Ponasanje Metala Pri Dejstvu Spoljasnjih Sila

7/23/2019 Ponasanje Metala Pri Dejstvu Spoljasnjih Sila

1/22

Univerzitet u KragujevcuFakultet inenjerskih nauka

Predmet: Mainski materijali(AS)(I nastavna grupa kolska 2012/13 godina)

Treepredavanje 17. 10. 2012.(08-1200h, sala "A")

Predavanje pripremili:

Tema predavanja:

PONAANJE METALA PRI DELOVANJUSPOLJNIH SILA

1. Prof. dr Milorad Jovanovi2. Prof. dr Vuki Lazi

PONAANJE METALA PRI DELOVANJU SPOLJNIH SILA

PROMENE STRUKTURE METALA I LEGURA

Pojam struktura odnosi se na unutranju grau metala, odreenu tipom elementarne reetke kao ioblikom i veliinom metalnih zrna.

U tehnikoj praksi struktura se moe menjati:

1) LEGIRANJEM(metalima ili nemetalima)

2) TERMIKOM OBRADOM(normalizacijom, kaljenjem, otputanjem, ...)

3) PRERADOM NA HLADNO(presovanjem, vuenjem, ...)

4) IZRADOM MONOKRISTALA(viskera ili masivnih) i dr.

1) LEGIRANJE

Legiranjem se poboljavaju mehanike osobine metala, otpornost na habanje, koroziju, poviene isniene temperature i tsl. Samo nekoliko elemenata se primenjuje u istom obliku, kao npr. Cu, zaelektrine provodnike. U tehnici se ee primenjuju legure, npr. bakra: Cu-Ni (konstantan) za

elektrine otpornike, Cu-Pb (bronza) za leita i tsl.

Bez obzira na razloge legiranja (npr. elika) potrebno je prouiti uticaj legirajuih elemenata nastrukturu jer ona odreuje osobine (npr. Cr i Ni kod elika).

Ako se rastopljenom metalu doda drugi element mogue su dve sutinske razliite promene:

1) Atomi novog elementa obrazuju vrst rastvorsa osnovnim elementom, ali ostaje samo jednafaza1.

2) Atomi novog elementa obrazuju novu sekundarnu fazu, pored ogranienog vrstog rastvora saosnovnim elementom.

vrsti rastvori

Ako uzmemo 70 gtenogbakra-Cu i 30 gnikla-Ni, zagrevamo da se odri potpuno tean rastvorbakra i nikla. Posle sporog hlaenja, otkriemo A1 novu strukturu sa parametrima reetke "a":

nmaanma CuNi 361.0351.0 .

1Faza je homogeni deo heterogenog sistema.


2/22

2

Dobija se supstitucijski vrst rastvor, ija je struktura jaa od istog Cu i Ni, jer povezivanjenjihovih atoma poveava otpor prema klizanju.

Supstitucijski vrst rastvor

Drugi tip vrstog rastvora je intersticijski, gde su atomi locirani u intersticijama ili praznimprostorima izmeu atoma reetke. Ovakve vrste rastvore obrazuju samo elementi malog atomskogradijusa (C, N, B, H). U reetki A1 --Fe centar je prazan, tu se smeta ugljenik, a dobija se strukturazvana austenit (Grko slovo ispred simbola metala zadrava se i za vrst rastvor).

-Fe - A1 - KPC

FeFe C 727

)12( AAKPCKZC

Intersticijski vrst rastvor

Nove faze i intermedijalne faze

Ako rastopimo 70 g bakra-Cu i dodamo 30 g olova-Pb opet dobijamo tean rastvor. Posleovrivanja otkrie se dve razliite faze. Jednu fazu ine zrna bakra sa malom koliinom olova uvrstom rastvoru, a ostatak olova-Pb izluuje se u obliku malih sfernih zrna praktino istog olova.

