ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS

ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS 9,=6*È/$7$.h/g1%g=h=(0, KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT A REPEDÉSMEGÁLLÁS ÉS VIZSGÁLATA LENKEYNÉ BIRÓ GYÖNYVÉR Miskolci Egyetem, Bay Zoltán Intézet THOMAS VARGA %pfvl0&v]dnl(j\hwhp Készült: a TEMPUS S_JEP_11271 projekt támogatásával Miskolc - Bécs - 1999 -

ANYAGOK KÁROSODÁSA ÉS 9,=6*È/$7$.h/g1%g=h=(0, KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT A REPEDÉSMEGÁLLÁS ÉS VIZSGÁLATA LENKEYNÉ BIRÓ GYÖNYVÉR Miskolci Egyetem, Bay Zoltán Intézet THOMAS VARGA %pfvl0&v]dnl(j\hwhp Készült: a TEMPUS S_JEP_11271 projekt támogatásával Miskolc - Bécs - 1999 -

Kiadja a Miskolci Egyetem $NLDGiVpUWIHOHOV Dr. Tóth László 0&V]DNLV]HUNHV]W Dr. Tóth László Példányszám: 40 Készült Colitó fóliáról az MSZ 5601-59 és 5602-55 szabványok szerint Miskolci Egyetem Sokszorosító Üzeme $VRNV]RURVtWiVpUWIHOHOV Kovács Tiborné TB. - 99- - ME A levonat sokszorosításba leadva: 1999. Augusztus 5.

A repedésmegállás és vizsgálata (OV]y ELSZÓ 0LQGHQW UWpQHOPLNRUV]DNIHMOGpVpQHNPHJYDQDPDJDKDMWyHUHMH0tJD;,;században DWXGRPiQ\HOUHKDODGiViWHJ\pUWHOP&HQDYDV~WLN ]OHNHGpVUREEDQiVV]HU&HOWHUMHGpVHKDWRWWDiW (évente átlagosan 10.000 km hosszágban építettek új vasútvonalakat), addig jelen korunkban a PLNURHOHNWURQLND DGWD OHKHWVpJHN V]WWpN iw D PLQGHQQDSMDLQNDW tj\ D P&V]DNL pohw QNHW LV V]ROJiOWDWYD DQQDN IHMOGpVpKH] V] NVpJHV KDMWyHUW ( NpW SHULyGXV IHMOGpVpQHN VDMiWRVViJDL természetesen megmutatkoztak a társadalmi struktúra formálódásában is. Az elmúlt században NLDODNXOW D QDJ\ ]HPL PXQNiVViJ PHJYDOyVXOW D WNH NRQFHQWUiFLyMD pv OpWUHM WW D reál - GRPLQiQVDQDP&V]DNLWXGRPiQ\P&YHOLQHNQpSHV WiERUD (] XWyEELDN NLYtYWiN PDJXNQDN D széles társadalmi elismertséget, hisz tevékenységük közvetlenül hozzájárult a társadalom látható IHMOGpVpKH] 1DSMDLQN VDMiWRVViJD D] információs társadalom kialakulása, amelyben a PLNURHOHNWURQLNDLHOHPHNIHMOGpVHiWV] YLDPLQGHQQDSLpOHW QNWHYpNHQ\VpJ QNOHKHWVpJHLW$ P&V]DNLpOHWEHQH]W EEHNN ] WWDV]iPtWiVWHFKQLNDUREEDQiVV]HU&HOWHUMHGpVpWDGLDJQRV]WLNDL vizsgálatok eszközparkjának átalakulását, az anyagok viselkedésének, tulajdonságainak mélyebb PHJLVPHUpVpWV]ROJiOyDQ\DJYL]VJiODWLPyGV]HUHNHV]N ] NOpWUHM WWpWHUHGPpQ\H]WpN$IHMOGpV ütemét jól tükrözi az, hogy mindez az utóbbi 20 évben következett be (pl. a számítógépek PLNURSURFHVV]RUDLQDNP&YHOHWLVHEHVVpJHSHULyGXVEDQQDJ\ViJUHQGHWYiOWR]RWW $ QDJ\ puwpn& P&V]DNL OpWHVtWPpQ\HNHW V]HUNH]HWHNHW KLGDNDW HUP&YHNHW Ji] olajfeldolgozó rendszereket, vegyipari üzemeket, tranzit energiaszállító vezetékeket, UHS OJpSHNHW KDMyNDW VWE pyhv ]HPHOWHWpVUH WHUYH]LN D] DGRWWperiódusban érvényben OHYV]DEYiQ\RNP&V]DNLLUiQ\HOYHNILJ\HOHPEHYpWHOpYHO(]HNEHQSHGLJD]D]WPHJHO]QpKiQ\ év ismeretszintje, technológiai színvonala testesedik meg. A mikroelektronika által diktált IHMOGpVL WHPOHKHWYpWHV]LD]WKRJ\DQDJ\pUWpN&V]HUNH]HWHNOpWHVtWPpQ\HN ]HPHOWHWKHWVpJL feltételeit, maradék élettartamát egyre nagyobb megbízhatósággal becsüljük, azaz integritását egyre kisebb kockázattal ítéljük meg. $] HO]NEO DGyGyDQ NLDODNXOW HJ\ ~M GLV]FLSOtQD D szerkezetek integritása, vagy szerkezetintegritás IRJDOPDpVOpWUHM WWLQWp]PpQ\UHQGV]HUHV]HUWHDYLOiJRQ$G QWHQPpUQ NL ismereteket integráló tudományterület feladata annak eldöntése, hogy egy adott szerkezet, OpWHVtWPpQ\ PLO\HQ IHOWpWHOHN PHOOHWW ]HPHOWHWKHW D WRYiEELDNEDQ LOO PHQQ\L D PDUDGpN pohwwduwdpdpvh]plo\hqpygrqphqhg]vhokhw$kkr]dv]hunh]hwioodsrwiwdohkhwohjqdj\ree EL]WRQViJJDO IHOPpUKHVV N HEEO DGyGyDQ D WRYiEEL ]HPHOWHWKHWVpJ IHOWpWHOHLW D OHJNLVHEE kockázattal megbecsüljük - elengedhetetlen az, hogy diagnosztikai vizsgálatokkal felmérjük a szerkezet állapotát, WLV]Wi]]XNDYDOyViJRV ]HPLN U OPpQ\HNUHMHOOHP]PHFKDQLNDLiOODSRWRW, megítéljük a beépített anyagok károsodásának folyamatát és mértékét az adott üzemeltetési feltételek mellett. 1\LOYiQYDOy HJ\UpV]W D] KRJ\ D] HO]NEHQ HPOtWHWW KiURP I WHU OHW PpUpVWHFKQLND - PHFKDQLND DQ\DJ HJ\IRUPD MHOHQWVpJJHO EtU D V]HUNH]HW LQWHJULWiViQDN PHJtWpOpVpEHQ pv bármelyik terület elhanyagolása, súlyának csökkentése hibás döntéshez, esetleg katasztrófákhoz YH]HWKHW 1\LOYiQYDOy PiVUpV]W D] KRJ\ PLQGHQ P&V]DNL G QWpVEHQ tj\ D] ]HPHOWHWKHWVpJ 1

