selhání materiálů je životně důležité pro způsoby inženýrství I ekonomiky, protože zlomená část komponenty může bránit nebo zabránit pracovnímu procesu. Proto se obvykle provádí podrobné vyšetření poškozených částí. Značná část poruch pochází z únavových mechanismů. Pokud je však proces udržován za zvýšených teplot, objeví se nový obvyklý podezřelý. Tento mechanismus selhání se nazývá selhání tečení. Standardní definice tečení může být provedena jako plastická deformace materiálů za zvýšených teplot a statického zatížení.
Creep chování je většinou nezbytné pro inženýrské aplikace, které probíhají ve vysokoteplotních prostředích. Proto musí být konstrukce kovových částí provedena zvážením odolnosti proti tečení. Například lopatky turbín proudových motorů obvykle trpí tečení, protože vnitřní atmosféra motoru pracuje při 800 až 1300°C. Kromě toho odstředivá zatížení na lopatkách také přispívají k plastickému toku materiálu. Proto se používají další legovací prvky k zajištění zvýšení odolnosti lopatek turbíny proti tečení. Jako příklad lze uvést další vysokoteplotní inženýrské aplikace; jaderné reaktory, kotlové trubky, raketové motory, a parní turbíny.
v krystalových strukturovaných materiálech (kovy a keramika) může být kritická teplota tečení stanovena jako 0,4-0,5 teploty tání souvisejícího materiálu. Tato kritická teplota je rozhodující pro konstrukční úvahy materiálů. Při zohlednění skel a polymerních materiálů se rozhoduje o teplotě skelného přechodu jako o kritickém bodě, kde dochází k velkému množství tečení. Některé materiály však mohou trpět tečením i při pokojové teplotě. Tyto materiály mohou být pryžové polymery nebo měkké kovy (např. Kritické teploty pro selhání tečení jsou životně důležité pro výběr správných materiálů během návrhu, pokud jsou technické komponenty. Pro zvýšení odolnosti materiálů proti tečení se běžně používají konkrétní legovací prvky. V tomto okamžiku se nikl, chrom a kobalt široce používají jako legující prvky pro zvýšení odolnosti proti tečení technických materiálů. Jak bylo uvedeno výše, lopatky turbín proudového motoru se vyrábějí pomocí niklových superslitin (CMSX-4, CMSX-10, Inconel atd.) a další legující prvky (Rhenium, Ruthenium), které přispívají k odolnosti lopatek turbíny proti tečení. Plastový tok materiálů kvůli tečení se může lišit pro různé teploty a různá tahová napětí. Změna kmene v souladu s měnícími se teplotami je vidět na obrázku níže. Při zkoumání modelu je zřejmé, že plastický tok materiálů může nastat při namáhání, které je nižší než mez kluzu testovaného materiálu. Stejně tak selhání únavy selhání tečení může začít i při nižších namáháních, než je mez kluzu. Proto je materiálový design nesmírně důležitý pro vysokoteplotní aplikace. Pokud je výběr materiálu proveden pouze s ohledem na pokojové teploty nebo nevýznamné teploty (teploty, které nemohly přispět k tečení), mohou se od zahájení plastického toku pod mez kluzu kovu objevit katastrofy. Níže uvedený obrázek představuje tečení chování 316L austenitické nerezové oceli, která se velmi běžně používá pro svařovací aplikace.
mechanismus selhání tečení je také zásadní pro zvýšení odolnosti kovů proti tečení. Člověk musí řádně prozkoumat zlomený povrch kovu, který dosud selhal. Většina vyšetření ukazuje, že na hranicích zrn selhaných kovů dochází k prasklinám. Proto mohou být lomové charakteristiky poruch tečení ve většině případů definovány jako intergranulární. Navíc prostředí s vysokou teplotou, ve kterém je kovová část provozována, může způsobit tvárné zlomeniny. Proto je jasné, že selhání tečení jsou intergranulární tvárné zlomeniny(pro většinu poruch). Vzhledem k tomu, že na hranicích zrn relativního kovu jsou iniciovány trhliny při selhání tečení, může být pro vysokoteplotní aplikace výhodná absence hranic zrn. Kovové části, které jsou určeny pro vysokoteplotní aplikace, se proto vyrábějí snížením počtu zrn. Většina lopatek turbíny je vyrobena poskytováním jednokrystalových struktur, kde představuje pouze jednu hranici zrna. Níže uvedený obrázek ukazuje intergranulární zlomeninu kovové části, která trpí tečení.
