Mida tähendab libisemisdeformatsioon alumiiniumkomponentide puhul
Rooma on aeglane, püsiv plastiline deformatsioon, mis akumuleerub, kui metall kannab püsivat koormust pingega, mis on väiksem kui tema lühiajaline voolavuspiir. Alumiinium sulab umbes 660 kraadi juures, seega muutub roomamine tehniliseks-oluliseks temperatuuridel, mis on tööstusseadmetes täiesti normaalsed: kui töötemperatuur läheneb ligikaudu 0,4-le absoluutsest sulamistemperatuurist, mis on kaubandusliku puhtusastme puhul ligikaudu 100 kraadi, hakkab konstruktsiooni juhtima difusiooni{6}}kontrollitud deformatsioon. Soojusvaheti torud, kolvikroonid, siiniühendused, trafo mähised ja poltühendused kuumades seadmetes on seetõttu kohandatud pigem roomamise vastu, mitte ainult toatemperatuuri{8}}tõmbetugevuse suhtes.
Järgneb kolm praktilist tagajärge. Tänapäeval tihe liigend võib kaotada klambrikoormuse pärast tuhandeid tunde temperatuuril, kuna metall lõdvestub peaaegu pideva koormuse all. Komponent, mis läbib lühiajalise-kindluse testi, võib pärast aastatepikkust kasutust siiski ebaõnnestuda liigse longuse või pikenemise tõttu. Ja lubatud pinge langeb temperatuuri tõustes, seega tuleb ohutut tööpinget lugeda voolavuspiiri tabeli asemel roome{4}}piiratud kõveralt.
Mehhanismid, mis suurendavad alumiiniumisulamite libisemist
Alla umbes 0,4 absoluutsest sulamistemperatuurist domineerib deformatsioonis dislokatsiooni libisemine ja metall käitub tavapärasel viisil. Sellest künnisest kõrgemal muutub aatomi difusioon piisavalt kiireks, et nihestused saaksid takistustest mööda minna ja mitu mehhanismi toimivad samaaegselt.
Dislokatsiooni tõus.Serva- ja kruvide nihestused lahkuvad libisemistasandilt, neelavad või eraldavad vabu kohti, mis lasevad neil läbida sademeid ja alam{0}}piire. See on tavaliselt domineeriv mehhanism vahemikus 100 kraadi ja 250 kraadi.
Teravilja piiri libisemine.Naabruses olevad terad nihkuvad üksteisest mööda ja nende osakaal suureneb, kui tera suurus väheneb, nii et toatemperatuuril tugev peeneteraline{0}}materjal võib roomamisel olla nõrgem.
Difusioonivoog ja piiriränne.Alumiiniummaatriksis peaaegu lahustumatud raua ja räni lisandid migreeruvad piiridele ja moodustavad jämedaid faase, mis muudab kohalikku libisemiskindlust.
Alam-struktuuri areng.Dislokatsioonirakud organiseeruvad ümber alam-teradeks ja umbes 300 kraadi juures võib lokaalne ümberkristallimine uuesti käivitada deformatsioonikõvera ja kiirendada tertsiaarset hiilimist.
Sademega-kõvanud temperid roomavad sama pinge juures tavaliselt aeglasemalt kui puhas metall, kuna osakesed takistavad nii ronimist kui ka piirdelibisemist. Eelis kaob ära, kui töötemperatuur ületab sademe jämedusvahemiku ja tugevnemisfaas kasvab ebaefektiivseteks osakesteks.
Temperatuuritundlikkus ja praktilised kasutuspiirangud
Roomamiskiirus järgib Arrheniuse seost, seega on see temperatuuri suhtes eksponentsiaalselt tundlik. Alumiiniumi võre isedifusiooni aktiveerimisenergia Skaala teises otsas eemaldab krüogeenne teenus alla umbes miinus 50 kraadi tõhusalt difusiooni ja eemaldab seetõttu disainiprobleemist roomamise.
