Mas Mat Ispitivanja

Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 1

Mainski materijali- Predavanje (AS)-

Ponaanje metala pri delovanju spoljnih sila


Ako na metalno telo deluje spoljna sila, telo menja svoj oblik i pri

dovoljnoj veliini spoljne sile dolazi do njegovog razaranja.

Delovanjem sile nastaju istovremeno u telu naponi, jer se ono unutranjim silama suprostavlja promeni oblika. Promena oblika

izazvana delovanjem spoljnih sila se naziva deformacija (ponekad takodje preoblikovanje).

Osnovni pojmovi


Vrste optereenja

Savijanje

Zatezanje Pritiskivanje Smicanje Uvijanje

Mainski delovi mogu da buduOptereeni nekim od sledeih Optereenja ili njihovom kombinacijom.


Zateui napon, : Smiui napon, :

Area, A

Ft

Ft

= FtAo

original area before loading

Area, A

Ft

Ft

Fs

F

F

Fs

= FsAo

Jedinica za napon:N/m2 (ili MPa )

Inenjerski napon

Poetna povrinapre optereenja

Povrina,Povrina,


coscos

cos/cos ==

AF

R

R=Fs/AsFcos A/cos

nsA

As

As

R

R

Fs

Prav

ac

kliza

nja

Normala naravan

klizanja, ns

FFs

Prav

ac

kliza

nja

FA

FPr

avac

kliza

nja

Zateui napon= F/A

Smiui napon

R = Fs/AsVeza izmeu

i R


R= cos cos

Kritina vrednost smiueg i normalnog napona

R = 0=90

R = /2=45=45

R = 0=90

Maksimalna vrednost za R = /2;

0 30 60 900

0.25 0

0.50 0

0.75 0

1.00 0

Normalni napon () dostie maksimum za = 0; Smiui napon () ima maksimalnu vrednost pri = 45 koja iznosi 1/2 0.


Elastina deformacija

F

bonds stretch

return to initial

1. Poetno 2. Malo optereenje

3. Rastereeno

F

Linear- elastic

Non-Linear-elastic

Vraanje napoetak

Po uklanjanju optereenjaElastina deformacija nestaje

Graninoizduenje

Pri niskim vrednostima spoljnih sila (i niskim naponima) deformacija je samo elastina(opruna); po rastereenju ta deformacija nestaje, a telo poprima prvobitni oblik. U kristalnoj reetki se elastina deformacija ispoljava samo malim otklanjanjem atoma iz njihovog ravnotenog poloaja; otklon ne prelazi polovinu parametra reetke.


Plastina deformacija metala

Plastina deformacija po uklanjanju optereenja ne nestaje!

1. Poetno 2. Malo optereenje 3. Rastereenje

planes still sheared

F

elastic + plastic

bonds stretch & planes shear

plastic

F

linear elastic

linear elastic

plastic elastic

Prekorai li veliina spoljanje sile odredjenu granicu dolazi do plastine (trajne) deformacije, a po rastereenju telo ostaje deformisano.Pri trajnoj deformaciji menjaju atomi svoj poloaj za udaljenost najmanje jednaku parametru reetke.


Zatezni test:

tensile stress,

engineering strain,

Elastic initially

Elastic+Plastic at larger stress

permanent (plastic) after load is removed

pplastic strain

Elastina i plastina deformacija


Izduenje: Suenje:

Smiua deformacija:

/2

/2/2 -

/2

/2

/2L/2L/2

Lowo = Lo

L =Lwo

= tan

Inenjerska deformaija


Modul elastinosti, E:(zove se jo i Jungov modul elastinosti)

Hukov zakon:

F

F

Linear- elastic

1E

Jedinica:E: [GPa]

Linearna elastinost

Jednoosnozatezanje

= E Izmedju elastine deformacije () i napona () postoji linearna zavisnost koja je poznata kao Hukov zakon:


0.2

8

0.6

1

Magnesium,Aluminum

Platinum

Silver, Gold

Tantalum

Zinc, Ti

Steel, NiMolybdenum

Graphite

Si crystal

Glass-soda

Concrete

Si nitrideAl oxide

PC

Wood( grain)

