Seminarski rad

Ispitivanje zatezanjem i ispitivanje žilavosti

1.Ispitivanje udarne žilavosti (energije loma)

Jedan od najstarijih proba za utvrđivanje ponašanja materijala u eksploatacionim uslovima je ispitivanje udarne žilavosti.Ispitivanje udarne žilavosti predstavlja vrlo prosto, brzo, jeftino ali i veoma pouzdano utvrđivanje svojstava materijala i njegovog stanja pri normalnim, povišenim, ili sniženim temperaturama.Udarna žilvost se izražava kao utrošena energija za deformaciju i lom zarezane epruete ispitivanjem na savijanje-udarom.Za određivanje energije udara dinamičkim dejstvom sile, odnosno ispitivanje udarne žilavosti, najviše se koristi Šarpijeva (Charpy) metoda.

Postupak ispitivanja:

Eprueta sa zarezom na sredini se položi na dva oslonca.Ispitivanje se vrši lomljenjem uz pomoć klatna, koje na svom kraju ima teg u obliku noža.Ispitivanje se sastoji u tome što se eprueta lomi jednim udarom klatna, pri čemu se udar vrši u pravcu zareza, ali sa suprotne strane.Mjeri se utrošena energija kao razlika potencijalne energije klatna u radnom položaju i potencijalne energije nakon lomljenja epruete.To je, u stvari, rad potreban za lomljenje uzorka ili udarna žilavost datog uzorka.

-tijelo uređaja sa postoljem (1), -osovinu sa ležajevima (2), -polugu ili šipku klatna (3), -teg ili malj (4), -element za blokiranje klatna u početnom položaju –visina h1(5), -epruvetu (6), -oslonce epruvete (7) i

-skalu 8.

Sl.1

Sl.2

Vrijednost udarne žilavosti (energije loma) izračunava se na osnovu izraza:

KU ili KV=U1-U2=G*R*(cos Α2-cos A1)

Gdje je:KU- udarna žilavost na epruetama sa U-zarezomKV- udarna žilavost na eprueti sa v-zarezomU1- početna energija udara, JU2- neutrošena energija udara, JG*R- konstanta klatnaG- masa malja, kgR- poluprečnik putanje klatnaA1- početni ugao klatnaΑ2- ugao otklona klatna poslije preloma epruete.

Uzorci od kojih se izrađuju epruete uzimaju se sa karakterističnih mjesta u materijalu.Pravac i njihov smjer u osnovu na pravac prerade određen je maksimalnim naprezanjem

Sl.3 Oblici i dimenzije epruete za ispitivanje udarne žilavosti date su na slici 4.

Sl.4

Pri izradi eprueta posebnu pažnju treba obratiti na izradu zareza, kako u pogledu tolerancije izrade, tako i u pogledu hrapavosti.Zarez mora biti čisto i tačno obrađen, tj. u njima ne smije biti nikakvih riseva.

Izmjerena utrošena energija loma po jedinici površine poprečnog presjeka epruete određuje udarnu žilavost KV.Energija loma izražava se u J (Džuloma).

Rezultati ispitivanja udarne žilavosti na različitim temperaturama pokazuje da temperatura bitno utiče na udarnu žilavost metala i legura.Na visokim temperaturama utrošena energija udara na prelom epruete je velika, međutim na niskim temperaturama čak i kod relativno plastičnih materijala za prekid epruete utrošena energija udara je mala.Na visokim temperaturama materijal pokazuje svojstva plastičnosti, uočava se jako izražena deformacija na mjestu prekida epruete, a površina preloma pokazuje sitnozrnatu-vlaknastu strukturu i bez sjaja je.Na niskim temperaturama materijal je krt, ne uočavaju se znaci deformacije na mjestu prekida, a prelomna površina ima krupnozrnatu strukturu i svjetliju boju.Temperatura na kojoj materijal iz plastičnog prelazi u krti lom naziva se prelaznom temperaturom.

Sl.5

Svi materijali nemaju prelaznu temperaturu.Metali sa KPC rešetkom (Al, Cu i njihove legure) zadržavaju svojstva plastičnosti čak i na veoma niskim temperaturama.Metali sa KZC i HGP rešetkom (čelik, Zn i njihove legure) prelaze iz plastičnog u krti lom sa opadanjem temperature.

