재료의 실패는 부품의 골절 부분이 작업 과정을 억제하거나 방해 할 수 있기 때문에 엔지니어링과 경제 모두에서 중요합니다. 따라서 일반적으로 고장난 부품에 대한 자세한 검사가 수행됩니다. 실패의 상당 부분은 피로 메커니즘에 의해 공급됩니다. 그러나,과정이 높은 온도의 밑에 유지되는 경우에,새로운 보통 용의자는 나온다. 이 실패 메커니즘을 크리프 실패라고합니다. 크리프의 표준 정의는 높은 온도 및 정적 하중 하에서 재료의 소성 변형으로 만들 수 있습니다.
크리프 동작은 대부분 고온 환경에서 발생하는 엔지니어링 어플리케이션에 필수적입니다. 그러므로,금속 부속의 디자인은 포복 저항을 고려해서 끝나야 합니다. 예를 들어,제트 엔진의 터빈 블레이드는 일반적으로 엔진의 내부 분위기가 800 에서 1300 로 작동함에 따라 크리프로 고통받습니다. 따라서 터빈 블레이드의 크리프 저항을 증가시키기 위해 추가 합금 원소가 사용됩니다. 다른 고열 기술설계 신청은 것과 같이 예시될 수 있습니다;원자로,보일러관,로켓 엔진 및 증기 터빈.
결정 구조 재료(금속 및 세라믹)에서 임계 크리프 온도는 관련 재료의 용융 온도의 0.4-0.5 로 결정될 수 있습니다. 이 임계 온도는 재료의 설계 고려 사항에 매우 중요합니다. 유리 및 고분자 재료를 고려할 때 유리 전이 온도는 많은 양의 크리프 변형이 발생하는 임계점으로 결정됩니다. 그러나 일부 재료는 실온에서도 크리프로 고통받을 수 있습니다. 이러한 재료는 고무 같은 중합체 또는 연질 금속(예:납)일 수 있습니다. 크리프 고장에 대한 임계 온도는 엔지니어링 구성 요소 인 경우 설계 중에 적절한 재료를 선택하는 데 중요합니다. 물자의 포복 저항을 강화하기 위하여는,특정한 합금 성분은 통용됩니다. 이 시점에서,니켈,크롬 및 코발트는 합금 성분으로 널리 이용됩니다 기술설계 물자의 포복 저항을 증가하기 위하여. 제트 엔진 터빈 블레이드는 니켈 초합금을 통해 생산됩니다.)및 터빈 블레이드의 크리프 저항에 기여하는 추가 합금 원소(레늄,루테늄). 포복 때문에 물자의 플라스틱 교류는 다른 온도 및 다른 인장 응력을 위해 변화할 수 있습니다. 다양한 온도에 따른 변형의 변화는 아래 그림에서 볼 수 있습니다. 모델을 검사할 때,재료의 플라스틱 흐름이 테스트된 재료의 항복 응력보다 낮은 응력에서 발생할 수 있음이 분명합니다. 마찬가지로 피로 실패 항복 응력보다 낮은 응력에서도 크리프 실패가 시작될 수 있습니다. 소재 디자인은 고온 응용 프로그램에 대한 매우 중요한 이유입니다. 재료 선택이 실내 온도 또는 중요하지 않은 온도(크리프에 기여할 수없는 온도)만 고려하여 이루어지면 플라스틱 흐름이 금속의 항복 강도 이하로 시작된 이후 재앙이 발생할 수 있습니다. 아래 그림은 용접 신청을 위해 아주 통용되는 316 리터 오스테나이트계 스테인리스의 포복 행동을 대표합니다.
크리프 파손의 메카니즘은 또한 금속의 크리프 저항을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 하나는 제대로 지금까지 실패한 금속의 골절 표면을 검사해야합니다. 시험의 대부분은 실패한 금속의 입자 경계에서 균열이 발생한다는 것을 보여줍니다. 따라서 크리프 실패의 골절 특성은 대부분의 경우 입자 간으로 정의 할 수 있습니다. 더욱,금속 부속이 운영하는 고열 환경은 연성이 있는 유형 분쇄를 일으키는 원인이 될지도 모릅니다. 따라서 크리프 실패는 입자 간 연성 골절(대부분의 실패에 대해)임이 분명합니다. 크리프 고장 균열이 상대 금속의 입자 경계에서 시작되기 때문에 입자 경계의 부재는 고온 응용 분야에 유리할 수 있습니다. 따라서,고온 응용 프로그램에 대 한 설계 된 금속 부품 곡물의 수를 감소 하 여 생산 됩니다. 대부분의 터빈 블레이드는 단결정 구조를 제공하여 하나의 입자 경계 만 제공합니다. 아래 그림은 크립으로 고통받는 금속 부분의 입자 간 골절을 보여줍니다.