AFRE( fibers)*

CFRE*

GFRE*

Glass fibers only

Carbon fibers only

Aramid fibers only

Epoxy only

0.4

0.8

2

46

10

20

406080

100

200

600800

10001200

400

Tin

Cu alloys

Tungsten

Si carbide

Diamond

PTFE

HDPE

LDPE

PP

Polyester

PSPET

CFRE( fibers)*

GFRE( fibers)*

GFRE(|| fibers)*

AFRE(|| fibers)*

CFRE(|| fibers)*

MetaliLegure

GrafitKeramikePoluprovodnici

PolimeriKompoziti

E(GPa)

109 Pa

Modul elastinosti, E

Ekeramike> Emetala>> Epolimera


Modul elastinostina smicanje, G:

1

G

= G

Zapreminskimodul elastinosti, K:

P= -KVVo

P

V1

-K Vo

P

P P

M

M

Prosttorzionitest

Pritisnitest

Modul klizanja

Zapreminski modul elastinostiVo poetna zapreminaV promena zapremine


Poasonov koeficijent, :

bez promene zapremine: = 0.5metali: ~ 0.33keramike: ~0.25polimeri: ~0.40

= LF

F

Jedinica:: bezdimenziona

Poasonov koeficijennt

Poprena deformacija, L

Odnosi za izotropne materijale:

G = E

2(1+ ) K = E

3(1 2)

Jednoosnozatezanje Uzduna deformacija,

Poasonov koeficijentkree se u granicama1 1/2


Jednoosno zatezanje: kabal

o = F

A

Smicanje: pogonsko vratilo

Ao = cross sectional

FF

o = Fs

A

Ski lift

M

M Ao

2R

FsAc

Naponsko stanje

Popreni presek


Canyon Bridge, Los Alamos, NM

Pritiskivanje:

Ao

Balanced Rock, Arches National Park o

= FA

Naponsko stanje


Dvo-osno zatezanje: Hidrostatiki pritisak:

Plinski rezervoar

z > 0 > 0

< 0h

Naponsko stanje

Riba pod vodom


Odredjivanje precizne granice izmedju elastine i trajne deformacije je teko; kod polikristalnih materija se takva granica praktino i ne pojavljuje (neka su zrna trajno deformisana, druga samo elastino). Zato se oblast elastinih deformacija ograniava naponom pri kome ipak dolazi do merljive trajne deformacije koja se oznaava kao granica elastinosti. Odredjivanje ove ove granice dosta teko i dugotrajno. U tehnikoj praksi se za napon, koji karakterie poetak trajne deformacije uzima napon, koji izaziva trajnu deformaciju 0.2% i oznaava se kao granica R0.2

Kod nekih metala moe se poetak trajne deformacije lako oitati sa dijagrama kidanja. Dostigne li napon vrednost koja odgovara taki H, dolazi do rasta trajne deformacije, koji je praen naglim padom napona. Snienje napona pri kojem se deformacija nastavlja, naziva se teenje materijala; taka H koja prikazuje poetak trajne deformacije oznaava se kao gornja granica teenja ili samo napon teenja. Deformacija H, koja odgovara taki H, moe se smatrati za granicu izmedju elastine i trajne deformacije.


Oblast ulevo se koristi za procenu konstrukcionih osobina materijala (gde nije doputena trajna deformacija), oblast udesno sadri informacije potrebne za tehnoloke postupke, zasnovane na trajnim deformacijama (naroito pri kovanju, valjanju).

Gornja granica teenja

Donja granica teenja

ilav lom

Krt lom

Suenje

Deformacija,

N

a

p

o

n

,

H

H


Plastina (duktilna) deformacija kristalnih materijala nastaje:klizanjem ili dvojnikovanjemI ostvaruje se kretanjem dislokacija. U oba sluaja re je o trajnoj promeni oblika, izazvanoj smiuim naponima () dovoljne veliine.

Pri plastinoj deformaciji klizanjem, tim naponom izaziva se pomeranje dva dela kristala du odredjenih kristalografskih ravni, na udaljenost koja odgovara vektoru reetke (medjuatomskoj udaljenosti), odnosno celom umnoku vektora reetke.

Plastina deformacija klizanjem


Ako se postepeno poveava sila optereenja koja deluje na kristal, najzad e smiui naponi u pogodnoj kristalografskoj ravni (tzv. ravni klizanja) dostii kritinu vrednost tzv. kritian napon klizanja i zapoee deformacija klizanjem; jedan deo kristala se pomera po ravni klizanja u odnosu na drugi deo.