(OV]y A repedésmegállás és vizsgálata feltételeinek megítélésében is, bizonyos kockázat rejlik, hisz a tudomány adott szintjét hasznosítjuk és a rendelkezésre álló eszközpark maga is az adott kor V]tQYRQDOiWNpSYLVHOL(EEO DGyGyDQ PpUOHJHOQL NHOO D] HVHWOHJHV KLEiV G QWpV P&V]DNL MRJL N ]JD]GDViJL pv környezetvédelmi következményeit. Ezek együttes figyelembevételével viszont már kialakíthatók D]pVV]HU&NRFNi]DWYiOODOiVIHOWpWHOL A szerkezetintegritás tehát egy igen komplex terület.$nlnh]wp&yholnd]rnqdnképesnek NHOO OHQQL N DUUD KRJ\ D] ]HPHOWHKHWVpJJHO NDSFVRODWRV SUREOpPiNDW WHOMHV N U&HQ iwoivvin kiemeljék a meghatározó paramétereket, kérdéscsoportokat és alkalmasak legyenek arra, hogy az érintett tudományterületek szakembereivel érdemben szakmailag konzultálni tudjanak. A szerkezetek integritásának, reális állapotának, maradék élettartamának megítélése mind D] ]HPHOWHWNPLQGSHGLJDEL]WRVtWyWiUVDViJRNDODSYHWpUGHNH$] ]HPHOWHWV]HPSRQWMiEyOD WXGDWRV WHUYH]pV IHMOHV]WpV PHJNHU OKHWHWOHQ VDURNSRQWMD D] ]HPEHQ OHY NpV] OpNHN P&V]DNL ioodsrwd EL]WRQViJD D V] NVpJHV EL]WRVtWiV WHNLQWHWpEHQ SHGLJ D] pvv]hu& NRFNi]DWYiOODOiV EL]WRVtWiVL VV]HJ DODSHOPH D UHiOLV ioodsrw LVPHUHWH (]HN MHOHQWVpJpW PpUOHJHOYH WiPRJDWWD D] Európai Unió a TEMPUS program keretében a Teaching and Education in Structural Integrity in Hungary FtPPHO VV]HiOOtWRWW SiO\i]DWRW DPHO\QHN I FpONLW&]pVH H]HQ ~M GLV]FLSOtQD meghonosításán kívül egyrészt a szerkezetintegritás oktatási anyagainak kidolgozása, másrészt a Szerkezetintegritás - Biztosítási Mérnök Szakmérnöki Szak beindítása. A négy hazai intézmény - 0LVNROFL(J\HWHP%XGDSHVWL0&V]DNL(J\HWHP.RVVXWK/DMRV7XGRPiQ\HJ\HWHP0&V]DNL.DUD pv D 6]pFKHQ\L,VWYiQ 0&V]DNL )LVNROD V]DNHPEHUHLQHN EHYRQiViYDO HOpUHQG FpORN PHJYDOyVtWiViWQDJ\EDQVHJtWHWWpNDN YHWNH]N OI OGLSDUWQHUHLQN Dr. J. Blauel, Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik S. Crutzen, Joint Research Centre, Petten Prof. G. Pluvinage, Universitz of Metz Prof. S. Reale, Universitá Degli Studi di Firenze Prof. H. P. 5RVVPDQLWK%pFVL0&V]DNL(J\HWHPLOOHI ]HWWiUVV]HU]MH 3URI79DUJD%pFVL0&V]DNL(J\HWHP Miskolc, 1998. június 15. Tóth László egyetemi tanár a projekt koordinátora 2