Obe su reetke tipa A1, ali razliitih parametara ( nma Pb 495.0 , nmaCu 361.0 ). Mada ovdedodatak Pb umanjuje jainu, ova legura je pogodna za klizna leita. Pri optereenju leita, olovo seistiskuje i oblae unutranju povrinu leita filmom koji ima nizak koeficijent trenja. U ovom sluajunova faza ima istu strukturu kao novouvedeni element.

isto nova faza

Ima drukiju strukturu od oba elementa i zove se intermedijalna faza (srednja, posredna faza). Naprimer, ako dodamo 15% Sn bakru, deo Snulazi u vrst rastvor A1 faze Cu, a ostatak u drugu fazu

831SnCu . Ovo je tvrda faza potpuno razliita od Cu i Sn.


3/22

3

Po pravilu vrst rastvor je duktilniji i lake obradljiv deformisanjem, dok je dvofazna legura tvrai jaa.

2) TERMIKA OBRADA

Termikom obradom moe se menjati ne samo oblik i veliina metalnog zrna ve i tipelementarne reetke. Time se znatno poboljavaju mehanike osobine legura. Najei vidovi termike

obrade su arenje i kaljenje.O termikoj obradi bie vie rei u nastavku semestra!

3) PRERADA NA HLADNO

Izvodi se dejstvom udarnih sila (hladno kovanje) ili mirnog pritiska (duboko izvlaenje,presovanje, izvlaenje ice, toplo i hladno valjanje ploe) pri T


4/22

4

Elastine i plastine deformacije

Pri dimenzionisanju mnogih mainskih delova osnovni zahtev je da izdre predvienooptereenje bez loma i velikih deformacija. Pri optereenju metala najpre nastaju elastine deformacije, a pri porastu optereenja nastaju plastine (trajne) deformacije. I u drugoj fazi postojikomponenta elastine deformacije, koja nestaje tek pri kidanju uzorka odnosno ispitivanog dela.

Primer: za deformaciju (elastinu) mmlll 01.010001.10001 bie potrebni razliitinaponi za razne materijale.

Materijal MPa,01.0 Rm,MPa % izduenje E,MPa

Bakar 11.04 207 (velike ilavosti) 45 110400

Kaljen elik 20.70 1725 (male ilavosti) 3 207000

Staklo 6.90 69 (krt lom) 0 69000

32OAl 37.95 414 (krt lom) 0 379500

Elastino izduenje mmlll 01.001 odgovara jedininoj deformaciji:

0001.010001.00 l l

.

Veza napona i deformacija

Izmeu napona i deformacija u elastinoj oblasti vezu daje Hukov zakon: E , odnosno

E ; ( MPaECu 110400

0001.0

04.11 , MPaEcelik 207000

0001.0

7.20 ).

Plastine deformacije nastaju kad se prekorai napon na granici elastinosti (Re). Prekoraenjemgranice elastinosti zategnut uzorak je ukupno deformisan za:

lpelT .

Kad se deo rastereti elastina deformacija ( el ) nestaje (uz prasak),a ostaju plastine deformacije

( lp ).

Teko je precizno odrediti granicu izmeu ( el ) i ( lp ), posebno kod polikristala, jer pogodno

orijentisana zrna rano zalaze u zonu plastinosti, a druga jo ne. Dakle, ne moe se precizno utvrditigranian napon kad nastaju plastine deformacije. Zato je dogovorno usvojen napon koji stvaradeformacije od 0.2%, tj. 2.0002.0 mmmm . Zove se napon teenja (Rp) ili konvencionalninapon teenja (R0.2). Za neke metale, kao to je npr. niskougljenini elik, taj se napon direktnooitava sa dijagrama kidanja .


5/22

5

Procentualno izduenje

Napon Napon

formiranjevrata

prekid

elast. plast.

Procentualno izduenje

P

VP

M M

tg=E tg=E

ReH

Rm

Rp

(R0

,2)

0,2%0 0

C

C

a) b)

Dijagram - za: a) mek elik i b) tvrd elik

VANO:Pri dimenzionisanju mnogih mainskih delova osnovni je zahtev da izdre predvienooptereenje bez loma i vidljivih deformacija. Pri optereenju metala naponi Re, odnosno R0.2 (Rp0.2)

slue za proraun mainskih delova, jer to odreuje doputeni napon

2.0Rd , gde je - stepen

sigurnosti.Svi mainski delovi rade u oblasti elastinih deformacija.