Iz veze izmedju strukture kristala i geometrije deformacije klizanjem mogu se formulisati tri osnovna zakona klizanja:

1. Ravan klizanja odgovara ravni kristala najgue posednutoj atomima;2. Pravac klizanja odgovara pravcima kristala koji su najgue posednuti atomima;3. Od datog skupa ravni i pravaca moe se izdvojiti takva ravan i pravac, gde

smiua komponenta napona dostie najveu vrednost (tzv. aktivna ravan i pravac klizanja; aktivacija nastaje po midovom zakonu teenja).

Smiui napon


Od moguih sistema klizanja u kristalu, klizanje e poeti na onom za kojeg je potrebna najmanja komponenta razloenog napona (komponenta nastala razlaganjem optereenja).

Kritini napon smicanja

cosTangencijalna sila F =

cosAProjekcija povrine =

== coscoscoscosAF

C

midov zakonu teenja


Uloga dislokacija na plastinu deformaciju

Stvarni kritini napon klizanja eksperimentalno odredjen kod masivnih monokristala istih metala je 100 do 1000 puta manji od teorijskog. Razlog ovom neslaganju izmedju proraunatih i izmerenih vrednosti kritinog napona klizanja je pogrena pretpostavka iz koje je proraun izveden. Bilo je usvojeno klizanje u savrenom kristalu sa idealnom kristalnom reetkom pri emu se jedan deo po drugom kretao kao kruta celina.

klizanje ravanklizanja

silasmicanja

2maxG=

Kritini napon klizanja


Pri klizanju u realnim uslovima ne dolazi do pomeranja atomnih slojeva kao celine, ve postupnim premetanjem relativno malog boja atoma. To je omogueno prisustvom i kretanjem dislokacija u kristalu.

PlastiPlastinana DeformaDeformacijacija!!


Plastino deformisanje monokristala cinka.

Originalni materijal

Materijal poslePlastine deformacije

Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 26Dvojnikovanje

Plastina deformacija dvojnikovanjem

Pri dvojnikovanju smiui naponi u odredjenom delu kristala dovode do pomeranja veeg broja susednih atomskih ravni. Za razliku od klizanja, pri plastinoj deformaciji dvojnikovanjem dolazi do pomeranja mnogih atomskih ravni tako da relativno pomeranje atoma susednih ravni ne odgovara celom vektoru reetke. Deformisani deo kristala ima drukiju orijentaciju reetke, nego to je ima osnovna reetka.


Deformaciono ojaanje

A B

345

552

Izduenje

Naponteenja

Naponteenja

Isti nagibali viinapon teenja

N

a

p

o

n

,

M

P

a

Na dijagramu napon-deformacija za ugljenini elik uoava se fenomen deformacionog ojaanja u zoni plastinih deformacija. To se moe potvrditi zaustavljanjem zatezanja u taki A i dodatnim eksperimentom zatezanja do zone plastinosti eline ipke. Ako se na maini za ispitivanje zatezanjem (kidalici) uzorak optereti do napona A koji lei izmedju granice teenja i jaine Rm i zatim uzorak izvadi iz eljusti maine i naknadno izloi zatezanju dobie se nov napon teenja koji je vei od prvobitnog.

Ovaj fenomen naziva se radno otvrdnjavanje, deformaciono ojaanje ili prerada na hladno (hladna obrada).


a) b)Orijentacija reetki i oblik zrna: a) nedeformisani sistem, b) deformisani sistem

Sa porastom stepena deformacije menja se oblik zrna; poetna poliedarska zrna se izduuju u pravcu preovladjujue deformacije, a od njih zatim nastaju veoma izduena vlakna sa relativno malim poprenim dimenzijama. U toku plastine deformacije menja se takodje orijentacija reetke u pojedinim zrnima; kod nedeformisanih zrna je orijentacija obino sluajna, a tokom deformacije se menja u usmerenu.


Kako utie valjanje na polikristalne metale ?