A repedésmegállás és vizsgálata (OV]y Jelen füzet egyike annak a sorozatnak, amelyik az anyagok károsodási mechanizmusaival, azok leírásával és vizsgálatával foglalkozik. $KKR] KRJ\ ]HPHO V]HUNH]HWHLQN EHUHQGH]pVHLQN EL]WRQViJiW puwpnhoql pv JDUDQWiOQL WXGMXNWLV]WiEDQNHOOOHQQ QNDV]HUNH]HW ]HPHOpVHN ]EHQIHOOpSOHKHWVpJHVLJpQ\EHYpWHOHNNHO amelyek nemcsak a szokásos üzemeltetési körülményeket jelentik, hanem adott esetben N O QOHJHVUHQGNtY OLHVHWEHQMHOHQWNH]LJpQ\EHYpWHOHNHWMHOHQWKHWQHNSOPHJKLEiVRGiVW UpV ]HPL N U OPpQ\HN KLUWHOHQ YiOWR]iVD,O\HQ UHQGNtY OL HVHWHNEHQ IRUGXOKDW HO KRJ\ HJ\ V]HUNH]HWLHOHPEHQSOKHJHV]WpVLYDUUDWEDQYDJ\DQQDNKKDWiV YH]HWpEHQULGHJW UpVLQGXOKDW$ OHKHWVpJHV NDWDV]WURIiOLV N YHWNH]PpQ\HNNHO MiUy W UpV LO\HQNRU FVDN DNNRU NHU OKHWHOKDD szerkezet anyaga képes megállítani a gyors repedésterjedést. Ennek a jelenségnek a megértéséhez kívánunk jelen füzetünkkel hozzájárulni, amelyben a repedésmegállás jelenségével és annak vizsgálatával foglalkozunk. Bemutatásra kerülnek azok az DQ\DJL SDUDPpWHUHN DPHO\HNNHO MHOOHPH]KHW D] DQ\DJRN UHSHGpVPHJiOOtWy NpSHVVpJH $ YL]VJiODWL pv NLpUWpNHOpVL PyGV]HUHN EHPXWDWiVD PHOOHWW SUyEiOXQN NpSHW DGQL D] DQ\DJMHOOHP] PpUV]iPRNOHKHWVpJHVQDJ\ViJUHQGMpUOQpKiQ\J\DNUDQDONDOPD]RWWDFpOWtSXVHVHWpQ Mint minden új kezdeményezésnek, e füzetnek is nyilvánvalóan meglesznek a maga KLiQ\RVViJDLpVDM YEHQV]iPRVWHU OHWHQkiegészítésre szorulnak. Ezt nagyban segítené az, ha a 7LV]WHOW2OYDVyNpV]UHYpWHOHLNHWMDYDVODWDLNDWDV]HU]NQHNYDJ\DSURMHNWYH]HWMpQHNHOMXWWDWQiN $ 7(0386 SURJUDP Q\~MWRWWD WiPRJDWiV OHKHW OHJMREE NLKDV]QiOiVD pughnpehq D] HONpV] OW tananyagokat INTERNET-en is közreadjuk (http://www.bzlogi.hu/tempus.htlm) annak érdekében, hogy a szerkezetintegritás diszciplínája hazánkban minél gyorsabban és minél szélesebb körben elfogadásra és elterjedésre találjon. Miskolc, 1999. június 10. Lenkeyné Biró Gyöngyvér 1 Thomas Varga 2 1 Honlap: http://www.bzlogi.hu/ vagy http://www.uni-miskolc.hu/ 2 Honlap: http://www.tuwien.ac.at/tvfa/ 3

4

A repedésmegállás és vizsgálata Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés...6 2. A repedésmegállás jelensége...7 3. Repedésmegállás vizsgálatai...8 3.1. Repedés-megállási törési szívósság, K Ia meghatározása...8 3.2. Pellini eljárás...14 3.3. Robertson eljárás...16 4. $W UpVLEL]WRQViJHOOHQU]pVHD]1'7pV&$7KPpUVpNOHWHNDODSMiQ...17 5. Irodalomjegyzék...19 5

Bevezetés A repedésmegállás és vizsgálata 1. Bevezetés Olyan szerkezetekben, amelyekben akár szívóssági tulajdonságbeli eltérés vagy feszültséggradiens van jelen, repedés keletkezhet a kisebb szívósságú és/vagy nagy feszültséggel terhelt helyen. Ez a repedés - ha instabilan terjed - megállhat egy másik helyen, ahol nagyobb szívósságú az anyag illetve kisebb a feszültség. Az anyag repedésmegállító képességét jellemezhetjük a IHV] OWVpJLQWHQ]LWiVL WpQ\H] D]RQ puwpnpyho DPHO\QpO D J\RUVDQ IXWy UHSHGpV PHJiOO (QQHN D IHV] OWVpJLQWHQ]LWiVL WpQ\H]QHN D SRQWRV PHJKDWiUR]iVD FVDN GLQDPLNXV DQDOt]LVVHO OHKHWVpJHV (]W D] DQ\DJMHOOHP]W UHSHGpVPHJiOOiVL W UpVL V]tYyVViJQDN QHYH]] N. A ). A gyakorlatban általában statikus módszerekkel határozzák meg a K értékét 1-2 ms-mal a repedés-megállást N YHWHQ V H]W D] puwpnhw K a YDO MHO OLN 1HP MHOHQWV GLQDPLNXV KDWiVRN HVHWpQ K a csak kismértékben különbözik K A puwpnpwo+dduhshgpvvtndodnyiowr]ivlihowpwhohnphoohwwwhumhgd repedés-megállási szívósságot K Ia -val jelöljük. 6