2.Ispitivanje zatezanjem

Ispitivanje zatezanjem je najznačajniji način ispitivanja materijala u cilju određivanja mehaničkih svojstava materijala, kao što su svojstva čvrsoće: napon tečenja Re i zatezna čvrstoća Rm.Jednovremeno sa ispitivanjem svojstava čvrsoće možemo dobiti i podatke o mogućnosti deformisanja materijal: izduženje A i suženje Z.

Ispitivanje zatezanjem izvodi se na mašini za ispitivanje zatezanja koja treba da obezbjedi ravnomjerno prenošenje sile na epruetu uglavljenu u čeljusti mašine.Mašine na kojima se vrši ovo ispitivanje zovu se kidalice.Mogu biti na:hidraulični pogon i mehanički pogon.

Za ispitivanje zatezanjem potrebno je izraditi epruetu.Epruete mogu biti različitih dimenzija i različitih poprečnih presjeka: kružnog, pravougaonog i kvadratnog.Sl.7

Sl.6

Kružni presjek

Kvadratni presjek

Pravougaoni presjek

Sl.7Ispitivanje zatezanjem ponekad se izvodi na gotovim elementima i dijelovima konstrukcija,koji su pri eksploataciji izloženi zateznim naprezanjima,da bi im se ustanovila nosivost,odnosno sila potrebna da izazove prekid.Po pravilu,naročito za tačnija ispitivanja,od materijala ili elemenata koji se ispituje,izrađuju se epruvete cilindričnog ili prizmatičnog oblika.Srednji dio epruvete ima manju površinu poprečnog presjeka od glava (krajeva) kako bi se osiguralo da prekid nastane u srednjem – mjernom dijelu.

Ispitivanje zatezanjem, u poređenju sa ostalim statičkim postupcima ispitivanja čvrstoće, pruža najpotpuniju sliku o mehaničkim svojstvima metala, pa se stoga najčešće primjenjuje.

Mašina na kojoj se vrši ispitivanje prikazana je na slici 8.

Sl.8

Mašina na slici opremljena je: uređajem za pričvršćivanje, koji omogućuje lako i jednostavno rukovanje, a da pri tome onemogući klizanje krajeva epruete; uređajem da se opterećenje postiže mirno, bez udara i da se može u svakom trenutku očitati vrijednost sile sa potrebnom tačnošću; uređajem za regulisanje brzine opterećenja.

Rezultati koji se dobiju ispitivanjem su:

Zatezna čvrstoća-R je maksimalni napon koji može da podnese jedan material prije nego što dođe do loma (kidanja).

Granica razvlačenja-R je napon pri kojem dolazi do naglog prelaska iz elastičnog u plastično područje, kod materijala koji pokazuju tu pojavu.

Gornja granica razvlačenja-R predstavlja najveći napon prije prvog opadanja sile uz istovremeni porast izduženjaDonja granica razvlačenja-R predstavlja najmanji napon u području tečenja, pri čemu se zanemaruju početni polazni efekt.Tehnička granica razvlačenja-R je napon pri kojem trajno-plastično izduženje iznosi 0,2% prvobitne mjerne dužineGranica elastičnosti-R je granični napon nekog materijala od kojeg ne nastaju trajne deformacijeGranica proporcionalnosti-R je najveći napon pri kome još postoji proporcionalnost između napona i jediničnog izduženjaModul elastičnosti-E predstavlja odnos napona prema jediničnom izduženju u područiju elastičnosti

ili

Trenutno izduženje-svedeno na prvobitnu mjernu dužinu, predstavlja jedinično izduženje i može biti elastično i plastično.

Trajno izduženje-definiše se kao procentualno izduženje poslije prekida epruvete

Trenutno suženje poprečnog presjeka:

Trajno suženje:

Na vježbama smo obradili ove epruete sa ovim dimenzijama:

Dimenzije epruete nakon ispitivanja:

Sila usljed koje je došlo do prelaska iz elastičnog u plastično područje za slučaj 1. je 50 KN, a sila kidanja je 53,9 KN.Sila usljed koje je došlo do prelaska iz elastičnog u plastično područje za slučaj 2. je 50,05 KN, a sila kidanja je 53,7 KN.

Razlika površine poprečnog presjeka za slučaj 1. je 3,2 mm.Razlika površine poprečnog presjeka za slučaj 2. je 4,4 mm.

Izduženje epruete za slučaj 1. je 7,5 mm.Izduženje epruete za slučaj 2. je 7,5 mm.

Ponašanje materijala pri ispitivanju može se pratiti na dijagramu kidanja a taj dijagram se naziva Hukov dijagram.Sl.9

Sl.9