포복에 대하여 저항은 원한 금속 부속을 위한 특정한 포복 시험을 달려서 얻어질 수 있습니다. 보통,장력 시험은 물자의 플라스틱 교류 그리고 긴장 비율을 이해하기 위하여 적용됩니다. 그러나 인장 시험에 의해 평가되는 예측은 고온 응용 분야에서 사용될 계획 인 재료에 사용할 수 없습니다. 장력 시험의 끝에 결정되는 긴장 비율은 실내 온도 조건 하에서 일어나는 신청을 위해 적당합니다. 이 시점에서,적용된 응력에 대한 금속의 변형은 환경의 낮은 온도 때문에 시간 내에 변하지 않을 것입니다. 그럼에도 불구하고,높은 온도가 고려되면,크리프가 주요 고장 메커니즘이기 때문에 정확한 작동 온도에 대한 변형률을 계산해야합니다. 여기서 재료 용융 온도의 1/4 은 인장 시험 중에 실시되어 고온에서 재료의 거동을 시뮬레이션해야 합니다.
금속의 크리프 테스트는 고온 조건에서 금속의 거동을 예측하기 위해 수행됩니다. 포복 시험은 장력 압축 시험과 아주 유사합니다; 그러나 크리프 테스트를 수행하는 동안 고온 조건이 유지됩니다. 포복 시험은 장력 시험 견본을 사용해서 합니다. 시작 짐은 시험의 개시의 앞에 결의가 굳습니다. 따라서 크리프 조건을 시뮬레이션하기 위해 금속 인장 모델에 일정한 응력이 적용됩니다. 짐은 간단한 무게일 수 있습니다,또는 장력 시험 기계는 견본에 긴장을 유지할 수 있습니다. 그 외에도,간단한 용광로가 원하는 높은 온도를 만들기 위해 시편을 가로 질러 배치됩니다. 열전대는 시험 견본으로 금속의 열을 통제하기 위하여 둡니다. 원한 온도가 달성될 때,장력 압축 긴장은 시험 견본에 적용됩니다. 시험이 끝나면 시편의 변형률이 그래프에 표시됩니다. 경과된 시간에 따른 변형률의 결과는 크리프 곡선으로 지정되어 고려 사항을 사용하여 수행됩니다. 상승된 온도의 밑에 견본의 거동은 이 포복 곡선에서 보일 수 있습니다—아래 개략도는 3 개의 명백한 지구를 가진 전형적인 포복 곡선을 보여줍니다.
크리프 곡선의 영역은 크리프 속도가 각 영역마다 다른 별개의 영역입니다. 시간에 대한 변형률의 미분을 변형률이라고 합니다. 시험 견본의 골절된 시간은 적용되는 긴장 온도 양 및 양에 일반적으로 달려 있습니다. 시험 개시 전에 발생하는 초기 변형은 탄성 또는 플라스틱 또는 둘 다일 수 있습니다. 그러나 시험 시작 전에 초기 소성 변형이 발생하더라도 초기 변형의 변형률은 크리프 변형으로 말할 수 없습니다. 크리프 테스트는 일반적으로 관련 재료의 항복 강도보다 낮은 응력을 적용하여 수행됩니다. 크리프 곡선의 영역은 1 차(과도)크리프 영역,2 차(정상 상태)크리프 영역 및 3 차 크리프 영역으로 명명할 수 있습니다. 재료의 변형은 1 차 크리프 영역에서 시작됩니다(가열없이 하중으로 인해 발생하는 초기 변형 제외). 금속의 변형률은 정상 상태 크리프 영역에서 최소값에 도달하며,여기서 금속의 변형률 또한 일정합니다. 금속의 최종 파괴 전에 재료의 구조에 작은 공극이 나타납니다. 이 작은 공극은 성장하고 합쳐져 균열이 발생합니다. 이 균열은 금속의 최종 고장으로 이어집니다. 이 작은 공극의 중요성은 실제로 출현 시간에 관한 것입니다. 3 차 크리프가 시작되면 이러한 작은 공극이 발생합니다. 이 작은 공극은 실패 분석을 위한 특유한 본입니다. 금속의 파괴 표면의 미세 구조가 관찰 될 때,이 작은 공극이 보일 수 있습니다. 작은 공극을 관찰하면 재료의 서비스 시간의 절반이 완료되었음을 나타냅니다.
