Department of Materials Science, Faculty of Metallurgy, Technical University of Košice, Slovak Republic LOCAL MECHANICAL PROPERTIES WHAT DOE S IT MEAN

Prepis

1 LOCAL MECHANICAL PROPERTIES WHAT DOE S IT MEAN? Ladislav Pešek ladislav.pesek@tuke.sk

2 stress strain s e mechanisms: elastic deformation (reversible) DV 0 plastic deformation (ireversible) DV = 0 (dislocation movement) uniform deformation localised deformation damage: voids initiation, growth, coalescence fracturing: crack-initiation, -growth (stable, unstable), -arrest thermal dilatation

3 Život (prevádzka) materiálu a jeho namáhanie s (elasto-plast.) s = f(e) spracovanie technológia R e DSI R m videoextenzometria poškodzovanie lom - porušenie funkčná oblasť - prevádzka (elast.) s = E. e UCI DSI w pl w el w pl = w - w el e

4 Veličiny charakterizujúce medzný stav (ťah, ohyb, tlak, krut, šmyk) (zmena mechanizmu, koniec, začiatok, rozhranie) napätie, deformácia, energia, čas, teplota medza úmernosti R u medza pružnosti fyzikálna R E medza pružnosti technická (konvenčná) R p 0,005 medza klzu: výrazná (horná, dolná) R e nevýrazná R p 0,2 medza pevnosti konvenčná (medza plastickej stability) R m medza pevnosti skutočná = skutočné lomové napätie s L ťažnosť A % rovnomerná ťažnosť A g % kontrakcia Z % jún 2006 Nové experimentálne metódy merania lokálnych mechanických vlastností

5 Veličiny charakterizujúce medzný stav (ťah, ohyb, tlak, krut, šmyk) (zmena mechanizmu, koniec, začiatok, rozhranie) napätie, deformácia, energia, čas, teplota húževnatosť w L (plast) Jm -3 vrubová húževnatosť KCV, KCU Jm -2 lomová húževnatosť K IC m 1/2 lomová húževnatosť J IC Jm -2 kritické rozovretie trhliny d c (CTOD) mm medza únavy s C časová medza únavy s CN životnosť N C - medza tečenia R tt medza pevnosti pri tečení R mt životnosť t h

6 Veličiny, ktoré necharakterizujú medzný stav, ale vlastnosť materiálu Elastická oblasť modul pružnosti E, G, K Poissonovo číslo n alebo m = e priečna / e pozdĺžna tuhosť k = F/DL N m -1 poddajnosť l = 1/k = DL /F m N -1 Tuhosť, poddajnosť = f(súčiastka) k = E S 0 / L 0 Elasto-plastická oblasť exponent deformačného spevnenia s = k f n n f = skutočná deformácia tvrdosť medzný stav Rýchlosť šírenia únavovej trhliny dc/dn

7 stress - strain s - e - material (E) - construction (stiffness) 1. Temperature transition behaviour: brittle - tough 2. Stress state triaxiality: compressing (plastic) tensile (brittle) 3. Strain rate creep static dynamic (brittle) 4. Testing conditions specimen size, shape, Environment Relationships: s = f 1 (T, e, de/dt, x, y, z) e = f 2 (T, e, de/dt, x, y, z) Mechanical properties = g(microstructure) microscopy: optical, TEM, SEM, AFM, confocal,...

8 stress - strain s - e Bulk material... global properties Standardized testing techniques tensile test, compression, toughness (Charpy, fracture t. K IC ), creep, bending, fatigue (S-N; da/dn DK), hardness (macro) crack process zone Microstructure objects... local properties Experimental techniques in development

9 Local mechanical properties New material $ $ Testing $ $ nm nano DSI mm UCI mm micro meso macro Videoexten zometry m Properties Local Mechanical Properties Modeling Desired properties Importance: Identification Characterization Input data for modeling Testing technique Component s data PC Virtual material Model

10 Modeling Physical models 0,73 HM(ferrite) + 0,27 HM(martensite) = HM (mixed ferrite/martensite) Microstructure of DP600, DP800 and DP1000 steels (from left to right) Pešek, Vadasová, Zubko, Bláhová: Acta Metallurgica Slovaca, 13 (2007) spec. issue 1,

11 Modeling Finite element method Representative volume element DSI Tensile test Kaluza, Lake, Pesek, Bleck: Modeling of Mechanical Properties and Local Deformation of Multi Phase High Strength Steels, In: Materials Week 2000, Sept. 2000, Munich

12 Experimental techniques IIT = Instrumented Indentation Testing DSI = Depth Sensing Indentation H, s IIT Instrumented Indentation Testing - instrumentovaná indentační zkouška (skúška tvrdosti so záznamom, skúška tvrdosti s registráciou sily) ISO Metallic materials Instrumented indentation test for hardness and materials parameters, 2002 nano - mikro UCI Ultrasonic Contact Impedance micro - meso Frequency change due to mechanical contact E, H Videoextenzometry (non contact strain measurement) meso - macro e

13 UCI Ultrasonic Contact Impedance Principle: ultrasonic frequency change due to contact with specimen surface specimen Df = f( A S, E P, n P, E d, n d, f 0 ) A S = g(e d,n d, E P, n P ). h(df/f 0 ) Df A S H HV = F / A S contact N reference block I diamond (indentor) P - specimen HV 1 EN 1 E I = HVUCI 1 EP 1 EI 2 E P LOKÁLNÍ MECHANICKÉ VLASTNOSTI 2009, Telč