| Materjal | Indikatiivne roomamissõeltemperatuur | Tüüpiline kohustus |
|---|---|---|
| 1050A / 1100, O ja H14 | umbes 100 kraadi | Siinid, kanalid, madala-tugevusega leht |
| 3003 / 3103 | umbes 120 kraadi | Soojusvaheti ja kondensaatori torud |
| 6061 / 6082, T6 | umbes 150 kraadi | Struktuurne väljapressimine, poltidega raamid |
| 2024, T3 ja T4 | umbes 130 kraadi | Lennundusleht, kus domineerib tugevus |
| 2618A, T61 | 180 kuni 200 kraadi | Sepistatud kolvid ja kompressori osad |
| Kolvisulamid 4032 ja 2618 | kuni umbes 250 kraadi | Autokolvid, madala paisumisvõimega |
| Al-Mg-Sc-Zr hinded | 250 kuni 300 kraadi | Lisa- ja keevitatud kuumkonstruktsioonid |
| Dispersioon tugevdatud hinded | umbes 350 kraadi | Spetsiaalsed kõrge temperatuuriga komponendid |
Tabelis olevad temperatuurid on sõelumisläved, mida kasutatakse selleks, et otsustada, kas roomehinnangut on üldse vaja. Konkreetse konstruktsiooni lubatud pinge peab tulenema roomamis- ja roomamis{1}}rebenemise andmetest, mis on mõõdetud toote täpse kuju, temperamendi ja paksuse põhjal asjakohasel temperatuuril ja konstruktsiooni kasutusiga.
Sulamipered ja nende hiilimiskäitumine
| Perekond | Jube käitumine | Kus seda kasutatakse |
|---|---|---|
| 1xxx, kaubanduslikult puhas | Madalaim takistus, pehmeneb varakult, hea juhtivusega | Juhtmed, uimede varu, vooderdus |
| 3xxx, Al-Mn | Mn dispersoidid annavad kasuliku stabiilsuse umbes 150 kraadini | Soojusvahetid, kõvajoodissüdamikud |
| 4xxx, Al-Si | Hea mõõtmete stabiilsus kolbides, madal soojuspaisumine | Kolvikroonid, kõvajoodisleht |
| 2xxx, Al-Cu-Mg | Kõrge tugevus kuni 150 kraadini, seejärel liigne vananemine ja kiirem roomamine | Lennundus, sepistatud liitmikud |
| 6xxx, Al-Mg-Si | Stabiilne, samas kui sademed peavad vastu jämedusele, tavaliselt kuni 150 kraadini | Ekstrusioonid, konstruktsiooniprofiilid |
| 7xxx, Al-Zn-Mg | Suurim tugevus, kuid halb pikaajaline{0}}stabiilsus kuumuses | Lühiajaline-suur koormusega osad |
| Sc ja Zr modifitseeritud klassid | Dispersoidid kinnitavad piirid, roomamisiga paranes mitu korda | Kuumad kosmosesõidukid ja lisandid |
| Al-Ni ja Al-Fe-põhised katsehinnangud | Mõeldud stabiilsuseks 350 kraadi lähedal | Uurimis- ja nišikõrge soojuskohustus |
Kuidas roomamiskäitumist mõõdetakse
Pideva koormuse tõmbe roome ja roome purunemine.Standardmeetod, mida kasutatakse ASTM E139 alusel ja mille katsed kestavad sageli 1000 tundi või kauem ja registreerivad pinget aja suhtes fikseeritud koormuse ja temperatuuri juures.
Üheteljeline roomekatse.ISO 204 määratleb samaväärse üheteljelise protseduuri ning ekstensomeetria ja temperatuuri reguleerimise nõuded.
Stressirebend ja ekstrapolatsioon.Aeg ebaõnnestumiseni mitmel stressitasemel on varustatud aja{0}}temperatuuri parameetritega, nii et käitumist 100 000 tunni jooksul saab prognoosida lühemate testide põhjal.
Mulje libisemine.Poleeritud pinnale pressitud väike taane mõõdab kohalikku roomamiskindlust, mis on kasulik hoolduskomponentidest lõigatud materjali puhul.
Digitaalse pildi korrelatsioon.Täielik -välja optiline deformatsioonikaardistamine lahendab mikro-tüvede arengu ja tertsiaarse hiilimise alguse.
Mikroskoopia.Elektronmikroskoopiat kasutatakse mõõdetud roomekiiruste sidumiseks dislokatsiooni ja sademete vastasmõjudega, sealhulgas rauast ja ränist moodustatud piirfaasidega.