odolnost proti tečení lze získat provedením zvláštních zkoušek tečení pro požadované kovové části. Obvykle se používají tahové zkoušky pro pochopení toku plastů a rychlosti deformace materiálu. Predikce, která je vyhodnocena tahovou zkouškou, však nemůže být použita pro materiály, které jsou plánovány pro použití ve vysokoteplotních aplikacích. Rychlost deformace, která je stanovena na konci zkoušky tahem, je vhodná pro aplikace, které probíhají za podmínek pokojové teploty. V tomto okamžiku se napětí kovu pro aplikované napětí nezmění v průběhu času kvůli nízké teplotě prostředí. Nicméně, pokud jsou vzaty v úvahu zvýšené teploty, musí být rychlost deformace vypočtena pro přesnou provozní teplotu, protože creep je primárním mechanismem selhání. Zde musí být během zkoušky tahem provedena jedna čtvrtina teploty tání materiálů, aby se simulovalo chování materiálu za zvýšených teplot.
zkouška tečení kovů se provádí za účelem předvídání chování kovu za vysokoteplotních podmínek. Zkouška tečení je velmi podobná zkouškám v tahu nebo tlaku; při provádění testu tečení se však udržují vysokoteplotní podmínky. Zkouška tečení se provádí pomocí zkušebního vzorku v tahu. Počáteční zatížení se stanoví před zahájením zkoušky. Na kovový tahový model se tedy aplikuje konstantní napětí, aby se simulovaly podmínky tečení. Zatížení může být jednoduché závaží, nebo tahový zkušební stroj může udržovat napětí na vzorku. Kromě toho je přes vzorek umístěna jednoduchá pec pro vytvoření požadovaných zvýšených teplot. Termočlánek je umístěn do zkušebního vzorku pro řízení tepla kovu. Po dosažení požadované teploty se na zkušební vzorek aplikuje tahová nebo tlaková napětí. Na konci zkoušky je rychlost deformace vzorku vynesena na graf. Výsledky rychlosti deformace podle uplynulého času, je pojmenován jako tečení křivky, kde jsou úvahy provádí jeho použitím. Chování vzorku za zvýšené teploty lze vidět v této křivce tečení-níže uvedené schéma ukazuje typickou křivku tečení se třemi odlišnými oblastmi.
oblasti na křivce tečení jsou odlišné zóny, kde se rychlost tečení liší pro každou zónu. Derivát rychlosti deformace proti času se nazývá rychlost deformace. Doba zlomení zkušebního vzorku obecně závisí na množství teploty a množství aplikovaného napětí. Počáteční deformace, ke které dojde před zahájením zkoušky, může být elastická nebo plastická, nebo obojí. Avšak i k počáteční plastické deformaci dochází před zahájením zkoušky, rychlost deformace při počáteční deformaci nelze uvést jako deformaci tečení. Zkouška tečení se obvykle provádí působením napětí nižších, než je mez kluzu souvisejícího materiálu. Oblasti na křivce tečení lze pojmenovat jako primární (přechodná) tečení, sekundární (ustálená) tečení a terciární tečení. Napětí materiálu se iniciuje v primární zóně tečení (kromě počáteční deformace, ke které dochází v důsledku zatížení bez zahřívání). Rychlost deformace kovu dosahuje své minimální hodnoty v rovnovážném stavu tečení, kde je také konstantní rychlost deformace kovu. Před konečným zlomením kovu se ve struktuře materiálu objevují malé dutiny. Tyto malé dutiny rostou a splývají, takže dochází k prasklinám. Tyto trhliny vedou ke konečnému selhání kovu. Význam těchto malých dutin je ve skutečnosti o době jejich vzniku. Když začne terciární tečení, vzniknou tyto malé dutiny. Tyto malé dutiny jsou charakteristické vzory pro analýzu selhání. Když je pozorována mikrostruktura lomového povrchu kovu, lze vidět tyto malé dutiny. Pozorování malých dutin znamená, že polovina servisní doby materiálu je dokončena.
