3. Kolokvij Skripta PDF

3.1 UVOD 3.2 STATIČKO VLAČNO ISPITIVANJE Nacrtajte kvantitativne dijagrame naprezanja – istezanje za meki i tvrdi čelik prema podacima s vježbi *dodati Rk, Rel, Reh, Rm (od dolje prema gore) Rk – konačno naprezanje...

3.1 UVOD 3.2 STATIČKO VLAČNO ISPITIVANJE Nacrtajte kvantitativne dijagrame naprezanja – istezanje za meki i tvrdi čelik prema podacima s vježbi *dodati Rk, Rel, Reh, Rm (od dolje prema gore) Rk – konačno naprezanje ReL – Donja granica razvlačenja ReH – gornja granica razvlačenja Rm – vlačna čvrstoća Koja mehanička svojstva utvrđena statičkim vlačnim pokusom pokazuju deformabilnost materijala? (simbol, izraz, jedinica) - Istezljivost - A = eu * 100, % 𝑆𝑜−𝑆𝑢 - Kontrakcija (suženje) - 𝑍= ∗ 100, % 𝑆𝑜 Izračunajte koliko je istezanje čeličnog štapa u odnosu na bakarni uz jednako naprezanje u vlačnom području Izračunajte produljenje i istezanje čelične normalne kratke epruvete (d0 = 20mm) napregnute sa 315 N/mm2 u elastičnom području Normalna kratka čelična epruveta (d0 = 20mm) produljila se za 0,2mm. Kolikim naprezanjem je bila napregnuta ako je po rasterećenju produljenje isčezlo? Na normalnoj dugoj čeličnoj epruveti (d0 = 20mm) utvrđeno je istezanje e= 0,001 mm/mm u elastičnom području. Izračunajte pripadno naprezanje i produljenje Prilikom statičkog vlačnog pokusa čelična normalna epruveta (d0 = 20mm) opterećena je silom od 15,7 kN. Izračunajte naprezanje i istezanje u tom času ako je nakon ispitivanja utvrđeno da se epruveta nije trajno produljila Kratka aluminijska epruveta (početni promjer d0 = 12mm) produljila se za 0,12mm. Utvrdite naprezanje u tom času ako je nakon rasterećenja produljenje isčezlo Izračunajte produljenje i istezanje bakarne normalne (d0 = 20mm) duge epuvrete napregnute s 157,5 N/mm2 u elastičnom području Što je modul elastičnosti? O čemu ovisi ta veličina? Hooke-ov zakon: s = E * e E = s / e E – modul elastičnosti ili Young-ov modul, N/mm2 - Svojstvo materijala ovisno direktno o jačini veze između atoma i/ili molekula u kristalnoj rešetki ili amorfnoj strukturi 3.2.1 Konvencionalna granica razvlačenja Rp0,2 Objasnite razliku između granice razvlačenja i konvencionalne granice razvlačenja - Granica razvlačenja je izražena samo kod mekog čelika jer je samo kod mekog čelika diskontinuiran prijelaz iz područja elastičnih u područje elastično-plastičnih deformacija - Kod materijala bez izražene granice razvlačenja se uvodi konvencionalna granica razvlačenja Rp0,2. To je ono naprezanje koje nakon rasterećenja izaziva trajnu (plastičnu) deformaciju od 0,2% 3.2.2 Oblici i dimenzije epruveta Okrugla duga – L0 = 10 * d0 Okrugla kratka – L0 = 5 * d0 Plosnata duga – L0 = 11.3 * sqrt(S0) Plosnata kratka – L0 = 5.65 * sqrt(S0) 3.3 TVRDOĆA - tvrdoća je otpornost materijala prema prodiranju drugog, znatnije tvrđeg tijela 3.3.1 Brinellova metoda Kod Brinellove metode penetrator je kuglica od tvrdog metala promjera D koja se utiskuje silom F u površinski sloj materijala. U materijalu ostavlja otisak oblika kalote promjera baze „d“ i dubine „h“ Što je „stupanj opterećenja“ kod Brinellove metode? Čemu služi ta veličina? - Pošto je rezultat mjerenja kod Brinellove metode ovisan o primijenjenoj sili, pravilan izbor sile (F) prema veličini kuglice (D) reguliran je izrazom: 𝐹 ∗ 0,102 𝑋= 𝐷2 F – sila kojom je opterećena kuglica, N D – promjer kuglice, mm 128 HBW 10/3000/15 128 – iznos tvrdoće 10 – promjer kuglice D, mm 3000 * 9.81 – sila utiskivanja F, N 15 – vrijeme utiskivanja t, s Prednosti Brinellove metode: - Lako mjerenje veličine otiska, dovoljna je mjerno povećalo - Metoda je selektivna – mjerno područje od 0 – 650 za kuglicu od tvrdog metala - Jednostavna priprema površine – dovoljno je i grubo brušenje Nedostaci Brinellove metode: - Ne mogu se mjeriti materijali visoke tvrdoće - Tvrdoća je ovisna o opterećenju, pa prema stupnju opterećenja „X“ treba izabrati odgovarajuću silu - Otisak je relativno velik pa funkcionalno ili estetski nagrđuje površinu 3.3.2 