9

- pre valjanja - posle valjanja

235 mZrna su aproksimativno sferina i sluajno orijentisana

Efekat valjanja naOrijentaciju zrna

Pravac valjanja


Hladno valjanje lima

Plastina deformacija

Hladno valjanje


Granica teenja

Zatezna vrstoa

Duktilnost

Procenat hladnog deformisanja

Uticaj hladnog deformisanjana zatezne karakteristike otpornosti i plastinosti metala


Efekat hladnog deformisanja na krive zatezanja niskougljeninog elika

Koji je efekat hladnog deformisanja na: Rm? Rp? Zilavost? Izduenje do loma? E? ne menja se

Deformacija

Napon

Procenathladne deformacije


Promene osobina posle plastine deformacije na hladno u mnogim sluajevima su poeljne i esto se koriste u tehnikoj praksi (npr. vuenje ica na hladno, cevi i sl.). Medjutim te nove osobine materijala, ponekad mogu biti nepoeljne, pre svega zbog smanjenja ilavosti i plastinosti, to spreava dalju preradu plastinim deformisanjem.

Oporavljanje i rekristalizacija

Budu li po deformaciji stvoreni pogodni uslovi (zagrevanjem deformisanog metala), menjae se raspored atoma u deformisanom metalu. Posledice prethodnog deformisanja e se postepeno odstranjivati, a unutranja kristalna gradja metala pribliavae se poetnom stanju pre deformisanja. Obino razlikujemo dva stadijuma obnove deformisane kristalne gradje:

oporavljanje i rekristalizacija.


Oporavljanje deformisane kristalne gradje, odvija se uglavnom ispod temperature rekristalizacije, tako da ostaje mikrostruktura deformisanog metala nepromenjena (oblik i veliina zrna odgovaraju stanju posle okonanja deformacije). Stoga se tok oporavljanja ne moe pratiti optikim mikroskopom. Pri porastu temperature dolazi do nove raspodele dislokacija. Procesi kojima se menja raspodela dislokacija osnova su oporavljanja. Oporavljanje se ispoljava sniavanjem unutranjih napona deformisanog metala, promenom fizikih osobina (npr. smanjenjem elektrinog otpora) dok se mehanike osobine bitnije ne menjaju.

a) b)


Ako je stepen plastine deformacije dovoljan, nastaje pri dostizanju

odredjene temperature pojava koja se naziva rekristalizacija. Pri tom procesu nestaju poetno deformisana zrna i nastaju nova zrna iji se

oblik, veliina i orijentacija reetki razlikuju od poetnih deformisanih

zrna.

Do rekristalizacije dolazi na odredjenoj minimalnoj temperaturi. Ta

temperatura nije za dati metal konstantna. Kod istih metala se obino

daje veza izmedju temperature topljenja Tt, K i temperature

rekristalizacije Tr u obliku:

Tr = (0.1-0.2)Tt, za tehniki iste metale;

Tr = (0.3 - 0.4)Tt i za legure tipa vrstog rastvora;

Tr = (0.5 - 0.6)Tt.


Visina rekristalizacione temperature ima veliki praktian znaaj, jer ojaanje

postignuto plastinom deformacijom ostaje zadrano samo ako je obradjen

materijal izloen delovanju temperature nie nego to je temperatura

rekristalizacije. Ako se plastina obrada odvija na viim temperaturama

ojaanje se ne pojavljuje poto se rekristalizacija deava istovremeno sa

plastinom deformacijom; to znai da se ojaanje izazvano deformacijom

direktno odstranjuje istovremenom rekristalizacijom. Temperatura

rekristalizacije moe tako predstavljati granicu prerade na hladno i prerade

na toplo. Pri preradi na hladno, temperatura obrade je nia od temperature

rekristalizacije i preradjeni metal ostaje ojaan. Pri preradi na toplo,

temperatura obrade je via od temperature rekristalizacije i do ojaanja ne

dolazi.


Sopstvenizaostalinaponi

Duktilnost

Tvrdoa

Jaina

Nova zrna

Oporavljanje Rekrista-lizacija

Porastzrna

Hladnodeform. zrna

Poveanje temperature

Jaina,tvrdoa,

duktilnost

Veliinazrna

Oporavljanje

Rekristalizacija

Porast zrna


Oporavljanje (nije mikroskopski

vidljivo)

Rekristalizacija(mala zrna)

Porast zrna(vea zrna)


Porast zrnaVeliina kristala posle rekristalizacije ima poseban znaaj za tehniku praksu. Rekristalizacijom se moe dobiti veoma fina struktura i suprotno veoma gruba struktura. Najvei uticaj na veliinu zrna rekristalisanog metala ima prethodni stepen prerade.

