Nauka o materiałach - wyklad 11

Nauka o Materiałach Wykład XI Właściwości cieplne Jerzy Lis Nauka o Materiałach Treść wykładu: 1. Stabilność termiczna materiałów 2. Pełzanie wysokotemperaturowe 3. Przewodnictwo cieplne 4. Rozszerzalność cieplna 5. Odporność na wstrząsy cieplne Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Stabilność termiczna materiałów Temperatury topnienia lub mięknięcia różnych materiałów Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Stabilność termiczna materiałów Temperatury topnienia lub mięknięcia różnych materiałów Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Pełzanie W podwyższonych temperaturach procesy dyfuzyjne w  materiałach stają się tak intensywne, że mogą ich skutki  wywoływać zmiany kształtu materiału pod wpływem niewielkich  naprężeń Odkształcenie takie ma charakter odkształcenia (płynięcia)  lepkościowego Proces taki nazywamy pełzaniem wysokotemperaturowym Temperatury w której materiał zaczyna pełzać, zależy od jego  temperatury topnienia. Jako generalną zasadę należy przyjąć, że  pełzanie rozpoczyna się gdy: T0,3 do 0,4 T m dla metali  T0,4 do 0,5 T m dla ceramik Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Pełzanie Pełzanie jest to powolne i ciągłe  odkształcenie materiału w czasie pod  wpływem niewielkich naprężeń niższych od  granicy plastyczności. Wielkość odkształcenia zależy od naprężenia  temperatury i czasu ε = f ( σ , t, T) pełzanie W przeciwieństwie do pełzania odkształcenie sprężyste większości metali i ceramiki w temperaturze pokojowej praktycznie nie zależy od czasu ε= f (σ) odkształcenie sprężyste Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Pełzanie Charakterystyczna krzywa odkształcenia materiału w toku pełzania Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Pełzanie W czasie pełzania ustalonego (II etap) szybkość pełzania jest stała Równanie pełzania opisuje się zależnością analogiczną do  odkształcenia lepkościowego B- stała typu współczynnika lepkości n – stała zależna od „mechanizmu pełzania” czyli typu procesu  zachodzącego w materiale Dla procesów dyfuzyjnego pełzania najbardziej typowymi  mechanizmami są: I. Pełzanie Nabarro-Herringa typu dyfuzji objętościowej II. Pełzanie Cobla typu dyfuzji po granicach ziaren n B σ ε = & Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE Pełzanie W materiale polikrystalicznym  znajdującym się w stanie naprężeń zewnętrznych  występują zróżnicowane naprężenia wewnętrzne na różnie zorientowanych  granicach  ziaren. Powoduje to zróżnicowanie potencjału chemicznego i procesy transportowe drogą  dyfuzji. Procesy w toku pełzania w polikrysztale

(…)

…
Przewodzenie ciepła
Gęstość strumienia ciepła przepływającego w jednostce czasu przez
prostopadłą płaszczyznę o jednostkowej powierzchni pod wpływem
gradientu temperatury można wyrazić następująco:
∂Q
∂T
= −λ
qx =
∂x
∂t
Równanie oznacza, ze przy istnieniu gradientu temperatury
przepływ ciepła jest do niego proporcjonalny.
Stałą proporcjonalności jest λ- współczynnik przewodnictwa cieplnego.
Jest to stała…
… jest prostopadły do granic rozdziału warstw a w całym układzie
występuje ta sama gęstość strumienia ciepła i całkowita oporność cieplna jest równa sumie oporności
cieplnych warstw
1
λm
=∑
i
Vi
λi
Gdzie: Vi – udział objętościowy i-tej fazy
λi – przewodnictwo cieplne i-tej fazy
λm – przewodnictwo cieplne całego układu
1
Dla układu dwufazowego równanie zapisujemy w następującej postaci:
λm
=
V1
λ1
gdy
λ1 >> λ2
λ
λm…
…
poszczególnych ziaren lun anizotropii modułu Younga E
II rodzaju - naprężenia wynikające z nierównomiernego rozkładu
temperatury w objętości
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE
Naprężenia cieplne I rodzaju
W polikrysztale jedno lub wielofazowym mogą wystąpić
naprężenia na granicach ziaren wskutek anizotropii α lub E
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE
Naprężenia cieplne II rodzaju
Gwałtownie ochłodzona…
... zobacz całą notatkę