Mehanika ispitivanja

Ispitivanja mehanikih svojstavaSadraj:

11.vrstoa

52.Tvrdoa

93.ilavost

1. vrstoa

vrstoa je jedno od najvanijih mehanikih svojstava materijala, koje je potrebno poznavati kako kod prerade tako i kod upotrebe materijala. Postoje razne vrste naprezanja kojima je materijal

sl. 1 Vrste naprezanja

optereen u konstrukciji , kao to su prikazani na sl. 1Obzirom na razne vrste optereenja moemo definirati i razna mehanika svojstva:

1. vrstoa je otpornost potpunom raskidanju veza izmeu estica materijala.

2. Rastezljivost je sposobnost deformiranja uope

3. Elastinost je sposobnost deformiranog materijala da se nakon rastereenja vrati u prvobitni oblik (kao otpornost materijala deformiranju)

4. Plastinost se ispoljava u poputanju materijala deformaciji

Svojstvima 1. i 3. Mjerimo otpornost deformaciji a

2. i 4. Sposobnost za deformaciju.

Optereenja po svojoj dinamici mogu biti:

1. Statika sila djeluje kontinuirano a promjene su polagane

2. Dinamika sile djeluju udarno ili su nagle promjene veliine odnosno smjera sile

Dinamike sile su uvijek opasnije od statikih sila i o tome treba voditi rauna pri projektiranju.

Krajnja posljedica prevelikih naprezanja je raskid izmeu susjednih estica materijala, a takovi raskidi su direktno povezani s djelovanjem optereenja rastezanjem, te se zbog toga ispituje

Statika otpornost rastezanju

Pokus se svodi na statiko raskidanje veza izmeu estica materijala. U materijalu se deavaju promjene koje promatramo na stroju za ispitivanje :

Ispitivalici vrstoe statikim rastezanjem materijala ili statikoj raskidalici.

Glavni dijelovi stroja su:

1. eljusti ureaj za upinjanje i prihvaanje epruvete

2. Ureaj za grubo podeavanje poetne udaljenosti

3. Ureaj za postepeno udaljavanje

4. Ureaj za ustanovljavanje i oitavanje sile F

5. Ureaj za biljeenje meusobne udaljenosti eljusti

6. Ureaj za podeavanje brzine udaljavanja eljusti, odnosno poveavanja optereivanja

Napomena:

Svi dijelovi moraju biti masivni, kako bi se njihove deformacije prilikom ispitivanja mogle zanemariti prema deformacijama ispitivanog objekta. Ako postoji mogunost ispitivanja ostalih vrsti optereenja (sabijanje, savijanje) onda je to

univerzalna kidalica

Ovisno o veliini kidalice pogon moe biti runi, elektrini ili hidraulini

Postupak ispitivanja je:

1. Upinjanje uzorka (epruvete) to centrinije

2. Ispitivanje pod istim vanjskim uvjetima

3. Dogovor za dimenzije epruveta koje su dane u tablici

Tablica 1 Vrste epruveta za ispitivanje vrstoe

Tip

EpruvetePromjer

d0 (mm)Presjek

A0 (mm2)Duljina

l0, l1 (mm)Oznaka za

RastezanjeOznaka za elongaciju

i kontrakciju

Normalna20314200>210(x (B(0 (0 (0

Prop. dugad0A010 d0> l0+10(10 (B(10 (10 (10

Prop. kratkad0A05 d0> l0+10(5 (B(5 (5 (5

Plos. prop.dug.A011.3( A0 > l0+10(10 (B(10 (10 (10

Plos prop.krat.A05.65( A0 > l0+10(5 (B(5 (5 (5

Prelazi na epruveti moraju biti zaobljeni, bez otrih prijelaza kako bi se izbjegla lokalna naprezanja.

Uzorak koji se uzima iz materijala ne smije poremetiti strukturu materijala.

