Deformarea plastica prin fluaj

Daca la temperatura normala proprietatile de rezistenta ale materialelor metalice nu sunt practic dependente de timp, la temperaturi inalte insa, aceste proprietati pot suferi modificari considerabile.

Astfel, 1a temperaturi inalte, un material metalic se poate deforma sub actiunea unei sarcini mult mai mici decat limita de curgere si, daca aceasta sarcina se mentine constanta deformarea va avea un caracter continuu.

Deformarea lenta, progresiva in timp si continua a unui material sub actiunea unei sarcini constante se numeste fluaj. Comportarea la fluaj a unui material metalic poate fi caracterizata prin curba de fluaj care se determina prin aplicarea unei sarcini constante de tractiune unei epruvete ce se mentine un anumit timp la o temperatura inalta. Se determina astfel variatia in timp a deformatiei epruvetei care poate fi reprezentata printr-o curba de fluaj ca cea din figura 20. Dupa lungirea instantanee ε₀, curba prezinta trei zone de maxima importanta tehnica:

- Prima zona, AB, numita zona fluajului primar sau zona fluajului nestabilizat, reprezinta intervalul in care viteza de fluaj dE/dt descreste, iar rezistenta la fluaj a materialului creste (datorita propriei sale deformatii care produce o ecruisare tot mai puternica).

- A doua zona, BC, zona fluajului secundar sau zona fluajului stabilizat, se caracterizeaza printr-o viteza de fluaj aproximativ constanta ca urmare a compensarii procesului de ecruisare prin relaxarea determinata de fenomene de restaurare. Valoarea medie a vitezei de fluaj in aceasta zona se numeste viteza minima, de fluaj.

- A treia zona, CD, zona fluajului tertiar sau zona fluajului accelerat se caracterizeaza printr-o crestere rapida a vitezei de fluaj pana la ruperea in punctul D, aceasta crestere fiind legata atat de reducerea sectiunii (gatuirea epruvetei) cat si de anumite modificari structurale ale materialului.

Pentru explicarea procedeelor de deformare ce caracterizeaza fluajul au fost elaborate o serie de teorii ce au in vedere fenomenele caracteristice temperaturilor inalte: fenomenele de difuziune accelerate de mobilitatea crescanda a atomilor, mobilitatea mai mare a miscarii dislocatiilor prin mecanismul de catarare si alunecare peste obstacole, schimbarea sistemelor de alunecare sau aparitia de noi sisteme de alunecare suplimentare, formarea unui numar sporit de limite la unghiuri mici, deformarea limitelor de graunti etc.

Deoarece difuziunea de-a lungul limitelor de graunti are loc in conditii mai favorabile decat in interiorul grauntilor, la o temperatura data un material cu graunti de marime mica, va prezenta un fluaj mai accentuat decat acelasi material dar avand graunti mai mari (si deci o suprafata totala a limitelor mai mica decat primul).

Cercetarile efectuate asupra fenomenului de fluaj au relevat ca, pe masura ce temperatura creste, metalele prezinta o trecere de la ruperea transcristalina, catre ruperea intercristalina prin scaderea rezistentei limitelor sub cea a grauntilor. A fost astfel definita notiunea de temperatura de echicoeziune T_ec , ca fiind temperatura la care atat grauntii cat si limitele au aceeasi rezistenta sub T_ec ruperea prin fluaj se produce deci transcristalin, iar peste T_ec ruperea se va produce intercristalin (fig. 21). Se mentioneaza ca pentru un material dat curba de fluaj depinde in special in limita grauntilor de temperatura si de nivelul solicitarii. In functie de acesti factori asociati proprietatilor specifice materialului respectiv fluajul tertiar poate sa lipseasca complet, fluajul secundar poate sa se caracterizeze printr-o viteza de fluaj practic nula sau zona respectiva sa se micsoreze pana la disparitie etc.

In proiectarea structurilor solicitate la temperaturi inalte se face uz de limita tehnica de fluaj pentru o temperatura data, respectiv tensiunea care produce o alungire specifica remanenta de 0,2% la o durata de incercare de 100 ore R_0,2/100 , conform STAS 6596-80 - pentru incercarile de scurta durata, pentru incercarile de lunga durata recomandandu-se stabilirea limitelor R_0,2/100 si R_1/10.000 (alungirile la fluaj de 0,2% si 1% pentru durata de incercare de 1000 si respectiv 10.000 ore), corespunzatoare duratelor de functionare in exploatare.