따라서,금속 부분은 정상 상태 크리프 영역과 3 차 크리프 영역 사이의 수명의 절반을 소비한다. 그러나 3 차 크리프 영역에서 금속의 남은 수명은 재료의 전체 수명의 절반과 같지 않습니다. 재료의 크리프 속도는 3 차 크리프 영역에서 증가하므로 3 차 영역에서의 크리프 진행도 3 차 영역에서도 증가합니다. 따라서 나머지 재료의 서비스 시간은 정상 상태 크리프 영역에서의 소비량보다 더 빠르게 소비됩니다. 크리프 속도 용어는 아래 그림에서 볼 수 있습니다. 대부분의 설계 고려 사항은 고온 응용 분야에서 사용되는 재료에 대한 정상 상태 크리프 속도를 사용합니다. 크리프 속도는 시간에 대한 변형의 미분이므로 2 차 크리프 영역은 아래의 크리프 속도(변형률 속도)대 시간 그래프에서 최소 및 일정한 크리프 속도를 수행합니다.
그것은 입자 간 골절 메커니즘은 크 리프 실패에 대 한 일반적인 언급 했다. 입자 간 골절 특성에 대한 이유는 서로 다른 온도에서 내부 입자 및 입자 경계의 강도 값을 검사하여 설명 할 수 있습니다. 곡물 경계의 장력 강도는 저온을 위한 곡물의 내부 보다는 더 높습니다;그러나,곡물의 내부의 장력 강도는 높은온도를 위한 곡물 경계 보다는 더 높습니다. 따라서 고온 고장은 입자 경계(입자 간)에서 발생하는 경향이 있습니다. 크리프(금속의 대부분)높은 온도에서 발생하기 때문에,크리프 골절의 입자 간 특성은 일반적으로 관찰된다. 아래 개략도는 다양한 온도를 가진 인장 응력의 변이를 보여줍니다. 입자 간 선과 트랜스 입자 선의 교차점을’등점 온도’라고하며,여기서 입자 경계와 내부 입자의 강도는 서로 같습니다.
크리프 테스트의 표준은 신뢰할 수 있는 테스트 데이터를 제공하는 데 매우 중요합니다. 크리프 테스트에 대한 다양한 표준은 아래 표에서 볼 수 있습니다.
표 1. 크리프에 대한 몇 가지 표준
| 금속의 포복과 파열 테스트를 위한 학사 3500 | 방법. |
| 10291 | 금속 재료–장력 단축 크리프 테스트. |
| 플라스틱–크리프 거동의 결정. | |
| 금속 재료의 크리프,크리프 파열 및 응력 파열 시험을 실시합니다. | |
| 1225 | 유리의 크리프 계수 결정 *강화 열경화성 플라스틱 *습윤 조건. |
| 유리의 크리프 계수 결정 *강화 열경화성 플라스틱 *건조 조건. |
- 2011 년 호스포드,더블유. 재료 과학. 뉴욕:캠브리지 대학 출판부.
- 미세구조 및 결정학적 질감이 변형된 9-1 모 강철의 기계적 성질에 미치는 영향–연구게이트에 대한 과학적 수치. 에서 사용 가능: https://www.researchgate.net/figure/A-typical-creep-curve-indicates-three-different-regions-the-primary-secondary-and-the_fig15_325678541
- Twi-global.com.2020. 크리프 및 크리프 테스트. 사용 가능:<https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/creep-and-creep-testing-081>.
- Dowling,N.,Kampe,S.Kral,M.,n.d. 기계적인 동작의 재료이다. 802,809 쪽.
- Shop.bsigroup.com.2020. 엔지니어링 표준,엔지니어링 요구 사항. 사용 가능:<https://shop.bsigroup.com/en/Browse-by-Sector/Engineering/?t=r>.2005 년 11 월 15 일. 여러 변형 및 손상 메커니즘을 통합하는 강화 마르텐 사이트 스테인레스 스틸의 크리프 실패 모델. 국제 골절 저널,133(2),139-166. 도이:10.1007/10704-005-2528-8
- 2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일,2009 년 12 월 15 일. 질소 방위 유형 316 스테인리스 용접 금속의 포복 개악과 분쇄 행동. 핵 물질 저널,273(3),257-264. 10.1016/0022-3115(99)00057-4