Posle 8 s,580C

Posle 15 min,580C

0.6 mm 0.6 mm


Metodi ispitivanja metala i legura

Delovi maina i ureaja izloeni su u eksploatacionim uslovima razliitim vrstama optereenja, a ponekad i povienim ili snienim temperaturama ili pak korozionom dejstvu. Da bi se ustanovio "odgovor" materijala na razne uslove spoljnjeg optereenja neophodna su laboratorijska ispitivanja, koja kad je re o mehanikim osobinama treba da budu maksimalno prilagoena realnim uslovima u kojima delovi rade. Testiranjem materijala ne dobijaju se samo podaci potrebni za projektovanje i konstrukciju delova maina ve i neke karakteristike koje se odnose na mogunost prerade poluproizvoda u finalne proizvode. Jednom reju mehanike osobine metala obuhvataju svojstva otpornosti i svojstva deformacije.

Mehanike osobine materijala


Budui da se ispitivanju mehanikih osobina posveuje veliki deo

vremena na laboratorijskim vebama, ovde e biti iznete samo opte

napomene koje se odnose na:

Ispitivanje zatezanjem,

Merenje tvrdoe,

Odredjivanje udarne ilavosti,

Odreivanje dinamike izdrljivosti,

Ispitivanje na povienim temperaturama


Ispitivanje zatezanjem

Zasniva se na sporom zatezanju uzorka standardnog oblika i dimenzija

na uredjaju koji se zove kidalica. Ona je opremljena dinamometrom za

merenje sile i pisaem koji u svakom momentu zapisuje zavisnost

izduenja od sile. Pomou podataka zabeleenih pri ispitivanju (sl. 2.13)

i izmerenih na prekinutom uzorku odreuju se:

Zatezna vrstoa, Rm, MPa (Zatezna vrstoa),

Napon teenja, R0,2, MPa (Gornja granica teenja, ReH),

Izduenje A5,65, A11,3, % (Indeksi se odnose na radnu duinu),

Suenje Z, % (Kontrakcija),

Modul elastinosti E, MPa.


Zatezna vrstoa je pokazatelj kvaliteta materijala, koji se ne koristi kao proraunska veliina kod duktilnih materijala.

Napon teenja je najvanija veliina za proraun (dimenzionisanje) mainskih delova. Najvei nivo napona kojim se deo sme opteretiti mora biti nii od napona teenja, to se za odgovorne konstrukcije definie stepenom sigurnosti.

Izduenje moe biti bolji pokazatelj metalurkog kvaliteta elika nego jaina, jer u sluaju poroznosti ili nemetalnih ukljuaka A drastino opada.

Suenje je bitan pokazatelj obradljivosti metala plastinim deformisanjem.

Karakteristike otpornosti materijala

Karakteristike plastinosti materijala


KidalicaKidalicaKidalica

EpruvetaEpruveta

Gornja eljustGornja eljust

Donja eljustDonja eljust


EkstenzometarEkstenzometarEkstenzometar

Ekstenzometar slui za merenje vrlo malih deformacija


Karakteristine take:

E granica elastinosti,P granica proporcionalnosti,T granica teenja,M maksimalna sila,K sila kidanja.


Dijagram napon-deformacija

deformacija

napon

elastinost

plastinost

teenje

Veoma duktilanmaterijal

Vrlo krt materijal

prelom

(npr. metal)

(npr. keramike)

(npr. polimeri)


SuenjeSuSuenjeenje

Lokalizovanje plastine deformacije posle dostizanja maksimalne sile

Epruveta od mekog elika


Prelom Al Krt prelom: kaljen elik

Duktilni prelom

Meki metali (Au, Pb)polimeri,

A B C

B je uobiajen nain. Duktilni prelom je poeljan.

Zato? Krt prelom: bez upozorenja.