Kako napon utie na oblik i veliinu zrna moe se pokazati metalografskim ispitivanjimastrukture nedeformisanog i plastino deformisanog tapa.

Metalografski snimci nedeformisanog i deformisanog tapa

Izmeu atoma neoptereenog uzorka, postoji odreeno ravnoteno rastojanje. Pri optereenju ovase rastojanja menjaju i dolazi do klizanja (bez odvajanja) jednih delova kristalne reetke preko drugihPoto se gornja zrna izduuju, a srednja ostaju nepromenjena, dolazi do klizanja bez odvajanja jednogdela reetke u odnosu na drugi. Otkriveno je da klizanje poinje u nekim zrnima pre nego u drugim,ak ako su druga pod veim aksijalnim naponima. Re je o najpogodnijoj orijentaciji zrna za klizanje(preferirana orijentacija zrna u odnosu na aksijalni napon 0 ).

Nedeformisana zrna


6/22

6

Najpre treba prouiti osnove plastinog deformisanja kristalnih materijala koje moe nastati nadva naina:

klizanjemi

dvojnikovanjem.

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

Ravniklizanja

Ravanklizanja

Ravnidvojnikovanjadvojnik

a)

b)

Deformisanje kristala: a) klizanjem, b) dvojnikovanjem


7/22

7

Kod klizanja atomski slojevi se pomeraju za parametar kristalne reetke "a", dok koddvojnikovanja pomeranje raste sa udaljenjem od ravni dvojnikovanja, tj. srazmerno je udaljenju odravni dvojnikovanja.

Kod reetki A2, A3 dvojnici se formiraju pri kovanju, a kod A1 pri arenju hladno deformisanestrukture (rekristalizaciono arenje).

Klizanje posmatrano u elementarnoj reetki nastaje u ravnima i pravcima najvie posednutim

atomima. Kad u tim ravnima i pravcima, napon smicanja dostigne kritinu vrednost ( kr ) poinjeklizanje.

U elementarnim kristalnim reetkama (A1, A2, A3) moe se definisati odgovarajui broj ravni ipravaca klizanja iji proizvod daje sisteme klizanja.

Reetka A1 (KPC) ima u jednoj ravni klizanja (111) tri pravca klizanja , to daje trisistema klizanja (Poto ravni tipa (111) ima 4 bie 12- sistema klizanja).

x

z

y

(111)

[101][110]

[011](111)

Pravci i ravni klizanja u povrinski centriranoj kubnoj reetki (A1)

Reetka A2 (KZC) ima u jednoj ravni klizanja (011) 2 pravca klizanja tj. dva sistemaklizanja (Poto takvih ravni ima 6bie 12- sistema klizanja).

(VANO! zagrevanjem na T>727C reetka FeFe , tj. 12 AA sa 2 na 3 sistemaklizanja - lake kovanje!).

x

z

y

(110)

[111]

[111]

Pravci i ravni klizanja u prostorno centriranoj kubnoj reetki (A2)

Reetka A3 (HGP) ima jednu ravan klizanja (0001) i 3 pravca klizanja , znaiklizanjasistemapravca 331 .


8/22

8

Pravacklizanja

Ravanklizanja

Pravacklizanja

Pravacklizanja

Pravci i ravni klizanja u heksagonalnoj gusto pakovanoj reetki (A3)

Vidi se da najlake klizaju kristali sa reetkama A1 i A3!

Teorijski napon klizanja elementarne reetke

Najpre emodefinisati:

Normalni napon: )(,presekapopr.povr.po

sila 2

0

mmNMPaS

Fm .

Smiui napon: )(,presekapopr.povr.tangentna

sila 2

0

mmNMPaS

Ft .

Relativna deformacija: (-)duinapocetna

duinepromena

0l

l .