A repedésmegállás és vizsgálata A repedésmegállás jelensége 2. A repedésmegállás jelensége Az egyik legfontosabb gyakorlati példa a repedésmegállás jelenségére az DWRPHUP&YHNEHQ YpV]KHO\]HW HVHWpQ HOIRUGXOy KVRNN N YHWNH]WpEHQ NHOHWNH] UHSHGpVHN YLVHONHGpVH,O\HQNRUDK&WYt]iOWDOK&W WWIHO OHWHQULGHJW UpVLQGXOKDWPHJDPLQHNHJ\LNRNDD K Ic KPpUVpNOHW I JJpVH ieud D PiVLN SHGLJ D WDUWiO\ IDOiEDQ NLDODNXOy KPpUVpNOHW JUDGLHQVEO DGyGy MiUXOpNRV IHV] OWVpJHN >@ +D D UHSHGpVLQGXOiV IHOWpWHOHL WHOMHV OQHN (K I K Ic 7DNNRUULGHJW UpVLQGXODPLPHJiOOKDWHJ\RO\DQQDJ\REEKPpUVpNOHW&]yQiEDQDKRO nagyobb az anyag K Ia értéke illetve teljesül a repedésmegállás feltétele: K Iszerkezet K Ia. (1) 1. ábra 5LGHJHQWHUMHGUHSHGpVPHJiOOiViQDNIHOWpWHOH 7RYiEEL J\DNRUODWL SpOGiN HPOtWKHWN PLQGHQ RO\DQ V]HUNH]HW HVHWpQ DPHO\HNEHQ KHJHV]WpVL YDUUDWRN WDOiOKDWyN SO FVYH]HWpNHN Q\RPiVWDUWy HGpQ\HN DFpOV]HUNH]HWHN KDMyN HUP&L EHUHQGH]pVHN $ KHJHV]WpVL YDUUDWEDQ YDJ\ DQQDN KKDWiV YH]HWpEHQ PLQGLJ WDOiOKDWyN RO\DQ WDUWRPiQ\RN DPHO\HN ULGHJHEE YLVHONHGpV&HN QDJ\REE V]LOiUGViJ~ YDUUDW YDJ\ V]HPFVHGXUYXOW WDUWRPiQ\ D KKDWiV YH]HWEHQ pv RWW DODFVRQ\DEE KPpUVpNOHWHQ N QQ\HEEHQ PHJLQGXOKDW D ULGHJW UpV HVHWOHJ YDODPLO\HQ PiU PHJOpY UHSHGpVV]HU& KHJHV]WpVL KLEiEyO YDJ\ D] ]HPHOpVN ]EHQNHOHWNH]HWWNLVHEEUHSHGpVEO)RQWRVNpUGpVLO\HQNRUKRJ\D]DODSDQ\DJHOpJ szívós-e az instabil repedésterjedés megállításához. Ennek megítélése csak az anyag UHSHGpVPHJiOOtWyNpSHVVpJpWMHOOHP]PpUV]iPLVPHUHWpEHQW UWpQKHW A repedésmegállás jelenségének tanulmányozására többféle vizsgálati módszer létezik. Az egyik esetben a cél a K Ia puwpnqhn PLQW DQ\DJMHOOHP]PpUV]iPQDN D PHJKDWiUR]iVD,O\HQ vizsgálati és kiértékelési módszert tartalmaz a vonatkozó ASTM szabvány [2]. A vizsgálatok egy PiVLN FVRSRUWMiQiO D FpO HJ\ RO\DQ KDWiUKPpUVpNOHW PHJKDWiUR]iVD DPHO\HQ D] DQ\DJ D] LQVWDELODQWHUMHGUHSHGpVWPpJNpSHVPHJiOOtWDQL,O\HQYL]VJiODWLPyGV]HUHNDPellini eljárás [3] és a Robertson eljárás [3]. 7

Repedésmegállás vizsgálatai A repedésmegállás és vizsgálata 3. Repedésmegállás vizsgálatai 3.1. Repedés-megállási törési szívósság, K Ia meghatározása A K Ia meghatározása az ASTM E 1221-88 szabvány szerint történhet. A K Ia meghatározásához módosított CT próbatestet alkalmaznak (Compact-Crack-Arrest CCA SUyEDWHVW DPHO\QHN WHUKHOpVpW HJ\ pnqhn D SUyEDWHVW IXUDWiED W UWpQ Q\RPiViYDO YpJ]LN $ próbatestet és a vizsgálati elrendezést a 2iEUD PXWDWMD $ SUyEDWHVW DODNMD pv MHOOHP] PpUHWHL D 3.ábrán láthatók. 2. ábra A próbatest és a vizsgálati elrendezés sematikus vázlata 8