Veoma Srednje Krt Duktilnost


Dijagrami zatezanja za krt i plastian (ilav) materijal


Dijagram stvarni napon-stvarna deformacija (st-st)

Izmeu stvarnog napona i deformacije u zoni plastinosti ustanovljena je zavisnost:

, gde je k- konstanta zavisna od materijala, a n- koeficijent deformacionog ojaanja.

nk =

Izmeu stvarnih napona i deformacija sa jedne strane i tehnikih sa druge strane postoje veze:

(1 )st = +ln(1 )st = +

i

.

Tehnika ili stvarna deformacija, %

Prekid

Kriva tehniki napon-deformacija

Kriva stvarni napon-deformacija

T

e

h

n

i

k

i

i

l

i

s

t

v

a

r

n

i

n

a

p

o

n

6

.

9

,

M

P

a

20 40 60 80 1000

20

40

60

80

100

120

140

Prekid

Uporedni prikaz grafika - i st-st


Graphite/ Ceramics/ Semicond

Metals/ Alloys

Composites/ fibersPolymers

Y

i

e

l

d

s

t

r

e

n

g

t

h

,

y

(

M

P

a

)

PVC

H

a

r

d

t

o

m

e

a

s

u

r

e

,

s

i

n

c

e

i

n

t

e

n

s

i

o

n

,

f

r

a

c

t

u

r

e

u

s

u

a

l

l

y

o

c

c

u

r

s

b

e

f

o

r

e

y

i

e

l

d

.

Nylon 6,6

LDPE

70

20

40

6050

100

10

30

200

300

400500600700

1000

2000

Tin (pure)

Al (6061)a

Al (6061)ag

Cu (71500)hrTa (pure)Ti (pure)aSteel (1020)hr

Steel (1020)cdSteel (4140)a

Steel (4140)qt

Ti (5Al-2.5Sn)aW (pure)

Mo (pure)Cu (71500)cw

H

a

r

d

t

o

m

e

a

s

u

r

e

,

i

n

c

e

r

a

m

i

c

m

a

t

r

i

x

a

n

d

e

p

o

x

y

m

a

t

r

i

x

c

o

m

p

o

s

i

t

e

s

,

s

i

n

c

e

i

n

t

e

n

s

i

o

n

,

f

r

a

c

t

u

r

e

u

s

u

a

l

l

y

o

c

c

u

r

s

b

e

f

o

r

e

y

i

e

l

d

.

HDPEPP

humid

dryPC

PET

a = arenohr = vrue valjanoag = starenocd = hladno izvlaenocw = hladno deformisanoqt = kaljeno i otputeno

Poreenje granice teenja, Rp

Rp(ceramics)>>Rp(metals)>> Rp(polymers)


Si crystal


Metals/ Alloys


T

e

n

s

i

l

e

s

t

r

e

n

g

t

h

,

T

S

(

M

P

a

)

PVC

Nylon 6,6

10

100

200300

1000

Al (6061)a

Al (6061)agCu (71500)hr

Ta (pure)Ti (pure)aSteel (1020)

Steel (4140)a

Steel (4140)qt

Ti (5Al-2.5Sn)aW (pure)

Cu (71500)cw

LDPE

PP

PC PET

20

3040

20003000

5000

Graphite

Al oxide

Concrete

Diamond

Glass-soda

Si nitride

HDPE

wood( fiber)

wood(|| fiber)

1

GFRE(|| fiber)

GFRE( fiber)

CFRE(|| fiber)

CFRE( fiber)

AFRE(|| fiber)

AFRE( fiber)

E-glass fib

C fibersAramid fib

Poreenje zatezne vrstoe, Rm

Rm(ceram)~Rm(met)~ Rm(comp) >> Rm(poly)


Poreenje modula elastinosti, E


Puzanje materijalaPuzanje materijala

p

u

z

a

n

j

a

vremeprimarnopuzanje

tercijalnopuzanje

stacionarnopuzanje

Optereenje

Zagrevanje

Nastaje pri temperaturi, T > 0.4 Ttopljenja Deformacija se menja tokom vremena.


Efekat napona i temperatureEfekat napona i temperature

Odravanje T konstantnimpromena :

1 > 2 > 31

23

vreme

.

Odravanje constantpromena T :

1 > 2 > 31

23

vreme

.


Tvrdoa

Tvrdoa se definie kao otpor prodiranju utiskivaa koji je tvrdji od ispitivanog materijala. Kod metalnih materijala postoji jaka korelacija izmedju elastinosti

i tvrdoe, pa zato i veliina odskoka moe posluiti za procenu tvrdoa po tzv.

skleroskopskoj metodi.