Hukov zakon: E ; G ,

gde su:E-modul elastinosti(vai za zatezanje, pritisak i savijanje),

G- modul klizanja (vai za smicanje i uvijanje) i

- klizanje.

)1(2

EG (- Poisson-ov koeficijent).

Pored modula elastinosti(E) i modula klizanja(G) ree se koristi izapreminski modul(K):

3(1 2 )

EK

, gde

pK

V

pokazuje smanjenje zapremine pri dejstvu svestranog

(hidraulinog) pritiska ( je Poasonov koeficijent).Ova tri koeficijenta elastinosti E, G, K pokazuju kako materijal reaguje na naponsko

deformaciono polje, zavisno od Poasonovog koeficijentax

y

. (Elastina deformacija x

poklapa se sa pravcem dejstva sile, a y je upravna na tu silu).

Poasonov koeficijent iznosi: za ugljenini elik 0.33, za LG 0.21 do 0.30 i za Al i njegovelegure 0.31 do 0.34 i tsl.)


9/22

9

l

F

F

ll

0

l

F

F

x

Ilustracija normalne deformacije Ilustracija smiue deformacije

GtgGl

xG ( uglovemalezatg ).

Svakoj grupi materijala odgovara (E)koji pokazuje jainu veze izmeu atoma kristalne reetke.

Materijal Modul elstinostiE,MPa

Poasonov koeficijent, -

Modul klizanjaG,MPa

Ugljenini elik 200000 0.33 75800

Austenitni elik 193000 0.28 65600

Legure aluminijuma 72400 0.31 27500

Bakar 110000 0.33 41400

Magnezijum i njegove legure ? 0.29-0.35 ?

Nikal ? 0.31 ?

Titan 117000 0.31 44800

Molibden ? 0.32 ?

Volfram 400000 0.27 157000

?- Vebanje: Popuniti tablicu (koristitiMainski materijali, M. Jovanovi i dr., MF Kragujevac, 2003.).

Zapaeno je da modul elastinosti (E) monokristala zavisi od pravca u reetki. Npr. Fe (A2) -

KZC MPaE 283000]111[ , MPaE 124000]110[ , tj. re je o anizotropiji.

Meutim kod polikristala hiljade i hiljade zrna su razliite orijentacije pa se dobija srednjavrednost MPaE 207000

. Zato se kae da su monokristali anizotropni (zavise od pravca), apolikristali izotropni.

Teorijski napon klizanja elementarne reetke

Ovaj napon se moe odrediti na osnovu meuatomskih privlanih sila u elementarnoj reetki.Ako sila F pomeri atom za 2/ax , dolazi do pomeranja atoma za jedan ili nekoliko parametara "a".


10/22

10

Pri 4/ax dobija se F= Fmax. Stoga se sila F menja po zakonu:a

xFF 2sinmax , a smiui

napon:a

xA 2sin , gde je A-amplituda napona ( maxA ).

Iz Hukovog zakona sledi:

a

xGG

Diferenciranjem uokvirenih izraza po )( :

a

x

aA

x

2cos2

;a

G

x

Usvajanjem x= 0 sledi:a

G

aA

2, odnosno:

2maxG

A .

Za Fe G 70000 MPa, odnosno MPaFe 100002

70000max

(100 do 1000 puta vee od realnog zbog

defekata kristalne reetke!).

Kritini razloeni napon klizanja

Pri ispitivanju na zatezanje ipki monokristala cinka (A3) uoene su velike razlike u aksijalnomnaponu ( 0 ) koji dovodi do klizanja. U svim sluajevima klizanje nastaje u ravnima 0001 reetkaA3. Za svaki uzorak randgenskim zracima utvren je poloaj bazalne ravni i pravaca klizanja.

Normalni napon u ravni S0je:

0

0

S

F ; cos10 SS ;

cos

01

SS ; cos FFt .

Smiui napon u ravni S1(0001):

coscos

cos

cos

001 S

FS

F

S

Ft

; 0max 2

1 za 45 .


