Teräsmateriaalien viruminen ja sen laskentamenetelmät

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tehtiin kirjallisuuskatsaus virumiseen ilmiönä ja siihen, miten viruminen voidaan ottaa laskennallisesti huomioon. Lisäksi tehtiin lyhyt katsaus siihen, miten virumista voidaan kontrolloida esimerkiksi materiaalivalinnoilla.

Viruminen ilmenee yleensä hyvin hitaana plastisena muodonmuutoksena, kun kappaletta kuormitetaan materiaalin sulamislämpötilaan nähden korkeissa lämpötiloissa. Virumismekanismeja on useita, mutta diffuusion rooli on merkittävä niissä kaikissa. Diffuusio voi auttaa dislokaatioita ohittamaan esteen tai atomit voivat liikkua raerajalta toiselle sen avulla. Yleensä suunnittelussa pyritään siihen, että virumismurtuma ei tapahdu komponentin suunnitellun eliniän aikana tai virumisvenymä ei ylitä tiettyä raja-arvoa. Tässä työssä käsiteltiin kirjallisuudessa paljon esillä olevia parametrisiä laskentamalleja, joiden avulla voidaan laskea murtumaan kuluva aika, sekä muutama uudempi malli, joiden avulla voidaan luoda kokonainen virumiskäyrä. Metallisten materiaalin virumiskestävyyttä voidaan kasvattaa esimerkiksi lisäämällä suuren atomikoon seosaineita, jotka vastustavat dislokaatioiden liikettä. Pieni raekoko ja korkea sulamislämpötila parantavat myös materiaalin kestävyyttä virumista vastaan.

This bachelor’s thesis was carried out as a literature review to examine creep phenomenon and how it can be taken into account mathematically. In addition, a short review on how creep can be controlled, for example by material choices was conducted.

Creep is usually defined as very slow plastic deformation when a component is loaded in relatively high temperature compared to its melting point. There are several creep mechanisms, but diffusion is a very important concept in all of them. Diffusion helps dislocations climb to other slip planes if they encounter an obstacle. Atoms can also move from one grain boundary to another by diffusion. Creep rupture should not occur during the lifetime of the component or creep strain should stay under a certain limit. This bachelor’s thesis presents some of the most popular parametric methods to predict creep rupture time and a few newer methods that can be used to recreate the whole creep curve. Creep resistance of metallic materials can be increased by, for example using alloying elements that have a large atomic size thus preventing dislocation movement. Large grain size and high melting point also improve creep resistance.