Brzina optereenja je 10 N/sek po mm2 presjeka

Temperatura ispitivanja 200C ( 50Oblik epruvete i karakteristine veliine dane su na sl. 2Na rezultatima ispitivanja treba oznaiti kojom je epruvetom ispitivano veliine su dane u tablici 1, a ako nita nije navedeno smatra se da je ispitivano normalnom epruvetom.

sl. 2 Epruveta za ispitivanje vrstoe

Karakteristini dijagrami za razne materijale dani su na sl. 3A karakteristine toke na dijagramu na slici sl. 4

sl. 3 Karakterisini dijagrami optereenja

sl. 4 Opis dijagrama naprezanja

Gdje su oznake:

Agranica elastinosti, linearni dio krivulje vrijedi Hookov zakon

( 1 )

= istezanje

( 2 )

l = relativno produljenje

= istezanje

Hooke-ov zakon =Evai do toke A

Gdje je E Youngov modul (N/mm2)

Poveanjem optereenja iznad toke A slijedi brzi porast l, krivulja se otklanja od pravca ulazimo u podruje trajnih deformacija vie ne vrijedi Hooke-ov zakon. Ako sada rasteretimo epruvetu ostati e trajno izduena, dolo je do trajne neelastine odnosno plastine deformacije.

Razmak 1 2 je skraenje epruvete nakon rastereenja. Pod optereenjem ukupna deformacija je 0 2. Pojava neelastine deformacije znai da je epruveta poela poputati. Naprezanja rastu, jer rastu optereenja za nastavak deformacija. Ako nakon rastereenja odmah opteretimo epruvetu slijedi proporcionalnost i iznad A sve do B (vrijedi pravac 1 B). Plastina deformacija epruvete ovruje epruvetu. Daljnjim poveanjem optereenja do D kada ovrenje prestaje, to je ujedno najvee optereenje Fm. Nakon toga epruveta klone i produava se uz manja sveukupna optereenja. Do Fm epruveta je bila jednolikog presjeka po cijeloj duljini nakon ega je dolo do lokalnog smanjenja presjeka (mjesto najvee slabosti). Konano u toki E dolazi do raskida epruvete pri sili Fk. Nakon raskida epruveta se smanji za elastinu deformaciju te ostaje konano trajno produljenje koje slui kao mjera za plastinost. Povrina OABDEFO integrira umnoke momentalnih sila i produljenja tokom ispitivanja rastezanja te predstavlja rad potreban da se epruveta raskine tj. radnju deformacije. Na sl. 5 je prikazan dijagram za materijal kod kojeg postoji podruje momentalnog poputanja gdje imamo:

1. Frggornju granicu razvlaenja

2. Frddonju granicu razvlaenja

Nakon pojave plastine deformacije nema vie ovrivanja.

sl. 5 Dijagram naprezanja s granicom razvlaenja

U praksi:

a) Granica proporcionalnosti A

b) Granica razvlaenja blizu A (B umjesto A)

prosjeno naprezanje na tim granicama

c) Maksimalno optereenje

d) Optereenje konanog raskida Fk

e) Produljenje l = lk l0

elongacija

kontrakcija

0.2 naprezanje kod trajnog istezanja od 0.2% kod materijala koji nemaju oiglednu granicu poputanja.

Stvarne veliine prosjenog naprezanja dane su na sl. 6

sl. 6 Dijagram stvarnog naprezanja

2. Tvrdoa

Tvrdoa je najrairenija i najsvestranija metoda ispitivanja, a razlozi su:

1. Brzo i lako se provodi

2. Ne treba posebna epruveta

3. Ne uniti se ispitivani predmet

4. Primjenjiva na vrlo malim predmetima

5. Moe posluiti za grubu ocjenu drugih mehanikih svojstava

Ne postoji jednoznana znanstvena definicija tvrdoe, nego se definira na osnovu razliitih metoda ispitivanja, kao to su:

a) Otpor protiv zadiranja tvreg predmeta u ispitivani

b) Otpor mjestiminom sabijanju

c) Otpor razmjeran elastinosti

d) Otpor protiv razvijanja trenja

Maks-ova ljestvica je bila prva definicija tvrdoe u mineralogiji (ljestvica 1 10). U tehnici se ista ne upotrebljava.

Podjela ispitivanja tvrdoe prema dinamici optereenja je :

Statika postepeno optereivanje

Dinamika naglo (udarno) optereenje

BRINELL (1849 1925)

Princip mjerenja tvrdoe po Brinellu je otpor protiv zadiranja tvreg predmeta u ispitivani, odnosno otpor mjestiminom sabijanju.

Tvrdoa se odreuje na osnovu otiska eline kuglice sl. 7(penetratora) u ispitivanom predmetu

sl. 7 Ispitivanje tvrdoe po Brinellu

D = promjer penetratora

D = promjer otiska

h = dubina otiska

Uz standardizirane vrijednosti sile i dimenzija penetratora postoje tablice pomou kojih se direktno oitava tvrdoa uz oitanje promjera otiska d.