11/22

11

Uzorci koji poinju klizanje pod najmanjim normalnim 0 , imaju ravni klizanja i pravac pod 45(pri livenju svaki od uzoraka ima te ravni razliitih nagiba).

0 30 60 900

0.25 0

0.50 0

0.75 0

1.00 0

Tok normalnog i smiueg napona u zavisnosti od ugla pri jednoosnom zatezanju

Eksperimentima na veem broju monokristala dobijaju se razliiti naponi 0 ali uvek iste

vrednosti komponente koja se zove kritini razloeni napon klizanja kr .

Kao primer naveemo rezultate ispitivanja 4 monokristala magnezijuma (Mg) cilindrinogoblika. Za poetak klizanja uzima se trajna deformacija od 0.2%. Metodama rendgenografijeodreenisu uglovi i .

Monokristali Napon teenja, 2/ mmg coscos0S

F , 2/ mmg

1 200 (2MPa) 45 54 83

2 230 (2.3MPa) 30 66 81

3 400 (4MPa) 60 66 81

4 1000 (10MPa) 70 76 83

razlike su u granicamaeksperimentalne

greke

MPakr 82.0

Dakle, velike razlike u 2.0 - naponu teenja su posledica razliitih orijentacija ravni i pravca

klizanja u odnosu na osu uzorka, tj. pravca dejstva sile (za Mg E= 41000 MPa, = 0.3 G= 15770MPa).

Metode ispitivanja mehanikih osobina

VANA NAPOMENA: Detaljnije pogledati u knjizi Mainski materijali, M. Jovanovi i dr.,MF Kragujevac, 2003. Ova tema e biti detaljnije obraena na laboratorijskim vebama. Uprezentaciji predmetnog nastavnika prof. dr Vukia Lazia i na samom predavanju su u skraenojformi objanjene najvanije metode mehanikih ispitivanja. Takoe, na moodle portalu Mainskogfakulteta u Kragujevcu, u okviru treeg predavanja spomenutog nastavnika, dati su opirniji materijali,kako naih tako i drugih autora, vezani za temu ovog predavanja.


12/22

12

Uglavnom se ovde ubrajaju:

Jaina;

Tvrdoa;

ilavost,

Dinamika izdrljivosti tsl.

Ispitivanje ilavosti

ilavost4 je veoma vana osobina pri dinamikim optereenjima. U tehnici se ilavost ispitujepomou arpijevog klatna na uzorku dimenzija 101055 mmsa lebom od 2 mmna sredini.

arpijevo klatno za ispitivanje ilavosti

Standardni oblici i mere epruveta: a) sa U- zarezom dubine 5 mm; b) sa zarezom u obliku kljuaonicedubine 5 mm; c) sa V- zarezom.

4ilav i krt lom po ideji lomljenja tapa preko kolena (vrbov prut ilav, jasenov - krt).


13/22

13

Oznaava se sa:

KU za U- leb dubine 5 mm;

KV2 za V- leb dubine 2 mm;

KCV za V- leb (30-80J/cm2)

Kod metala sa kristalnim reetkama A2 i A3 ilavost naglo pada sa sniavanjem temperature

(elik, Mg, Zn), a kod metala reetke A1 (austenitni elici, Al, Cu) neznatno.

Krt ilav

Materijali velike jaine

Prelazna temperatura

ReetkaA1

Metali reetke A2,keramika, polimeri

Temperatura

Energijaudara

Zavisnost udarne ilavosti od temperature za razliite materijale

Detaljnije prouavanje krtog loma poelo je posle havarije brodova Liberty1943. godine u luciAntverpen (Belgija) (proizvedeno 5000 brodova, kod etvrtine su uoene prsline u toku eksploatacije,a kod nekih dolo je do prelamanja trupa na dva dela u samoj luci!).

Ustanovljeno je da lebovi, navoji, rupe, avovi zavarenih spojeva i tsl. dovode do koncentracijenapona (k=3n, n< eH). Koncentrator napona kod ilavih materijala izaziva plastinu deformaciju itime rastereenje ( elE , 0el ). Kod krtih materijala nema poputanja, ve nastaje prslina

koja se dalje iri. Radi detaljnijeg prouavanja ovih problema uvodi se: ilavost loma mMPaKIC, .