Vickersova metoda Opišite ukratko Vickersovu metodu za mjerenje tvrdoće Za razliku od Brinellove metode, moguće je mjeriti i najtvrđe materijale, a tvrdoća nije ovisna o primijenjenoj sili. Za penetrator se koristi dijamant, a penetrator je četverostrana piramida s kutem između stranica od 136° kojim se dobivaju vrijednosti neovisne o primijenjenoj sili pa se tvrdoća mekanih i tvrdih materijala može mjeriti primjenom iste sile - Ukoliko primijenjena sila utiskivanja iznosi 1,96 do 49N govori se o semimikrotvrdoći (pri ispitivanju tvrdoće tankih uzoraka te tankih slojeva) - Za mjerenje mikrotvrdoće rabe se opterećenja niža od 1,96N. Na taj način moguće je mjerenje tvrdoća pojedinih faza, npr. kristalnih zrna u mikrostrukturi materijala 430 HV10 430 – iznos tvrdoće 10 – sila utiskivanja 10 * 9.81N (10kp) Trajanje od 10-15 sekundi Prednosti Vickersove metode: - Tvrdoća je neovisna o primjenjenoj sili - Moguće je mjerenje tvrdoće i najtvrđih materijala - Moguće je mjerenje tvrdoće vrlo tankih uzoraka te tvrdoća pojedinih zrna (kristala) primjenom male sile - Vickersova metoda je primjenjiva u znanstvenoistraživačkom radu na području materijala - Otisak je vrlo malen pa ne oštećuje površinu Nedostaci Vickersove metode: - Potrebna je brižljiva priprema površine uzorka (poliranje) - Za mjerenje veličine otiska potreban je mjerni mikroskop 3.3.3 Rockwell-ova metoda Po čemu se mjerenje tvrdoće po Rockwellovoj metodi suštinski razlikuje od mjerenja po Brinellu i Vickersu? - Mjeri se dubina prodiranja penetratora, a ne veličina otiska Opišite ukratko mjerenje tvrdoće po HRC metodi. Ilustrirajte skicom - U položaju 1 penetrator se predopterećuje silom F = 98 N što ima za posljedicu prodiranje penetratora ispod površine uzorka. Ukupno moguća dubina prodiranja iznosi 0,2mm i podijeljena je na 100 dijelova po 0,002mm koji predstavljaju po jedan stupanj tvrdoće po HRC metodi. Nakon predopterećenja slijedi glavno opterećenje (F = 1373 N) u položaju 2, a potom rasterećenje glavnog opterećenja pa ostaje samo predopterećenje (F = 98 N) pri čemu se penetrator uslijed elastičnosti materijala vrati u položaj 3. Ta dubina predstavlja tvrdoću Po kojoj metodi biste izmjerili tvrdoću alatnog čelika u kaljenom stanju? Obrazložite izbor HRC metodom zato jer se HRC metoda gotovo isključivo koristi za mjerenje tvrdoće toplinsko obrađenih čelika 59 HRC 59 – iznos tvrdoće izmjeren Rockwell C metodom Prednosti HRC metode: - Mjerenje je brzo, tvrdoća se očitava na skali tvrdomjera - Nije potrebna brižljiva priprema mjerne površine Nedostaci HRC metode: - Slaba selektivnost metode. Čitavo mjerno područje je 0 – 100 HRC (teoretski), a praktički 20 – 70 HRC - Nepreciznost +- 1,5 HRC 3.4 UDARNI RAD LOMA - Ispitivanjem udarnog rada loma se utvrđuje ponašanje metalnih i polimernih materijala u uvjetima udarnog opterećenja - Vrijednost udarnog rada loma pokazuje hoće li se materijal ponašati žilavo ili krhko u uvjetima udarnog opterećenja - Često se ispituje pri sniženim temperaturama - Metode ispitivanja: Charpy Izod (s i bez zareza) – „U“ utor 3 ili 5mm dubine, „V“ utor 2mm dubine 1 – legure metala s FCC rešetkom (austenitni čelici, Al – legure) 2 – legure metala s BCC rešetkom (većina konstrukcijskih čelika), polimeri, keramika 3 – visokočvrsti materijali 3.5 UTJECAJ TEMPERATURE NA REZULTATE STATIČKOG VLAČNOG ISPITIVANJA Kako povišena temperatura utječe na rezultate statičkog vlačnog pokusa? Ilustrirajte dijagramom - Iznos vlačne čvrstoće Rm opada - Iznos granica razvlačenja REH i REL opada te postaju slabije izražene, u tom slučaju treba određivati konvencionalnu granicu razvlačenja Rp0,2 - Modul elastičnosti E opada te se smanjuje nagib Hooke-ovog pravca - Iznos istezljivosti A i kontrakcije Z se povećava Kako snižena temperatura utječe na rezultate statičkog vlačnog pokusa? Ilustrirajte dijagramom - Vlačna čvrstoća Rm se povećava - Granice razvlačenja ReH i ReL se povećavaju i postaju jače izražene - Istezljivost A i kontrakcija Z se