A repedésmegállás és vizsgálata Repedésmegállás vizsgálatai 3. ábra A K Ia YL]VJiODWQiODONDOPD]RWWSUyEDWHVWpVMHOOHP]PpUHWHL Annak érdekében, hogy az instabil repedésindulás feltételei biztosítva legyenek, egy speciális repedés-indító bemetszést kell kialakítani. Gyengén illetve közepesen ötvözött acéloknál általában bemetszett, rideg hegesztési varratot alkalmaznak repedés-indítóként (2. ábra). A varratot egy lekerekített, forgácsolással kialakított bemetszés tövében kell létrehozni, amihez Murex- Hardex-N vagy Foxdur-500 típusú elektródák alkalmazása ajánlott. 4. ábra A repedés-indító, bemetszéssel ellátott rideg varrat 9

Repedésmegállás vizsgálatai A repedésmegállás és vizsgálata $&&$SUyEDWHVWHWH]WN YHWHQHJ\DIXUDWiEDODVVDQEHQ\RPRWWpNNHOWHUKHOM NiEUD $WHUKHOpV FLNOLNXVDQ W UWpQLN HJ\UH Q YHNY PD[LPiOLV WHUKHOpVVHO PLQGDGGLJ DPtJ ULGHJW UpV QHP W UWpQLN $ YL]VJiODW N ]EHQ D EHQ\RPy HUQ NtY O PpULN D SUyEDWHVWHQ D UHSHGpVNLQ\tOiV értékét (δ vagy CMOD Crack-Mouth Opening Displacement). A vizsgálóberendezést ~WYH]pUOpVVHONHOOP&N GWHWQLQDJ\RQODVV~ 12 mm/min terhelési sebességgel. $]HOVFLNOXVEDQHOpUHQGPD[LPiOLVδpUWpNHDN YHWNH]NpSSHQKDWiUR]KDWyPHJ [( δ )] 0 1 max = 0.69 σ Ys E f (a W 0 B N / W ) / B (2) ahol σ Ys - statikus folyáshatár, MPa E - rugalmassági modulus, MPa W, B, B N - próbatest méretei, m a 0 - bemetszés kiinduló mérete, m, f(a/w) - geometriai faktor: és x=a/w. 2 2.24 (1.72 0.9x + x ) 1 x (x) = (3) (9.85 0.17 x + 11x ) f 2 Általában ilyen δ puwpnqpo QHP N YHWNH]LN EH ULGHJW UpV U JW Q D] HOV FLNOXVEDQ +D PpJLV DNNRU D N YHWNH] SUyEDWHVWQpO FV NNHQWHQL NHOO a δ 0 értékét, egyébként a vizsgálat NLpUWpNHOKHW (]W N YHWHQ HJ\ megnövelt δ puwpnlj NHOO D N YHWNH] WHUKHOpVL FLNOXVW YpJH]QL amely az QLNWHUKHOpVLFLNOXVEDQDN YHWNH]NpSSHQV]iPtWKDWy [( δ 0 ) ] = [ 1.0 + 0.25(n 1) ] [ ( δ 0 ) 1 ] n max max (4) $PHJIHOHOPpUWpN&LQVWDELOUHSHGpVWHUMHGpVEHN YHWNH]pVpWiOWDOiEDQDWHUKHOHU %RV FV NNHQpVH MHO]L $ ULGHJW UpV EHN YHWNH]pVH XWiQ D WHUKHO pnhw U JW Q HO NHOO WiYROtWDQL QHKRJ\WRYiEELUHSHGpVWHUMHGpVW UWpQKHVVHQ+DDYL]VJiODWN ]EHQDPpUWWHUKHOHUIRO\DPDWRV csökkenése tapasztalható az ék benyomása közben, az stabil repedésterjedésre utal. Ilyenkor az DGRWW KPpUVpNOHWHQ QHP YDOyV]tQ& KRJ\ ULGHJW UpV W UWpQKHW (NNRU D YL]VJiODWL KPpUVpNOHW csökkentésével lehet a rideg repedésindulás feltételeit megteremteni. $UHSHGpVPHJiOOiVYL]VJiODWHJ\WLSLNXVUHJLV]WUiOWHUV]pWQ\tOiVGLDJUDPMiWPXWDWMDEHD] 5. ábra. (]WN YHWHQDSUyEDWHVWWHOMHVV]pWW UpVHHOWWPHJNHOOMHO OQLDUHSHGpVIURQWRWSOKIHVWpVVHO hogy a repedésmegállásig bekövetkezett repedésterjedés mértékét meg lehessen mérni. A próbatest WHOMHV V]pWW UpVpW FpOV]HU& DODFVRQ\ KPpUVpNOHWHQ V]iUD] MpJ YDJ\ IRO\pNRQ\ QLWURJpQ KPpUVpNOHWpQ YpJH]QL tj\ HONHU OKHW PLQGHQ WRYiEEL NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV DPL D repedéshossz-mérés pontatlanságát eredményezhetné. 10