Vano je da je vrijeme optereenja uzorka dovoljno dugo kako bi dolo do trajne deformacije uzorka.

Napomene:

a) b/d ( 10, da bi se izbjegao utjecaj podloge

b) meki metal - due vrijeme optereivanja

c) razmak izmeu dva otiska > 3d

d) razmak otiska od ruba uzorka >4d

e) d/D = 0.2 0.7

f) optereivanje (utiskivanje penetratora u uzorak) vri se postepeno

g) mjerenje d (promjera otiska) vriti u dva okomita smjera te se izrauna srednja vrijednost otiska

h) kompletna oznaka tvrdoe mjerene po Brinellu izgleda

HB5/250/30 (D = 5 mm, F = 250 N, t = 30)

i) mjerenja su korektna do tvrdoe HB = 450, a za vie vrijednosti ne zadovoljavaju zbog deformacije kuglice

Nedostaci:

a) ostaje trajni, relativno veliki. otisak

b) dubiozno vrijeme ispitivanja (optereenja)

c) ograniena tvrdoa

d) ne mjere se metali s otvrdnutom povrinom

e) nije za uske povrine

f) nije za velike predmete

Prednosti:

a) postupak je manje osjetljiv na lokalne nehomogenosti

b) postoji veza sa zateznom vrstoom (max = kHB (k je razliit za razne materijale)

VICKERS

Ispitivanje tvrdoe po Vickersu sl. 8 bazira se na istom principu kao i po Brinellu, to jest otpor protiv zadiranja tvreg predmeta u ispitivani, odnosno otpor mjestiminom sabijanju. Razlika je u penetratoru i optereenjima

sl. 8 Ispitivanje po Wickersu

Penetrator je etverostrana istostranina dijamantna piramida vrnog kuta meu suprotnim stranicama 1360 ( 30. Optereenje se kree od 10 1200 N.

Za izraunavanje tvrdoe mjeri se dijagonala otiska i to u dva okomita smjera

sl. 9 Deformacija otiska

Ukoliko je dolo do deformacije otiska sl. 9 onda se primjenjuje formula:

Napomene:

a) b/d ( 10, da bi se izbjegao utjecaj podloge

b) meki metal - due vrijeme optereivanja

c) razmak izmeu dva otiska > 3d

d) razmak otiska od ruba uzorka >4d

e) optereivanje, utiskivanje penetratora u uzorak vri se postepeno

Nedostaci:

a) metoda je osjetljiva na nehomogenosti

b) potrebno vrlo paljivo rukovanje

Prednosti:

a) neograniena tvrdoa

b) prikladno za tanke povrine

c) rezultati neovisni o optereenju

d) neznatna oteenja povrine

e) najpreciznija i najopenitija metoda

ROCKWELL

I kod ovog ispitivanja mjerenje tvrdoe bazira se na otporu protiv zadiranja tvreg predmeta u ispitivani sl. 10.

Postoje vie vrsta penetratora i optereenja i to:

Penetratori

dijamantni stoac vrnog kuta 1200 tvrdi materijali

elina kuglica (promjera 1/16, 1/8, 2.5 mm) meki materijali

Optereenja

stoac - 1500 N, 600 N, 450, 300, 150

kuglica - 1000 N (1/16, 1/8), 1875; 625; 312 N (2.5 mm)

Predoptereenje 100 N

Rezultate direktno oitavamo sa skale koja ima za:

Rockwell C (dijamantni stoac) 100 dijelova

Rockwell B (elina kuglica) 130 dijelova

Skala je duljine 200 (, a shema mjerenja je prikazana na sl. 10.

sl. 10 Ispitivanje po Rockwell-u

Penetrator se prisloni na uzorak, te se nakon toga izvri predoptereenje od 100 N. Na taj nain se izbjegne utjecaj povrinskih neravnina. Nakon toga se skala ureaja podesi na maksimum (100 ili 130 dijelova skale). Izvri se potpuno optereenje. Puno optereenje traje 3 6 sekundi. Penetrator prodire u ispitivani uzorak. Nakon skidanja punog optereenja (predoptereenje ostaje) oitava se tvrdoa materijala.

U praksi su najee ranije navedena dvije metode i to Rockwell C i Rockwell B, ali se ponekad upotrebljavaju i druge, vidi tablicu 2.