smanjuju - Modul elastičnosti E ostaje isti 3.6 PUZANJE MATERIJALA Što je puzanje materijala? U kojem temperaturnom području nastupa taj proces? - Puzanje materijala je spora, ireverzibilna deformacija materijala nastala uslijed djelovanja dugotrajnog konstantnog opterećenja pri povišenoj temperaturi - Puzanje materijala je toplinski aktiviran proces pa nastupa u temperaturnom području: 𝑇 > 0,3 ∗ 𝑇𝑡𝑎𝑙𝑖š𝑡𝑎 , 𝐾 3.6.1 Dijagram puzanja Nacrtajte i objasnite dijagram puzanja I – stadij puzanja U prvom stadiju krivulja ne počinje iz ishodišta dijagrama budući da je deformacija nastala istog trenutka kad je ispitni uzorak opterećen. Povećana i promjenljiva brzina puzanja II – stadij puzanja Konstantno puzanje, približno pravac s koeficijentom smjera De/Dt – brzinom puzanja. Nagib pravca govori o otpornosti materijala prema puzanju, što je strmiji to je materijal skloniji puzanju. Ako je pravac paralelan s osi apscisa onda je materijal potpuno otporan na puzanje III – stadij puzanja Završni stadij gdje se brzina puzanja povećava, završava s lomom epruvete Nacrtajte dijagrame puzanja za neki materijal otporan puzanju i neki koji nije otporan puzanju 3.6.2 Ispitivanje otpornosti puzanju Kako se naziva i što znači veličina Rm/100000/500? - Statička izdržljivost - Konstantno naprezanje koje nakon 100000 sati na konstantnoj temperaturi 500 °C dovodi do loma epruvete Navedite naziv, vrstu ispitivanja te značenje za sljedeće oznake: ReL = 220 N/mm2 ; Rm = 345 N/mm2 ; Rm/1000/570 = 127 N/mm2 ; 950 HV0,01 ; Z = 55%. - ReL = 220 N/mm2 – donja granica razvlačenja pri naprezanju od 220 N/mm2 - Rm = 345 N/mm2 – vlačna čvrstoća pri naprezanju od 345 N/mm2 - Rm/1000/570 = 127 N/mm2 – statička izdržljivost; konstantno naprezanje od 127 N/mm2 koje nakon 1000 sati na konstantnoj temperaturi 570 °C dovodi do loma epruvete - 950 HV0,01 – čvrstoća 950 po Vickersu na utisnoj sili od 0.01 * 9.81N, trajanje 10-15 sekundi - Z = 55% – postotak za koliko se presjek epruvete suzio (kontraktirao) - Rp0,2/1000/500 – granica puzanja; naprezanje koje je nakon 1000 sati ispitivanja pri 500 °C trajno produljilo epruvetu za 0,2% 3.7 UMOR MATERIJALA - pojava inicijalne pukotine te njezino postupno širenje kod dinamički opterećenih dijelova U odgovarajućem dijagramu nacrtajte vrste sinusoidnog jednosmjernog tlačnog promjenljivog naprezanja *nacrtati samo dio koji se traži 1. Obično vlačno istosmjerno promjenljivo naprezanje ssr > sa 2. Početno vlačno -||- ssr = sa 3. Nesimetrično izmjenično -||- ssr > 0, ssr < sa 4. Simetrično -||- ssr = 0, ssr < sg 5. Nesimetrično -||- ssr < 0, ssr < sa 6. Početno tlačno istosmjerno -||- ssr = sa 7. Obično -||- |ssr| > sa 3.7.1 Wöhlerov dijagram Definirajte dinamičku izdržljivost! Ilustrirajte dijagramom. - Dinamička izdržljivost Rd je ono najveće promjenljivo (dinamičko) naprezanje koje materijal izdržava uz praktički beskonačan broj ciklusa bez pojave loma Ng Na osi ordinati se nalazi naprezanje, a na osi apscisi broj ciklusa u logaritmičkom mjerilu koje je epruveta izdržala do loma. Što je sg ili sa manja, to će i epruvete izdržati veći broj ciklusa do loma. Wöhlerova krivulja se asimptotski približava prema vrijednosti naprezanja Rd. Ng – granični broj ciklusa za koji se smatra da ukoliko epruvete izdrže tu vrijednost da su dinamički izdržljive 3.7.2 Smithov dijagram - Iz Wöhlerovog dijagrama se dobiva podatak o dinamičkoj izdržljivosti samo za jedan tip promjenljivog naprezanja, pa je Smithov dijagram značajniji - Na osi ordinata je nanešena dinamička izdržljivost, a na osi apscisi srednje naprezanje ili statičko predopterećenje - Smithov dijagram daje ovisnost dinamičke izdržljivosti o statičkom predopterećenju - Što je statičko predopterećenje veće, tim je dozvoljena manja amplituda naprezanja - S gornje strane je Smithov dijagram ograničen s vrijednošću granice razvlačenja Re jer materijal ne smije ući u područje plastičnih deformacija - Teoretski kraj Smithovog dijagrama je vrijednost vlačne čvrstoće, Rm