A repedésmegállás és vizsgálata Repedésmegállás vizsgálatai A töretfelület vizsgálata alapján el kell dönteni, hogy látható-e bármilyen rendellenesség, ami miatt a vizsgálat érvénytelen lehet. Ilyen UHQGHOOHQHVVpJ SO D W~O QDJ\ PpUHW& HO QHP W UW NHUHV]WPHWV]HW YDJ\ D] ÄDODJ~WV]HU& tunnelling) repedésterjedés, amikor a ridegtörés csak a SUyEDWHVWN ]psvupv]puhwhumhgnl(j\lghiolvqdnwhnlqwkhww UHWIHO OHWUHPXWDWSpOGiWDiEUD 5. ábra K Ia YL]VJiODWN ]EHQUHJLV]WUiOWHUUHSHGpVV]pWQ\tOiVGLDJUDP 6. ábra &&$SUyEDWHVWLGHiOLVQDNWHNLQWKHWW UHWIHO OHWH 11

Repedésmegállás vizsgálatai A repedésmegállás és vizsgálata A K Ia értéke ezek után a mért repedésterjedés és szétnyílás alapján számítható: K Ia E d = a f (a a / W) W B / B N (5) ahol E - rugalmassági modulus, MPa f(a a /W) - geometriai faktor (ld. (3) egyenlet) a a - átlagos repedéshossz a repedésmegállásnál, m B, B N, W - próbatest méretei, m d a - repedésmegálláshoz tartozó, korrigált repedéskinyílás, m: d [( δ ) ( δ ) ] + 0. [ δ δ ] a = δ0 ( δp) 1 0.5 p n 1 p 5 1 a 0 (6) ahol (δ p ) 1 - maradó szétnyílás érték D]HOVFLNOXVYpJpQ5 1 pont az 5. ábrán), m (δ p ) n-1 - teljes maradó szétnyílás érték az (n-1)-ik ciklus végén (R 3 pont az 5. ábrán),m δ a - szétnyílás érték kb. 0.1 s-mal a repedésmegállás után (P 5 pont az 5. ábrán), m δ 0 - szétnyílás érték az instabil repedésterjedés kezdetekor (P 4 pont az 5. ábrán), m Az íly módon számított repedés-megállási szívósság puwpndnnruwhnlqwkhwpuypq\hvk Ia - nak, ha az 1. táblázatban összefoglalt feltételek teljesülnek. A σ Yd dinamikus folyáshatár érték iowdoiedq QHP LVPHUW H]pUW N ]HOtW puwpnnpqw IHUULWHV DFpORNUD a σ Yd = σ Ys +205 MPa DONDOPD]KDWy$]HOVKiURPNULWpULXPDsíkalakváltozási állapot feltételének teljesülését jelenti. Az utolsó kritérium pedig azt fejezi ki, hogy a rideg repedésterjedés mértékének meg kell haladnia a repedésinduláshoz tartozó K 0 QDNPHJIHOHONpSOpNHQ\]yQDVXJDUiW 1.táblázat A K Ia vizsgálat érvényességi feltételei -HOOHP]SDUDPpWHU Érvényességi kritérium El nem tört keresztmetszet W-a a 0.15W El nem tört keresztmetszet W-a a 1.25(K a /σ Yd ) 2 Vastagság B 1.0(K a /σ Yd ) 2 Rideg repedésterjedés mértéke a a -a 0 2N Rideg repedésterjedés mértéke a a -a 0 (K 0 /σ Ys ) 2 /2π A 2. táblázatban néhány acél K Ia értékeit foglaltuk össze [1, 2, 4-6, 10]. 12

A repedésmegállás és vizsgálata Repedésmegállás vizsgálatai 2. táblázat. O QE ]V]HUNH]HWLDFpORNK Ia értékei $Q\DJPLQVpJMHOH R eh, MPa Vizsgálati KPpUVpNOHW C K Ia, MPa m Szórás, % A514 890-30 88 12 A 588 330-30 62 10 A 533B 480 10 és 25 65-90 12-13 StE 480.7 TM (X70) 480 0 85 16-70 75 - Aldur 58 D 400-70 47-63 - 15 H2MFA 580-178 62-68 - $OGXU ' WtSXV~ Q\RPiVWDUWy HGpQ\HNQpO DONDOPD]RWW V]HUNH]HWL DFpO N O QE ] KPpUVpNOHWHNHQ PpUW K Ia értékeit mutatja a 7. ábra alapanyagra, hegesztési varratra és KKDWiV YH]HWUH+$=>@$ ábra hasonló adatokat mutat be St E 480.7 (X70) típusú acélra >@DPHO\HWFVYH]HWpNHNJ\iUWiViKR]KDV]QiOQDN 7. ábra Aldur 58 D típusú acél és hegesztési varratának K Ia értékei 13

Repedésmegállás vizsgálatai A repedésmegállás és vizsgálata 8. ábra St E 480.7 (X70) típusú acél és hegesztési varratának K Ia értékei 3.2. Pellini eljárás A Pellini-féle vizsgálatot [3] 3HOOLQLIpOHHMWV~O\RVYL]VJiODWQDNLVV]RNWiNQHYH]QLDrop :HLJKW 7HVW ':7 DPHO\HW NpVEE D] $670 V]DEYiQ\RVtWRWW >@ $ YL]VJiODW FpOMD D] 1'7 (Nil-Ductility 7UDQVLWLRQKPpUVpNOHW PHJKDWiUR]iVD DPHO\ KPpUVpNOHWHQ D] DQ\DJ PiU psshq nem képes megállítani a ridegen elinduló törést. Ennél a vizsgálatnál lemez alakú próbatestre (9. ábra) egy rétegben rideg hegesztési varratot hegesztnek, amelynek közepébe bemetszést munkálnak. A bemetszésnek az a szerepe, hogy az instabil repedésterjedés megindulását segítse. 9. ábra A 3HOOLQLIpOHHMWV~O\RVYL]VJiODWQiODONDOPD]RWWSUyEDWHVWNLDODNtWiVD 14