Metodima ultrazvunog i radiografskog ispitivanja bez razaranja mogu se otkriti samomikroprsline vee od 0.51 mm, te se manje greke moraju tolerisati, ali i propisati koliki je maxkoji ih,za dati materijal, nee iriti.

Napon koji iri prslinu f i ilavost loma KICpovezani su izrazom:

IC

f

aY K

W

a

,

gde je:

a-duina ivine prsline (1/2 duine za centralnu prslinu);

Y (a/W)- faktor oblika zavisan od geometrije konstrukcionog dela (detaljnije vidi u osnovnoj idopunskoj literaturi).

Jaina materijala pri dinamikom optereenju

Delovi optereeni ciklinim ili ponavljanim naponima lome se pri naponima ispod R0.2. Ciklinopromenljivi naponi mogu bitijednosmerno promenljivii naizmenino promenljivi.

Na donjoj slici je prikazan jedan ciklus promenljivog optereenja, karakteristian odnosom./ minmax


14/22

14

Periodino promenljivo optereenje

Osnovne vrste promenljivog optereenja

Kada su naponi max i min manji od R0.2,deformacije e biti elastine pa do loma dolazi usledzamora zbog velikog broja ciklusa optereenja. Ispitivanja se izvode sa nekoliko stotina do vie hiljada

ciklusa u minutu. Ureaji za ispitivanje zovu sepulzatori specijalni visokofrekventni ureaji.Ako se uzme 2.0R do loma dolazi pri relativno malom broju ciklusa optereenja

(niskociklini zamor, frekvencija nekoliko desetina do nekoliko stotina ciklusau minuti).

Bez obzira da li je re o niskociklinomili visokociklinom zamoru, dinamika vrstoa(jaina,izdrljivost) je funkcija broja ciklusa - N, tj. svakom naponu iodgovara broj ciklusa - N ipri komenastupa lom. Granina vrednost 2.0max R kad materijal izdrava beskonano mnogo ciklusaoptereenja definie se kao dinamika izdrljivost(vrstoa, jaina) - (RD).

Kriva )(Nf zove se Velerova kriva. Na njoj, broj ciklusa N 100 odgovara niskociklinom

zamoru, a RD odgovara visokolciklinomzamoru N= 106-108ciklusa.


15/22

15

104 105 106 107 108Broj ciklusa, N

Dinamikavrstoa

Legura aluminijuma(termiki obradjena)Legura aluminijuma

(4%Cu, 0.6%Mn, 1.5%Mg)

elik (0.4%C, 0.7%Mn, 0.25%Si, 1.85%Ni, 0.3%Cr, 0.25Mo)

Napon

,MPa

100

200

300

400

500

600

700

a

b

Velerova kriva: a) zaelik i b) za legure aluminijuma (Al-Cu)

Kod legura aluminijuma RDse vezuje za N jer nema asimtotskog dela krive -N. Ovde se daje

odgovor na pitanje koliko ciklusa izdrava legura Al sa zadatim veliinama sri a(vidi donju sliku).

Velerova kriva: a) za elik i b) za legure aluminijuma (Al-Cu)

Uopte se priblino (za razliite materijale)usvaja odnos: 25.045.0 m

D

R

R.

Na dinamiku izdrljivost utiu:

koncentratori napona (efekat zareza);

povrinska hrapavost;

zaostali naponi (pritisni-povoljni, zateui-nepovoljni!);

koroziona sredina (elektrohemijska i gasna korozija).

Keramika i neke vrste stakla podleu statikom zamoru. Odolevaju izvesno vreme statikomoptereenju, a onda propadaju zbog atmosferske vlage, aerosola i povrinskih napona.