Najee se tvrdoa tehnikih metala odredjuje po:

Brinelu,

Vikersu i

Rokvelu


Brinelova tvrdoa (HBS ili HBW)

meri se na ravnom uzorku utiskivanjem eline ili kuglice od tvrdog metala prenika D = 10, 5, 2.5 mm. Na osnovu F, D i prenika otiska d, izmerenog na mikroskopu ugradjenom u Brinelov aparat, rauna se tvrdoa:

( )2 22FHB D D D d= Najvea tvrdoa koja se moe meriti sa utiskivaem od kaljene eline kuglice je 450 HB, a sa kuglicom od tvrdog metala, ta je granica 750 HB. Izmedju jaine na kidanje konstrukcionih elika u normalizovanom stanju i tvrdoe HB ustanovljena je empirijska veza .

Kuglica

Otisak


Vikersova tvrdoa (HV)

meri se pomou dijamantske piramide sa uglom pri vrhu od 136 koja se utiskuje pod optereenjem u materijal. Tvrdoa po Vikersu izraunava se prema izrazu:

Metoda po Vikersu naroito je pogodna za kontrolu tvrdoe veoma tvrdih povrina kao to su kaljene, cementirane, nitrirane ili difuziono metalizirane. Pored toga mogu se meriti tvrdoe tankih predmeta ako se primene mala optereenja kojima se deluje na utiskiva. Tvrdoa HV bliska je tvrdoi HB u granicama 250-600; izvan ovog intervala tvrdoe se znatno razlikuju, te za prevodjenje jedne u drugu slue uporedne tablice.

2

1.854FHVd

=Otisak

Materijal

Utiskiva- piramida


Rokvelova tvrdoa (HRC, HRB)

meri se direktnim oitavanjem na skali aparata. Utiskiva kod metode HRC je dijamantska kupa sa uglom od 120.

Druga skala HRB upotrebljava se za merenje tvrdoe relativno mekih materijala (HB < 400). Kao utiskiva koristi se elina kuglica prenika 1/16 ina.

Merenje tvrdoe po Rokvelu je veoma brzo, a otisak je gotovo nevidljiv.

predoptereenjepredoptereenje predoptereenje

predoptereenje

Glavno optereenjeGlavno optereenje

HRB HRC

Utiskiva kuglica Utiskiva kupa


Skleroskopska tvrdoa ili tvrdoa po oru (HSh)

odredjuje se prema visini elastinog odskoka malog tega koji slobodno pada sa odredjene visine. Posle merenja ne ostaju nikakvi tragovi, koji bi mogli delovati kao inicijalne prsline kod dinamiki optereenih delova.


Izgled utiskivaa Metoda Utiskiva

Boni pogled Pogled odozgo Optereenje Formula za izraunavanje tvrdoe

Brinel

Kuglica od elika ili volfram karbida prenika 10 mm

D

d

d F 2 22

( )FHB

D D D d=

Vikers Dijamantska piramida

136

d 1 d1

F 2

1.854HVd

=

Knup Dijamantska kupa

t

l / b=7.11b / t=4.00

b

l

F 214.2HK

l=

Rokvel A C D

Dijamantska kupa

120

t

d 60 kg

150 kg 100 kg

HRA = HRC = HRD =

100-500 t

B F G

1/16" prenika eline kuglice

E 1/8" prenika eline kuglice

t

d

100 kg 60 kg

150 kg 100 kg

HRB = HRF = HRG = HRE =

130-500 t

Metode merenja tvrdoe


TvrdomerTvrdomerTvrdomer

Kuglini utiskivai


Odredjivanje dinamike izdrljivosti Odredjivanje dinamike izdrljivosti

Analizom brojnih preloma mainskih delova koji su dugo bili izloeni naizmenino promenljivom optereenju (npr. klipnjaa, osovina i sl.), ustanovljeno je da radni naponi nisu prelazili napon teenja. Poto lomovi nisu nastali zbog unutranjih greaka (porozna mesta, nemetalni ukljuci) pretpostavilo se da je dolo do zamora materijala usled dugotrajnog rada.