A repedésmegállás és vizsgálata Repedésmegállás vizsgálatai $ ieuiq OiWKDWy PyGRQ HONpV]tWHWW SUyEDWHVWHNHW D]WiQ HMWV~O\RV EHUHQGH]pVVHO ieud WpVV]HU&HQWHUKHOLNN O QE ]KPpUVpNOHWHNHQ 10. ábra (MWV~O\RVEHUHQGH]pV A próbatest lehajlása korlátozott a próbatest alatt elhelyezett ellentámasz által. Ez a NRUOiWR]iVFVDNRO\DQPpUWpN&KRJ\DK~]RWWROGDORQDSUyEDWHVWEHQpEUHGQpYOHJHVIHV] OWVpJ HOpUMH D] DQ\DJ IRO\iVKDWiUiW tj\ NLVPpUWpN& NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV N YHWNH]KHW EH +D D repedésindulás és instabil repedésterjedés bekövetkezik, a repedés akkor tud megállni az DODSDQ\DJEDQKDD]DQ\DJV]tYyVViJDDYL]VJiODWLKPpUVpNOHWHQHOpJQDJ\$ábra egy DWT- SUyEDWHVWUONpV] OWIHOYpWHOWPXWDWD] WpVWN YHWiOODSRWEDQ 11. ábra ':7SUyEiUyONpV] OWIHOYpWHOD] WpVWN YHWHQ 15

Repedésmegállás vizsgálatai A repedésmegállás és vizsgálata $YL]VJiODWpUWpNHOpVHNRU D]W D KDWiUKPpUVpNOHWHW KDWiUR]]iN PHJ DPHO\HQ D EHPHWV]HWW YDUUDWEyO NLLQGXOy UHSHGpVW D] DQ\DJ PHJiOOtWDQL PiU QHP NpSHV (]W D KPpUVpNOHWHW NDT- KPpUVpNOHWQHNQHYH]LN1'7Temperature - Nil-Ductility Transition Temperature). Néhány közönséges, növelt szilárdságú és nemesített szerkezeti acél 1'7KPpUVpNOHWHLW mutatja a 3. táblázat [3]. 3. táblázat. O QE ]V]HUNH]HWLDFpORN1'7KPpUVpNOHWHL Acél R eh, MPa Szemcsenagyság, µm St 38-3 normalizált hengerlési állapot NDT, C 240 10...12-30 -15 KT 45-3 normalizált 350 10...13-35 H 52-3 normalizált hengerlési állapot 350 6...7 9...10 13...15 H 60-3 normalizált 430 9...10 6...7-50 - 40-25 -20-30 -40 St E51V (CrMoTi) 510 - - 45...- 60 St E70 (CrMoZr) 700 - - 50...- 80 St E90 (NiCrMoV) 900 - -70 3.3. Robertson eljárás A 5REHUWVRQYL]VJiODWQiON O QE ]PpUHW&OHPH]SUyEDWHVWHNHWKDV]QiOQDNiEUD>@ A próbatest egyik végén egy orrot képeznek ki, amelyiken furat, a furatban pedig bemetszés található. $ SUyEDWHVWHW NpW OHPH]KH] KHJHV]WLN KR]]i pv VWDWLNXVDQ HOIHV]tWLN SO V]DNtWyJpSHQ általában az anyag folyáshatárának 60 %iud0dmgndodsiffvdoydj\fvdseho YSLV]WROO\DO WpVW PpUQHND]RUUUpV]UH$] WpVKDWiViUDDEHPHWV]pVEOUHSHGpVindulhat és instabilan terjedhet. A vizsgálatot kétféle módon lehet elvégezni: $]HJ\LNPyGV]HUQpOKPpUVpNOHWJUDGLHQVWKR]QDNOpWUHDSUyEDWHVWEHQ~J\KRJ\D]RUURW IRO\pNRQ\QLWURJpQEHQK&WLNpVDSUyEDWHVWV]HPEHQOpYoldalát hevítik olyan mértékben, hogy a KPpUVpNOHWJUDGLHQV puwpnh D SUyEDWHVW WHOMHV KRVV]iEDQ.FP OHJ\HQ $ SUyEDWHVWHQ hosszirányban egyenletesen elosztva termoelemeket helyeznek el. Így meghatározható a repedés- PHJiOOiVLKPpUVpNOHWD]RQDKHO\HQDKRODWHUMHGUHSHGpVQ\XJDORPEDMXW 16

