpSSHQEHN|YHWNH]LN Néhány acél &$7KPpUVpNOHWpWPXWDWMDDWiEOi]DW>@ 4. táblázat .O|QE|]V]HUNH]HWLDFpORN&$7KPpUVpNOHWHL Acél ReH,

4.

CAT,

MPa

°C

St E51V (CrMoTi)

510

- 56

St E70 (CrMoZr)

700

- 50...- 60

St E90 (NiCrMoV)

900

- 35...- 55

$W|UpVLEL]WRQViJHOOHQU]pVHD]1'7pV&$7KPpUVpNOHWHN alapján

Az NDT- és &$7KPpUVpNOHWHN DODSMiQ OHKHWVpJ YDQ D W|UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVpUH D Pellini és munkatársai által kidolgozott biztonsági diagram segítségével [3, 9]. A nagyszámú kísérleti eredményeken alapuló biztonsági diagram összefüggést ad a névleges feszültség, a UHSHGpVQDJ\ViJ pV D KPpUVpNOHW N|]|WW iEUD (EEO D] iEUiEyO PHJpUWKHW D] 1'7 KPpUVpNOHWPHJKDWiUR]iViQDNMHOHQWVpJHDNLVPpUHW&KLEiKR]WDUWR]yUHSHGpVLQGXOiVLfeszültség IRO\DPDWRVDQFV|NNHQDKPpUVpNOHWFV|NNHQpVpYHOpVDJ|UEHpSSHQD]1'7KPpUVpNOHWHQpULHO DIRO\iVKDWiUW9DJ\LVH]HQDKPpUVpNOHWHQDIRO\iVKDWiUQDNPHJIHOHOIHV]OWVpJPiUNLVPpUHW&

17

$ W|UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVH


D] 1'7 pV &$7 KPpUVpNOHWHN DODSMiQ

hiba esetén is olyan ridegtörést okozhat, amelyet az alapanyag már nem képes megállítani. Természetesen a hiba méretének növekedésével a repedésinduláshoz tartozó kritikus feszültség értéke csökken.

13. ábra Pellini-féle biztonsági diagram A diagramból kiolvasható a törési biztonság kritériuma: a T NDT . KPpUVpNOHW IHOHWW még akkor sem következik be ridegtörés, ha a feszültség eléri a folyáshatárt és már nagyobb repedések is találhatók az anyagban. A TNDT+33 és a TNDT.KPpUVpNOHWHNN|]|WWFVDNDNNRU OHKHWVpJHV W|UpV KD PiU D] HJpV] V]HUNH]HWL HOHPEHQ QDJ\PpUWpN& NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV következett be.

18


5.

Irodalomjegyzék

Irodalomjegyzék

[1]

T. Varga: Crack Initiation, Propagation and Arrest Testing, International Scientifc Conference, Technical University of Kosice, 1992. Szeptember 2-5., pp. 173-180.

[2]

ASTM E 1221-88: Standard Test Method for Determining Plane-Strain Crack-Arrest Fracture Toughness, KIa, of Ferritic Steels, Annual Book of ASTM Standards, 1996.

[3]

H. Blumenauer, G. 3XVFK0&V]DNLW|UpVPHFKDQLND0&V]DNLN|Q\YNLDGy%XGDSHVW

[4]

G. Schneeweiss, T. Varga: Erfahrungen mit Dreipunkt-Biegeproben zur Ermittlung der Rissauffangzähigkeit KIa an niedriglegiertem Stahl, Swiss Materials, 1/1989. Nr. 6., pp. 2937.

[5]

T. Varga: Crack Initiation, Propagation and Arrest Criteria for Steel Structure Safety Assessment, Structural Safety, 12 (1993), pp. 93-98.

[6]

S. Felber, W. Alber, M. Oberndorfer, G. Schneeweiss, T. Varga: Crack-Arrest Measurements in Pipeline Steels, Second International Conference on Joining Technology, 1994. Május 14-18, Firenze

[7]

S. Felber, T. Varga, G. Schneeweiss: Crack-Arrest Measurements in a Pressure Vessel Steel, SMIRT 13, Porto Alegre, Brazilia, 1995. Augusztus 13-18.

[8]

S. Felber, G. Schneeweiss, T. Varga: Crak-Arrest in a Pipeline Steel, Second International Conference on Pipeline Technology, 1995. Szeptember 11-14, Ostend

[9]

ASTM E-208-95a: Test Method for Conducting Drop-Weight Test to Determine Nil— Ductility Transition Temperature of Ferritic Steels, Annual Book of ASTM Standards, 1996.

[10] E. Czoboly, F. Gillemot, F. Oszvald: Small Specimen Testing Applied at Surveillance Extension, Small Specimen Testing Techniques, ASTM STP 1329, W. R: Corwin, S. T. Rosinski, E. van Walle, Eds., American Society for Testing and Materials, 1998.

19

ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS

Recommend Documents