proto kovová část spotřebovává polovinu životnosti mezi ustálenou tečkovanou zónou a terciární tečkovanou zónou. Zbývající životnost kovu v terciární tečení se však nerovná polovině celkové životnosti materiálu. Rychlost tečení materiálu se zvyšuje v terciární zóně tečení, takže postup tečení v terciární oblasti se také zvyšuje ve třetí zóně. Zbytek doby provozu materiálu je tedy spotřebován rychleji než spotřeba v rovnovážném stavu tečení. Termín tečení je vidět na obrázku níže. Většina konstrukčních úvah využívá rychlost tečení v ustáleném stavu pro materiál, který bude použit ve vysokoteplotních aplikacích. Vzhledem k tomu, že rychlost tečení je derivátem kmene proti času, sekundární tečení zóna provádí minimální a konstantní rychlost tečení při nižší rychlosti tečení (rychlost deformace) vs. časový graf.
bylo zmíněno, že mechanismus intergranulárních zlomenin je společný pro selhání tečení. Důvod intergranulární lomové charakteristiky lze vysvětlit zkoumáním hodnot pevnosti vnitřních zrn a hranic zrn při různých teplotách. Pevnost v tahu hranic zrn je vyšší než vnitřek zrn pro nízké teploty; pevnost v tahu vnitřku zrn je však vyšší než hranice zrn pro zvýšené teploty. Proto se na hranicích zrn vyskytují vysokoteplotní poruchy (intergranulární). Protože tečení probíhá při zvýšených teplotách (u většiny kovů), intergranulární charakteristiky tečení zlomenin jsou běžně pozorovány. Níže uvedené schéma ukazuje změnu napětí v tahu s různými teplotami. Průsečík mezigranulárních a transgranulárních linií se nazývá „rovnoměrná teplota“, kde jsou síly obou hranic zrn a vnitřních zrn navzájem stejné.
standardy pro zkoušky tečení jsou zásadní pro poskytnutí spolehlivých údajů o testech. Různé standardy týkající se testování tečení jsou uvedeny v níže uvedené tabulce.
Tabulka 1. Několik standardů pro tečení
| BS 3500 | metody pro testování tečení a prasknutí kovů. |
| BS EN 10291 | Kovové materiály-jednoosé testování tečení v tahu. |
| BS EN ISO 899 | plasty-stanovení tečení. |
| ASTM E139 | provádění zkoušek tečení, tečení a roztržení kovových materiálů. |
| BS EN 1225 | stanovení faktoru tečení skla * vyztužené termosetové plasty * mokré podmínky. |
| BS EN 761 | stanovení faktoru tečení skla * vyztužené termosetové plasty * suché podmínky. |
- Hosford, W., 2011. Věda O Materiálech. New York: Cambridge University Press.
- vliv mikrostruktury a krystalografické struktury na mechanické vlastnosti modifikované oceli 9Cr-1Mo-vědecký údaj na ResearchGate. K dispozici od: https://www.researchgate.net/figure/A-typical-creep-curve-indicates-three-different-regions-the-primary-secondary-and-the_fig15_325678541
- Twi-global.com.2020. Tečení A Tečení Testování. K dispozici na adrese: <https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/creep-and-creep-testing-081> .
- Dowling, N., Kampe, s. and Kral, m., n. d. mechanické chování materiálů. s. 802, 809.
- Shop.bsigroup.com.2020. Inženýrské normy, požadavky na strojírenství, BSI. K dispozici na adrese: <https://shop.bsigroup.com/en/Browse-by-Sector/Engineering/?t=r> .
- Gaffard, V., Besson, J., & Gourgues-Lorenzon, A. F. (2005). Model selhání tečení z tvrzené martenzitické nerezové oceli integrující více deformačních a poškozovacích mechanismů. International Journal of Fracture, 133 (2), 139-166. doi: 10.1007/s10704-005-2528-8
- Sasikala, G., Mathew, M. D., Bhanu Sankara Rao, k., & Mannan, S. L. (1999). Deformace tečení a lomové chování svařovacího kovu z nerezové oceli typu 316 s obsahem dusíku. Journal of Nuclear Materials, 273 (3), 257-264. doi: 10.1016 / s0022-3115(99)00057-4