Tablica 2 Nazivi i uvjeti ispitivanja po Rockwell-u

OznakaPenetratorPredoptereenje

[N]Ukupno optereenje[N]Dijelova

skale

HRADijamantni stoac100600100

HRBKuglica 1/161001000130

HRCDijamantni stoac1001500100

HREKuglica 1/81001000130

HRVKuglica 2.5 mm1001875/625/312130

Super RockwellDijamantni stoac30450/300/150100

Izraunavanje:

Napomene:

Kao kod Brinella i Vickersa

Nedostaci:

a) grublja podjela skale

b) razliit princip od Brinella i Vickersa

Prednosti:

a) brzi postupak

b) manja priprema povrine

c) mali tragovi

d) jednostavnija provedba

e) izravno oitavanje rezultata

Knoop

Kod Knoopove metode penetrator je dijamantna piramida raznih kutova

Shore

sl. 11 Shore

Ova metoda mjerenja se bazira na elastinom odskoku elinog valjia od podloge sl. 11, odnosno povrine ispitivanog materijala. Ova metoda je pogodna za brze (i grube) metode ispitivanja u pogonu i daje orijentacione rezultate. Mora se upozoriti da se rezultati dobivaju na sasvim drugaijem efektu (elastinom odskoku) nego kod prethodnih metoda pa ih s rezervom moemo meusobno usporeivati.

Ureaj se sastoji od metalne cijevi u kojoj je metalni valji teine 2.36 g (1/12 unce) smjeten na visini 254 mm (10 ina). Nakon isputanja bati udara na podlogu i odskae. Visina odskoka mjera je za tvrdou. Skala ima 140 dijelova.

Prednosti:

a) metoda se moe provoditi na svim predmetima

b) ureaj je prijenosan

c) na ispitivanom predmetu ne ostaje otisak

MartensTvrdoa se odreuje na osnovu irine traga koji zaree dijamantni stoac vrnog kuta 900 ili 1200.

Poldi

sl. 12 Poldi

Ova metoda se bazira na mjerenju utiskivanja kuglice u ispitivani materijal sl. 12. To je usporedna metoda. Kuglica se nalazi u specijalnom leaju. Udarcem u dra kuglice silom F (prikladnim ekiem) u etalonu i ispitivanom materijalu ostaju otisci. Iz tablica tvrdoe za pojedini etalon usporedbom promjera otisaka oita se tvrdoa ispitivanog materijala.

Herbert

Tvrdoa se bazira na mjerenju trenja izmeu dva metala

3. ilavost

ilavost je takoer jedno od mehanikih svojstava, a govori nam na koji se nain materijal protivi udarnom optereenju.

Epruveta je na jednom dijelu reduciranog presjeka, kako bi se osiguralo odgovarajue mjesto prekida.

Jedna od uobiajenih metoda ispitivanja ilavosti je ispitivanje Charpy- jevim klatnom (sl. 1). Ispitivanje se svodi na mjerenje utroenog rada na raskidanje materijala. Klatno pada na ispitivani uzorak, prilikom sudara troi dio svoje energije na lom (ili ponekad samo deformaciju ) uzorka i nastavlja put u suprotnom smjeru. Oblik presjeka je razliit te moe biti sitnozrnata (ilaviji materijal) ili krupnozrnata (manje ilav materijal) struktura.

sl. 1 Izgled klatna

( 1 )

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

oblik epruvete 55x10 (10x7)

presjek loma je 0.7 cm2

ilavije

manje ilavo

EMBED Equation.3

zrnati

ilavi

t1

t2

t

R

zrnato

ilavo

l

_1035617333.doc

HRC

0.2

0

100

h

100 N

100 N

_1035620950.doc

d0

l0

l1

_1035892017.unknown

_1035892353.unknown

_1036051832.doc

H1

l0

l0

l1

l

H0

_1035621616.doc

Frd

B

Frg

E

D

C

A

_1035891265.doc

ks

k

D

E

E

D

F

_1035621471.doc

L 0

F

E

D

B

A

F

Fm

FK

Fe

l

L k

1

2

_1035617963.doc

x

_1035620356.doc

uvijanje

rastezanje

sabijanje

izvijanje

savijanje

smicanje

_1035618123.unknown

_1035617631.doc

( =1360

d

a/2

h

a

_1035617394.doc

F

etalon

uzorak

_1014206189.unknown

_1035610723.unknown

_1035617152.doc

140

0

_1014207180.unknown

_1014453705.unknown

_1014206885.unknown

_1014205768.unknown

_1014205911.unknown

_1013424779.unknown

_1013512509.unknown

_1013416731.doc

D

h

d

b