Stressi lõõgastumise testimine.ASTM E328-ga kaetud, see on standardne trass poltliidete, vedrude ja pressliitmike jaoks, kus pinge on fikseeritud ja koormus väheneb.
Liikumisdeformatsiooni leevendamine kasutusel
Esmalt langetage metalli temperatuuri: parem jahutus, isolatsioonikatkestused ja soojustõkkekatted vähendavad kiirust rohkem kui mis tahes sulami vahetus.
Lisage tsirkooniumi ja titaani, et moodustada peened dispersoidid, mis kinnitavad terade piire ja aeglustavad piiride migratsiooni.
Kasutage mangaani ja kroomi dispersoidmoodustajaid, nagu 3xxx klassides, mõõduka temperatuuriga soojusvaheti tööks.
Mõelge skandiumiga modifitseeritud sulamitele, kui libisemisaeg 250 kraadi või rohkem on valitsev nõue.
Vähendage püsivat pinget, suurendades sektsiooni, jagades koormust rohkematele kinnitusdetailidele või vähendades poldi eelpinget miinimumini, mis tihendab liigendit.
Kujundage polt- ja klambriühendused pingete leevendamiseks, dokumenteeritud pöördemomendi intervallidega{0}}, mitte ühekordse kokkupanemisel pingutamisega.
Kontrollige tekstuuri ristrullimise teel, kus läbi{0}}paksuse stabiilsus on oluline, ja vältige kuumades piirkondades liiga peente tera suurust.
Kasutage lõplike elementide roomeanalüüsi, et määrata kindlaks tsoonid, kus pinge esmalt koondub, ja seejärel kontrollida pärast kasutuselevõttu mõõtmise teel.
Korduma kippuvad küsimused
K: Mis temperatuuril hakkab alumiinium roomama?
Roomamine muutub mõõdetavaks üle ligikaudu 0,4 absoluutsest sulamistemperatuurist, mis on kaubanduslike puhtusastmete puhul ligikaudu 100 kraadi. Dispersioontugevdatud ja skandiumiga modifitseeritud sulamid hoiavad oma vastupidavuse 250 kraadi või kõrgemal, samas kui 6xxx ja 2xxx temperamente sõelutakse tavaliselt umbes 130 kuni 150 kraadi.
K: Miks on libisemine poltidega alumiiniumliigendites oluline?
Kuna liigendit hoitakse peaaegu konstantse pinge all, laseb pinge lõdvestumine metallil voolata ja klambri koormus aja jooksul temperatuuril väheneb. Eelkoormus tuleb arvestada või liigend tuleb uuesti-pingutada kindlaksmääratud intervalliga.
K: Millised alumiiniumisulamid taluvad libisemist kõige paremini?
Mõõdukatel temperatuuridel toimivad hästi Al-Mn 3xxx perekond ja dispersiooniga tugevdatud sordid; kõrgel temperatuuril annavad Al-Si kolvisulamid, skandiumiga ja tsirkooniumiga modifitseeritud sulamid ning spetsiaalse dispersiooniga tugevdatud tooted pikima roomamisaja.
K: Kuidas testitakse alumiiniumi roomamist?
Konstantse koormuse roomamise ja roome{0}}rebenemise testid vastavalt ASTM E139-le või üheteljelise roomemise testid vastavalt standardile ISO 204 on standardmeetodid, mida toetavad pingerelaksatsiooni testid vastavalt ASTM E328-le klammerdatud liigendite jaoks ja jäljendi roome hooldusnäidistel.
K: Kas madal temperatuur peatab roomamise täielikult?
Alla miinus 50 kraadi difusioon on nii aeglane, et roome on tühine, nii et külmhoone- ja krüogeensed seadmed on tavaliselt projekteeritud tugevuse ja sitkuse, mitte ajast sõltuva deformatsiooni järgi.
K: Kas roomedeformatsiooni saab pärast hooldust ümber pöörata?
Ei. Creep jätab püsivad mõõtmete muutused ja sisemised kahjustused, nagu piirde tühimikud. Kui komponent on longus või üle taluvuse kasvanud, tuleb see välja vahetada, mitte sirgendada.