16/22

16

Zamorni lom zapoet na lebu za klin (donji deo) i zamorni nasilni lom (gornji deo)

Ponaanje metala na povienim temperaturama

Mehanike osobine R0.2, Rm, A, Z, KV, HB odreuju se na sobnoj temperaturi - T0, iako mnogidelovi rade na povienoj, visokoj i snienoj temeperaturi. Zato se izvode i ispitivanja na timtemperaturama:

- sa velikim brzinama optereenja

- sa malim brzinama optereenja

Prvo je isto kao na sobnoj temperaturi s tim to se uzorci direktno greju i dobijaju: R0.2, Rm, A, Z= f(T).

Vanija su ispitivanja sa malim brzinama i razliitim = const


17/22

17

Vreme, (Log t)

Ukupnoizduenje,

Prekid

PrekidNajvii napon ilitemperatura

Srednji napon ilitemperatura

Nizak napon ilitemperatura

Faza I

Faza II

Faza III

t

t

Tipine krive puzanjaSa slike se mogu uoiti tri faze puzanja karakteristine za srednji nivo napona i srednju tempe-

raturu: u fazi I teenje se odvija ubrzano, u fazi II puzanje je ustaljeno, a u fazi III puzanje je opetubrzano i prethodi lomu.

Iz dijagrama puzanja uglavnom se odreuju tri karakteristine veliine:

Jaina napuzanje, tj. napon koji, pri datoj temperaturi, dovodi do minimalne brzine puzanja, Trajna jaina na puzanje, tj. napon koji posle odreenog vremena dovodi do loma pri datoj

temperaturi i

Brzina puzanja pv t

, koja omoguuje proraun vremena rada dela do pojave velikih

deformacija. Nagib krive u fazi II definie minimalnu brzinu puzanja.

Na osnovu krivih puzanja za razliite = const i T = const i pv t

(II faza) crta se log-logvp.

Dijagram log napon log minimalna brzina puzanja za nerajui elik (razliite temperature)

Korist odovih dijagrama se ogleda u tome, to se sa njih oitavaju: jaina na puzanje (napon pridatoj temperaturi -T koji daje vpmin) i trajna jaina (napon koji nastaje posle odreenog vremena t pridatoj temperaturi T).


18/22

18

Uticaj temperature na vreme prekida (loma) i napon pri puzanju

Pojava koja prati puzanje je relaksacija napona, tj. prelazak elastinih deformacija u plastine.Ukupna deformacija je:

lpelT i elE . Zbog zagrevanja opada modul elastinost -E,

plastine deformacije prelaze u elastine -lpel

i smanjuju se zaostali unutranji naponi nastali pri

preradi metala (npr. livenjem, zavarivanjem i tsl.). Oni su posledica neravnomernog temperaturskogpolja ili preobraaja faza, a ne spoljanjeg optereenja.

Deformaciono ojaanje, oporavljanje i rekristalizacija

Ako se metal kuje, presuje, izvlai ili vue (ica) pri T=T 0 ili T 100ppm)Tr

(0.5-0.6) Tt -za legure tipa vrstog rastvora

Tt- temperatura topljenja, K.

Pri hladnoj obradi zrna se izduuju u pravcu dejstva sile, a skupljaju popreno. Dakle, pri

hladnom deformisanju metal otvrdnjava, tj. deformaciono ojaava. Npr. ako se bakarna ipka jaineMPaRm 200 izdui za 30% dostie MPaRm 320 , ali se plastinost smanjuje sa %425A na

%185A , ili Fe bez deformacije MPaR 2402.0 , a posle deformacije MPaR 3702.0 , a%505A pada na %305A . Znai betonsko gvoe se ne istee samo radi ispravljanja iz koturova!


