SFORCIMET MBETESE

Sforcime mbetese ose te mbetura (brendshme) jane sforcimet te cilat mbesin ne material pas largimit-nderprerjes se faktorit i cili i krijon keto. Ne literature mund te haset edhe termi sforcime risiduale.

Sforcimete e mbetura krijohen si rezultat I veprimit:

-mekanik

-termik

-kimik

FAZAT E KRIJIMIT -Gjate perftimit,-Gjate perpunimit,-Gjate eksploatimit (perdorimit).Vlen te theksohet se pavarsisht se ne

cilen faze te historikut te materialit paraqiten, te shumten e rasteve (pervec gjate rerezimit) kane ndikim negativ dhe varesisht nga intensiteti (magnituda) e tyre mund te shkaktojne thyerje, perkatesisht shkaterrim te materialit ose detalit. Shpeshhere thyerja (shkaterrimi) per shkak te pranise se sforcimeve te brendshme mund te ndodhi para kohe (premature fracture).

The collapsed Silver Bridge, as seen from the Ohio side

Castings may also have large residual stresses due to uneven cooling. Residual stress is often a cause of premature failure of critical components, and was one factor in the collapse of the suspension bridge at Silver Bridge in West Virginia in December 1967. The eyebar links were castings which showed high levels of residual stress, which in one eyebar, encouraged crack growth. When the crack reached a critical size, it grew catastrophically, and from that moment, the whole structure started to fail in a chain reaction. Because the structure failed in less than a minute, 46 drivers and passengers in cars on the bridge at the time were killed as the suspended

Premature failure

Njohja e intensitetit të sforcimeve të mbetura në material është e rëndësishme nga se gjatë përpunimit të mëtejmë, respektivisht gjatë përdorimit, bashkëveprojnë me sforcimet të cilat shkaktohen si rezultat i veprimit të forcave të jashtme ose të momenteve dhe kështu mund të manifestojnë efekt të dëmshëm. Kjo ndonjëherë mund të shkaktojë deformim plastik të detalit makinerik ose eventualisht edhe thyerje të tij. Sforcimet e mbetura si dukuri (fenomen) janë zbuluar qysh herët te materialet natyrore ( guri, druri) dhe më vonë edhe te materialet metalike, sepse te këto materiale pjesa dërmuese e sforcimeve të mbetura mund të shpërhapen me deformim plastik (lakim) që nuk mund të vërehet me sy të lirë.

Sforcimet mbetese (risiduale) mund te paraqiten gjate aplikimit te te gjitha teknologjive prodhuese per shnderrimin e lendes se pare ne produkt te gatshem:

-teknologjise subtraktive (perpunimit me prerje: tornim, frezim, zdrugim, pershkim, sharrim dhe te gjithe metodat tjera te perpunimit final),

-teknologjise formative(perpunimi me deformim:laminimi, farketimi, presimi, telezimi-terheqja),

-teknologjise aditive(te gjitha metodate bashkimit te detaleve ne nje tersi).

6

Teknologjia formative

CilindrimiFarkëtimi

Tërheqjqitelëyimi Presimi Kuposja e thellë

die

Lakimi me tërheqjeLakimi

Prerja –ndarja me deformim

Teknologjia subtraktive

Tornimi Frezimi Zdrugimi

Shpimi Sharrimi Retifikimi

Teknologjia aditive

Saldimi Pikja (ngjitja salduese)

Ngjitja adezive (me zamkë) Veshjet sipërfaqësore

Krijimi i sforcimeve mbetese (risiduale) gjate retifikimit te vrazhde-abrasive, konvencional dhe final-

While, the methods of conventional and highly abrasive grinding produced undesirable tensile stresses near the surface, gentle grinding produced desirable compressive stresses.

Ref:E.B. Evans, “Residual Stress inProcessing” Encyclopedia ofMaterials Science and EngineeringVol. 6, 4183-88 (1986)

-gjate deformimit plastik

-gjate perpunimit termik

-gjate shnderrimeve fazore

Gjate deformimit plastik, sforcimet dhe deformimet shperndahen ne menyre jouniforme ne vellimin e deformuar te trupit. Shperndarja e ketille jouniforme e deformimeve shkaktohet nga: shperndarja jo uniforme e temperatures, prania e forcave te ferkimit te kontaktit, forma e trupit, forma e vegles per deformim, vetite jouniforme te materialit, etj.

Shperndarja heterogjene e sforcimeve dhe deformimeve sjell si rezultat veshtersimin e deformimit te pjeseve te vecanta te trupit, te cilat perpiqen te ndryshojne permasat ne menyre jo te barabarte dhe keshtu krijohen edhe sforcimet suplementare te cilat ekuilibrohen reciprokisht.