Inicijalnaprslina

ZamornaZamornaprslinaprslina

Nasilni lom

Zamorni prelomZamorni prelomZamorni prelom


50

40

30

10

0105 106 107 108 109

Nloma

N

a

p

o

n

Al legure

Meki elik

Zamorna vrstoa

Velerov dijagram

Granina vrednost napona koju materijal praktino izdrava bez obzira na broj ciklusa ponovljenih optereenja zove se dinamika jaina (dinamika vrstoa, dinamika izdrljivost, zamorna vrstoa).

Laboratorijskim ispitivanjima uzorka promenljivim optereenjem na mainama koje se zovu pulzatori, dobijaju se Velerove krive.


1. Stvaranje pritisnihpovrinskih napona(pritisni naponi spreavaju

irenje prslina)

20

-- Metod 1: shot peening

2. Uklanjanje koncentratoranapona.

-- Metod 2: cementacija

C-rich gasput

surface into

compression

shot

N = Cycles to failure

moderate tensile mlarger tensile m

S = stress amplitude

near zero or compressive m

Poveanje zamornog veka

loe

loe

dobro

dobro


Udarna ilavost

Energija koja se utroi pri udarnom savijanju je merilo osetljivosti materijala na lokalnu koncentraciju napona. Ispitivanje udarne ilavosti prvi je uveo arpi (Charpy) i definisao je kao rad potreban za prelom probnog uzorka preseka 1 cm2, koji sadri leb propisanih dimenzija. Ovako definisana veliina udarne ilavosti nema fiziki karakter, pa rezultati mogu biti uporedivi samo ako su dobijeni na istim probnim uzorcima i u istim uslovima. Metali skloni krtom lomu razaraju se pri malom utroku energije i gotovo bez vidljive deformacije na mestu preloma.

arpijevo klatno za ispitivanje ilavosti


Kod ugljeninih elika, sa sniavanjem temperature, ilavost naglo pada u uskom temperaturskom intervalu. Na krivoj se uoava prevojna taka koja odredjuje prelaznu temperaturu, kao granicu ilavog i krtog loma.

Jedna od najboljih ilustracija o uticaju prelazne temperature je havarija brodova Liberti (Liberty) proizvodjenih u toku Drugog svetskog rata.

Krt ilav

Materijali velike jaine

Prelazna temperatura

Reetka A1

Metali reetke A2,keramika, polimeri

Temperatura

E

n

e

r

g

i

j

a

u

d

a

r

a

Zavisnost udarne ilavosti od temperature za razliite materijale

Brod Liberty


aYK fIC = ]mMPa[

ilavost loma KIC Proraun mainskih delova dugo se zasnivao na naponu teenja i stepenu sigurnosti. Pored toga to su radni naponi bili nii od dozvoljenih dolazilo je do iznenadnih lomova, naroito u uslovima ravanskog stanja deformacija. Lom nastaje zbog rasta inicijalnih prslina na mestima ukljuaka i drugih diskontinuiteta, na koje su posebno osetljivi metali visokog napona teenja i velike jaine. Zato je za ovu klasu materijala uveden pojam ilavost loma, koji se odnosi na otpor irenju prsline.

Veza izmedju napona koji dovodi do oteenja (f, MPa) i ilavosti loma(KIc , Mpa m1/2) data je izrazom

gde je:A - duina ivine prslineY (a/W)- faktor oblika zavisan od geometrije konstrukcionog dela



Metals/ Alloys


5

K

I

c

(

M

P

a

m

0

.

5

)

1

Mg alloysAl alloys

Ti alloys

Steels

Si crystalGlass-soda

Concrete

Si carbide

PC

Glass6

0.5

0.7

2

4

3

10

20

30

Diamond

PVC

PP

Polyester

PS

PET

C-C(|| fibers)1

0.6

67

40506070

100

Al oxideSi nitride

C/C( fibers)1

Al/Al oxide(sf)2

Al oxid/SiC(w)3

Al oxid/ZrO2(p)4Si nitr/SiC(w)5

Glass/SiC(w)6

Y2O3/ZrO2(p)4

Kcmetals

Kccomp

Kccer KcpolyP o

v

e

a

n

j

e

Koeficijent intenzivnosti Napona, KIc


Hvala na panji

Documents

Mas Mat Ispitivanja