19/22

19

Krupna, ravnoosna zrna sa nekoliko dislokacija, malejaine i dobre plastinosti, i visoke elektrineprovodljivosti

Izduena zrna sa velikim brojem jednoobraznihdislokacija, velike jaine i niske plastinosti, i niskeelektrine provodljivosti

Sitna, ravnoosna zrna sa nekoliko dislokacija, malejaine i dobre plastinosti, i visoke elektrineprovodljivosti

Izduena zrna sa umreenim dislokacijama, visokejaine i dobre plastinosti, i visoke elektrineprovodljivosti

a) b)

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

a) b)

Mikrostruktura i oblik zrna: a) nedeformisani sistem, b) deformisani sistem


20/22

20

Mikrostruktura plastino deformisanog dela

Pri preradi na toplo ( rTT -kovanje, presovanje, nema deformacionog ojaanja!). Deformaciono

ojaanje moe se dokazati testom zatezanja arenog ugljeninog elika ( 690/345/2.0 mRR ). Ako na

uzorak delujemo silom na kidalici: 00 552 SSF , pa izvadimo uzorak i ponovo zateemo

dobija se 02.0 552 SR .

A B

345

552

Izduenje

Naponteenja

Naponteenja

Isti nagibali viinapon teenja

Na

pon,MPa

Ojaanje elika na hladno

Fiziko tumaenje: Pri naponu AR 2.0 iscrpljene su sve ravni podobne za klizanje. Za

klizanje u drugim ravije orijentisanim ravnima potreban je vii napon 0 (vidi napred razloeninapon klizanja).

Oporavljanje i rekristalizacija

Ponekad je hladnootvrdnjavanje nepoeljno kao pri: viestrukom vuenju ica kroz kalibrisane

rupe, viestruko valjanje limova, otvrdnjavanje bakarnih podloki (zaptivai i sl.). Posledicedeformacionog ojaavanja se mogu ublaiti:

Oporavljanjem(deformaciono ojaan materijal zagreva se do top TT )3.02.0( ) i

Rekristalizacijom ( tr TT 55.0 za legure tipa vrstog rastvora).

Pri oporavljanju ( CTop180 za meki elik) dolazi do deliminog poputanja zaostalih napona i

ispravljanja kristalne reetke.


21/22

21

Pri rekristalizaciji - arenju rTT formiraju se nova ravnoosna zrna umesto deformisanih, aojaanje se gotovo potpuno eliminie i (HB, Rm, A i Z) poprimaju poetne vrednosti.

a)

b)

c)

Sopstvenizaostalinaponi

Duktilnost

Tvrdoa

Jaina

Nova zrna

Oporavljanje

Rekrista-

lizacija Porastzrna

Hladnodeform. zrna

Poveanje temperature

Jaina,tvrdoa,

duktilnost

Veliinazrna

Rasporeivanje dislokacija: a) pre oporavljanja, b) posle oporavljanja, c) sumarni efekat arenja, oporavljanja irekristalizacije

esto se izvodi potkristalizaciono arenje pri temperaturama neto manje od temperaturerekristalizacije; omekavaju membrane, zaptivke, podmetai od legura Cu, da se vaspostave zaptivnasvojstva i elastine osobine. Takoe se ovako oporavljaju bakarne opruge koje su izgubile elastinost.

PITANJA:

1. Elastine i plastine deformacije kristalnih materijala.

2. Hukov zakon za sluaj normalnih i smiuih napona.

3. Kritian komponentan napon klizanja i napon teenja.

4. Klizanje i struktura kristalne reetke.

5. Opisati plastinu deformaciju klizanjem i dvojnikovanjem.

6. Tehniki i stvarni dijagram -.

7. Objasniti deformaciono ojaanje metala.

8. Udarna ilavost i ilavost loma.

9. ta je dinamika izdrljivost i kako se odreuje?

10.Puzanje i relaksacija.

11.Prelazna temperatura, krt i ilav lom.

12.Prerada na hladno, oporavljanje i rekristalizacija.

13.Uticaj uslova optereenja na osobine metala.

Vano: Zatamnjena pitanja se detaljnije prouavaju uokviru laboratorijskih vebii nee biti postavljana naprvom kolokvijumu.


22/22

I Nastavna grupaFakultet inenjerskih nauka

Predmetni nastavnik

17. 10. 2012. Dr Vuki Lazi, red. prof.

Documents

Ponasanje Metala Pri Dejstvu Spoljasnjih Sila