Keto sforcime lindin si reaksione te ndryshimit te formes dhe permasave te trupit, pra nga deformacionet jouniforme. Keto sforcime mblidhen algjebrikisht me sforcimet e jashtme dhe gjendja reale e sforcimeve ndryshon krejtsisht nga gjendja e sforcimeve te shkaktuara nga forcat e jashtme.

Me nderprerjen e ngarkesave te jashtme, sforcimet e shkaktuara nga deformimet jo te barabarta mbeten ne material pasi qe jane te ekuilibruar reciprokisht. Pikerisht per kete arsye keto quhen sforcime mbetese per shkak te deformimit dhe keshtu nxjerret perfundimi se gjate cdo deformimi plastik te trupit krijohen sforcime mbetese te cilet ekuilibrohen reciprokisht.

Ku shfaqin efekt negativ sforcimet mbetese?

-qendresën dinamike te materialeve,

-stabilitetin dimensional,

-deformim,

-qendresen ndaj korrozionit,

-thyerjen e brishte,

-plasticitet, etj.

Sipas karakterit te veprimit ndahen ne:-Sforcime mbetese terheqese (pozitive),-Sforcime mbetese shtypese ose ngjeshese (negative).

Sforcimet mbetese terheqese ndikojne ne hapjen e plasaritjeve dhe ne pershpejtimin e perhapjes se tyre,Sforcimet mbetese shtypese ndikojne ne mbylljen e plasaritjeve dhe ne ngadalesimin e perhapjes se tyre.

Sforcimet mbetese parimisht jane te demshme nga se ne menyre te konsideruesheme e zvogelojne e aftesine ndaj deformimit dhe qendrushmerine kimike.

Ne rast se gjate nje perpunimi te metejme mekanik, karakteri (shenja) e ngarkeses perputhet me shenjen e sforcimit mbetes, atehere sforcimi rezultues mund ta tejkaloje vleren e lejuar dhe keshtu mund te shkaktohet shkaterrimi i materialit.

Residual Stresses• Stresses that are locked up in the product after processing due

localized deformation or heating.– Machining and surface processing– Bending stresses– Welded fabrications, etc.

• Can result in unwanted distortion, stress-corrosion failure in service, reduced fatigue life, etc.

KLASIFIKIMI-Sforcime mbetese te llojit te pare ose

sforcime zonale ose sforcime te vellimeve te medha-makrosforcime, ku zona te tera te metalit kane sforcime te nje shenje dhe zona te tjera me shenje te kundert. Ekuilibrimi i tyre behet brenda vellimit te trupit.

-Sforcime mbetese te llojit te dyte ose sforcime te vellimeve te vogla (mikrosforcime),

-Sforcime mbetese te llojit te trete ose sforcime ne kuader te kokrrizave kristalore (submikrosforcime).

Sforcimet mbetese te llojit te pare (σI) krijohen ne zona te tera te materialit dhe ekuilibrimi i tyre behet mes zonave perkatese me shenja te kunderta ose ne tere vellimin e trupit. Me prishjen e ekuilibrit te ketyre sforcimeve mund te ndodhin ndryshime makroskopike te permasave gjeometrike, respektivisht deformim makroskopik.

Sforcimet mbetese te llojit te dyte (σII) krijohen dhe ekuilibrohen ndermjet kokrrizave kristalore me shenje te kundert. Me prishjen e ekuilibrit te ketyre sforcimeve poashtu mund te ndodhin ndryshime makroskopike te permasave gjeometrike, respektivisht deformim makroskopik.

Sforcimet mbetese te llojit te trete (σIII) krijohen dhe ekuilibrohen brenda kokrrizave kristalore si rezultat i prezences se dislokacioneve dhe gabimeve tjera te rrjetes kristalore. Me prishjen e ekuilibrit te ketyre sforcimeve nuk ndodhin ndryshime makroskopike te permasave gjeometrike, respektivisht deformim makroskopik.

Siç është theksuar edhe më parë, sforcimet e mbetura, të pranishëm në detal ose në ndonjë pjesë tjetër konstruktive, lindin (krijohen) në vetë materialin gjatë përftimit, respektivisht përpunimit ose mund të lindin (krijohen) edhe gjatë përdorimit (eksploatimit). Sforcimet e mbetuara të kushtëzuara me llojin e materialit të shumtën e rasteve janë sforcime të rendit të tretë, ndërsa ato që lindin (krijohen) gjatë pëftimit, respektivisht përpunimit ose gjatë përdorimit (eksploatimit) janë gati gjithmonë makro sforcime të mbetura të rendit të parë. Shkaqet e lindjes (krijimit) të sforcimeve të mbetura, skematikisht janë paraqit në figurën në vazhdim.

Në vazhdim prezantohen sforcimet e mbetura te rendit te pare që krijohen gjate ftohjes së shpejtë (fikjes) të cilindrit të çelikut. Në figurën në vazhdim qe prezanton varësin e temperaturës nga koha, janë prezantuar kurbat e ftohjes të pjesëve anësore dhe të pjesës qëndrore (bërthamës) së cilindrit laminues me diametër D=100mm të ftohur shpejtë në ujë (fikur) nga temperatura 850oC. Ftohja e ketille jo e njetrajtshme dhe jo e barabarte ne mes te berthames dhe pjeses anesore shkakton lindjen e sforcimeve te brendshme te rendit te pare.