A repedésmegállás és vizsgálata $ W UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVH D] 1'7 pv &$7 KPpUVpNOHWHN DODSMiQ 12. ábra A Robertson-vizsgálatnál alkalmazott próbatest kialakítása $ PiVLN YiOWR]DW D] ~Q L]RWHUPLNXV YL]VJiODW DPLNRU W EE N O QE ] KPpUVpNOHWHQ YpJH]QHNYL]VJiODWRW(NNRUDSUyEDWHVWHWWHUPRV]WiWEDKHO\H]YHiOODQGyKPpUVpNOHWHQWDUWMiNpV az orr-részt folyékony QLWURJpQQHOK&WLN$KDWiUKPpUVpNOHW&$7Crack Arrest Temperature) az DKPpUVpNOHWDPHO\HQDUHSHGpVPHJiOOiVPpJpSSHQEHN YHWNH]LN Néhány acél &$7KPpUVpNOHWpWPXWDWMDDWiEOi]DW>@ 4. táblázat. O QE ]V]HUNH]HWLDFpORN&$7KPpUVpNOHWHL Acél R eh, MPa CAT, C St E51V (CrMoTi) 510-56 St E70 (CrMoZr) 700-50...- 60 St E90 (NiCrMoV) 900-35...- 55 4. $W UpVLEL]WRQViJHOOHQU]pVHD]1'7pV&$7KPpUVpNOHWHN alapján Az NDT- és &$7KPpUVpNOHWHN DODSMiQ OHKHWVpJ YDQ D W UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVpUH D Pellini és munkatársai által kidolgozott biztonsági diagram segítségével [3, 9]. A nagyszámú kísérleti eredményeken alapuló biztonsági diagram összefüggést ad a névleges feszültség, a UHSHGpVQDJ\ViJ pv D KPpUVpNOHW N ] WW ieud (EEO D] ieuieyo PHJpUWKHW D] 1'7 KPpUVpNOHWPHJKDWiUR]iViQDNMHOHQWVpJHDNLVPpUHW&KLEiKR]WDUWR]yUHSHGpVLQGXOiVLfeszültség IRO\DPDWRVDQFV NNHQDKPpUVpNOHWFV NNHQpVpYHOpVDJ UEHpSSHQD]1'7KPpUVpNOHWHQpULHO DIRO\iVKDWiUW9DJ\LVH]HQDKPpUVpNOHWHQDIRO\iVKDWiUQDNPHJIHOHOIHV] OWVpJPiUNLVPpUHW& 17

$ W UpVL EL]WRQViJ HOOHQU]pVH A repedésmegállás és vizsgálata D] 1'7 pv &$7 KPpUVpNOHWHN DODSMiQ hiba esetén is olyan ridegtörést okozhat, amelyet az alapanyag már nem képes megállítani. Természetesen a hiba méretének növekedésével a repedésinduláshoz tartozó kritikus feszültség értéke csökken. 13. ábra Pellini-féle biztonsági diagram A diagramból kiolvasható a törési biztonság kritériuma: a T NDT.KPpUVpNOHWIHOHWW még akkor sem következik be ridegtörés, ha a feszültség eléri a folyáshatárt és már nagyobb repedések is találhatók az anyagban. A T NDT +33 és a T NDT.KPpUVpNOHWHNN ] WWFVDNDNNRU OHKHWVpJHV W UpV KD PiU D] HJpV] V]HUNH]HWL HOHPEHQ QDJ\PpUWpN& NpSOpNHQ\ DODNYiOWR]iV következett be. 18

A repedésmegállás és vizsgálata Irodalomjegyzék 5. Irodalomjegyzék [1] T. Varga: Crack Initiation, Propagation and Arrest Testing, International Scientifc Conference, Technical University of Kosice, 1992. Szeptember 2-5., pp. 173-180. [2] ASTM E 1221-88: Standard Test Method for Determining Plane-Strain Crack-Arrest Fracture Toughness, K Ia, of Ferritic Steels, Annual Book of ASTM Standards, 1996. [3] H. Blumenauer, G. 3XVFK0&V]DNLW UpVPHFKDQLND0&V]DNLN Q\YNLDGy%XGDSHVW [4] G. Schneeweiss, T. Varga: Erfahrungen mit Dreipunkt-Biegeproben zur Ermittlung der Rissauffangzähigkeit K Ia an niedriglegiertem Stahl, Swiss Materials, 1/1989. Nr. 6., pp. 29-37. [5] T. Varga: Crack Initiation, Propagation and Arrest Criteria for Steel Structure Safety Assessment, Structural Safety, 12 (1993), pp. 93-98. [6] S. Felber, W. Alber, M. Oberndorfer, G. Schneeweiss, T. Varga: Crack-Arrest Measurements in Pipeline Steels, Second International Conference on Joining Technology, 1994. Május 14-18, Firenze [7] S. Felber, T. Varga, G. Schneeweiss: Crack-Arrest Measurements in a Pressure Vessel Steel, SMIRT 13, Porto Alegre, Brazilia, 1995. Augusztus 13-18. [8] S. Felber, G. Schneeweiss, T. Varga: Crak-Arrest in a Pipeline Steel, Second International Conference on Pipeline Technology, 1995. Szeptember 11-14, Ostend [9] ASTM E-208-95a: Test Method for Conducting Drop-Weight Test to Determine Nil Ductility Transition Temperature of Ferritic Steels, Annual Book of ASTM Standards, 1996. [10] E. Czoboly, F. Gillemot, F. Oszvald: Small Specimen Testing Applied at Surveillance Extension, Small Specimen Testing Techniques, ASTM STP 1329, W. R: Corwin, S. T. Rosinski, E. van Walle, Eds., American Society for Testing and Materials, 1998. 19