Sforcimet e mbetura të rendit të dytë lindin (krijohen) te materialet dyfazore ku janë të pranishme fazat me koeficient të ndryshëm të bymimit termik. Figura në vazhdim, në mënyrë skematike prezanton një përbërje dyfazore; faza A dhe faza B.

Siç shihet nga figura e prezantuar me lart, pjesët anësore ftohen dukshëm më shpejtë se pjesa qëndrore (bërthama), ndërsa në pikën A ndryshimi i temperaturës është më i madh dhe është afro 600oC. Për shkak të ndryshimit të temperaturës ndërmjet pjesëve anësore dhe bërthamës, në cilindër lindin (krijohen) sforcime termike:

Sforcimet e mbetura të rendit të tretë janë të pranishëm në çdo material real i cili nuk ka mikrostrukturë ideale. Te materialet me strukturë kristalore, disa lloje të qeramikës dhe polimeret janë të pranishëm defektet karakteristike te rrjetes kristalore, defektet pikëzore, lineare dhe sipërfaqësore, respektivisht boshllëqe dhe atome të ndërfutur, dislokacione anësore dhe spirale, kufikokrriza me kënde të vogël dhe të mëdhenjë të orientimit. Të gjithë këto defekte shkaktojnë krijimin e sforcimeve të mbetura të rendit të tretë.

Paralelisht me njohuritë mbi sforcimet e mbetura janë zhvilluar edhe metoda të ndryshme për matjen respektivisht përcaktimin e intensitetit te tyre.

Metodat për matjen e sforcimeve të mbetura kryesisht klasifikohen në: metoda destruktive (me shkatërrim),gjysmëdestruktive dhe metoda jodestruktive (pa shkatërrim).

Në grupin e metodave destruktive dhe gjysmëdestruktive bëjnë pjesë metodat mekanike dhe metodat mekaniko-elektrike.

Me këto metoda mundësohet vetëm matja e sforcimeve të mbetura të rendit të parë, ndërsa e metë tjetër e këtyre metodave është se elementet e konstruksioneve të ndryshme dhe detalet e makinave të cilët i nënshtrohen matjes së sforcimeve të mbetura, nuk mund të përdoren për shkak se shkatërrohen.

Metodat pa shkaterrim per matjen e sforcimeve te sforcimeve te mbetura

Me difrakcion te rrezeve X,Me difrakcion te neutroneve,Matja me mbeshtjelles fotoelastike,Matja me ultra tingull,Matja magnetike,Matja me rryma shtjellore, etj.

Reduktimi (zvogëlimi) i sforcimeve mbetese

Ekzistojne dy menyra per eliminimin e sforcimeve mbetese:

1- zevendesimi i tyre me sforcime te shenjes se kundert, perkatesisht zevendesimi i sforcimeve mbetese terheqese me sforcimet mbetese shtypese

Dihet se rrezikun me te madh e paraqesin sforcimet mbetese terheqese ne shtresat e jashtme te trupit. Keto sforcime mund te menjanohen ose te zevendesohen me sforcime mbetese shtypese (ngjeshese).

Benefits:

• increases fatigue resistance

• increases stress corrosion resistance

• improves surface finish

• increases wear resistance

• improves coating adhesion

Drawbacks:

• stress concentration

• excessive near-surface cold work

• stress release during service

• need for NDE (uncertainty)

• lack of NDE (selectivity)

surface roughness residual stress (hardening, texture)cold work

Main Effects of Shot Peening

Example of Residual Stress Profile Created by Shot Peening

2-Rduktimi (zvogelimi) i sforcimeve mbetese me anen e perpunimit termik, qe eshte shume me i thjeshte dhe me i plote

Sforcimet e llojit te pare mund te menjanohen me nxehje ne temperature te ulet, qe percaktohet nga perberja e metalit dhe nga shkalla e perforcimit.

Sforcimet mbetese te llojit te dyte dhe te trete mund te reduktohen me anen e rikristalizimit te metalit.

Efekti i BaushingeritNese gjate perpunimit me deformim ndryshohet kahu i veprimit te ngarkeses, p.sh.: nese trupi njehere ngarkohet me ngarkesa ne terheqese dhe pastaj me ngarkesa shtypese atehere vjen deri te nje krijimi i nje gjendje te sforcuar me sforcime te brendshme që shkakton zvogelimin e kufirit te rrjedhshmerise. Kjo dukuri njihet me termin efekti i Baushingerit dhe vlen te theksohet se shfaq ndikim negativ ne sjelljen qendresen e materiali ndaj nje deformimi te metejshem.