Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1



Podobne dokumenty
Metody badań materiałów konstrukcyjnych

NAUKA I TECHNIKA WOBEC WYZWANIA BUDOWY ELEKTROWNI JĄDROWEJ POLSKIE TOWARZYSTWO NUKLEONICZNE MĄDRALIN 2013

CHARAKTERYSTYKA ZMIAN STRUKTURALNYCH W WARSTWIE POŁĄCZENIA SPAJANYCH WYBUCHOWO BIMETALI

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

Badania zmęczeniowe bimetali typu stal-tytan zgrzewanych metodą wybuchową w próbie cyklicznego rozciągania-ściskania

BADANIA MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH W NISKICH TEMPERATURACH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wytrzymałość Materiałów

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

ĆWICZENIE 1 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA METALI - UPROSZCZONA. 1. Protokół próby rozciągania Rodzaj badanego materiału. 1.2.

Badanie zmęczenia cieplnego żeliwa w Instytucie Odlewnictwa

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

43 edycja SIM Paulina Koszla

ortofan.pl Thinking ahead. Focused on life.

Eksperymentalne określenie krzywej podatności. dla płaskiej próbki z karbem krawędziowym (SEC)

- Celem pracy jest określenie, czy istnieje zależność pomiędzy nośnością pali fundamentowych, a temperaturą ośrodka gruntowego.

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

Oznaczenie odporności na nagłe zmiany temperatury

Materiały dydaktyczne. Semestr IV. Laboratorium

Spis treści Przedmowa

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Ćwiczenie 5 POMIARY TWARDOŚCI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

Ermeto Original Rury / Łuki rurowe

SERIA MES. Maszyny do badań wytrzymałości na ściskanie do 800 t.

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Spis treści. Przedmowa 11

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

EPSTAL stal zbrojeniowa o wysokiej ciągliwości. Centrum Promocji Jakości Stali

WPŁYW WŁÓKIEN ARAMIDOWYCH FORTA-FI NA WŁAŚCIWOŚCI MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH

Integralność konstrukcji

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych Laboratorium Materiałów Budowlanych. Raport LMB 326/2012

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

Wyboczenie ściskanego pręta

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

2.2 Wyznaczanie modułu Younga na podstawie ścisłej próby rozciągania

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych. Tom 2

WYDZIAŁ MECHANICZNY - STACJONARNE

ME 405 SERIA ME-405. Maszyny do badań na rozciąganie/ściskanie/zginanie kn.

ME 402 SERIA ME-402. Maszyny do badań na rozciąganie/ściskanie/zginanie 1-300kN.

Wkręty samowiercące Bezpośrednie połączenia gwintowane

Produkcja i badania obręczy kolejowych. Ireneusz Mikłaszewicz

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY PROJEKT DYPLOMOWY INŻYNIERSKI

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE

MUF 404 SERIA MUF-404. Dynamiczne maszyny do badań wytrzymałościowych na rozciąganie i ściskanie.

Inżynieria Materiałowa

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Politechnika Białostocka

Symulacja procesu wtrysku - Obudowa miernika

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI POWLOK CERAMICZNYCH NA BAZIE CYRKONU NA TRYSKANYCH NA STOP PA30

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

I. Temat ćwiczenia: Definiowanie zagadnienia fizycznie nieliniowego omówienie modułu Property

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

Do najbardziej rozpowszechnionych metod dynamicznych należą:

Raport z obliczeń Przepust dla zwierząt DN2500

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

Inżynieria Materiałowa

Dawid Bula. Wytrzymałość połączenia metal-ceramika na wybranych podbudowach metalowych

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ- LMC/12/131/2

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Modele materiałów

Tematy prac dyplomowych dla III semestru uzupełniających studiów magisterskich kierunek Mechatronika. Rok akademicki 2012/2013

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Próby wytrzymałościowe łożysk elastomerowych

PRZEDMOWA WIADOMOŚCI WSTĘPNE ROZWÓJ MOSTÓW DREWNIANYCH W DZIEJACH LUDZKOŚCI 13

MUF 401 SERIA MUF-401. Maszyny do badań dynamicznych do 100 Hz kn.

T E C H N I K I L AS E R OWE W I N Ż Y N I E R I I W Y T W AR Z AN IA

gruntów Ściśliwość Wytrzymałość na ścinanie

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Kompensatory stalowe. Produkcja. Strona 1 z 76

SPAWANIE ELEKTRONOWE I SPAWANIE TIG BLACH Z TYTANU TECHNICZNEGO

Transkrypt:

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1 ALEKSANDER KAROLCZUK a) MATEUSZ KOWALSKI a) a) Wydział Mechaniczny Politechniki Opolskiej, Opole 1

I. Wprowadzenie 1. Technologia zgrzewania wybuchowego 2. Cel pracy 3. Właściwości materiału II. Opis przeprowadzonych badań 1. Badania zmęczeniowe 2. Pomiar naprężeń własnych III. Wnioski 2

Vd h β 3

Zalety -Możliwość łączenia ze sobą materiałów których połączenie za pomocą innych metod jest bardzo trudne lub niemożliwe. - Nakładanie cienkich powłok metalowych Wady -Wrażliwość na niewłaściwie dobranie parametrów zgrzewania ( okno technologiczne ). 4

Własności materiałów poddanych zgrzewaniu wybuchowemu są analizowane w większości przypadków pod kątem niejednorodności struktury oraz wytrzymałości przy obciążeniach monotonicznych. β Niepublikowane są charakterystyki zmęczeniowe materiałów platerowanych, które ułatwiałyby proces projektowania i zwiększyły bezpieczeństwo pracy urządzeń wykorzystujących materiały wykonane w technologii zgrzewania wybuchowego. 5

Nie istnieją standardy dotyczące badań zmęczeniowych elementów zgrzewanych wybuchowo w przeciwieństwie do badań w zakresie obciążeń monotonicznych (ASTM A 263-03, ASTM A 264-03, ASTM A 265-03, ASTM B 432-04, ASTM B 898-05, ASTM D 3165-95, MIL-J-24445A). W literaturze przedmiotu nieliczne są opracowania naukowe dotyczące zjawisk zmęczenia materiałów platerowanych. 6

Celem pracy jest zaprezentowanie dotychczasowych wyników analiz i badań eksperymentalnych bimetali stal S355J-tytan Grade 1 przeprowadzonych w Katedrze Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Opolskiej, które dotyczą prób zmęczeniowych, pomiarów naprężeń własnych β oraz analizy numeryczne i analityczne. 7

Materiał pobrano z płyt przeznaczonych do budowy wkładu rurowego i ściany sitowej kondensatora elektrowni jądrowej Mochovce 8

9

Obróbka termiczna Opis I Wygrzewanie w temperaturze 600 ºC przez czas : 90 min II Chłodzenie z piecem do temperatury 300ºC przy prędkości chłodzenia 100ºC/ h III Chłodzenie na spokojnym powietrzu Właściwości mechaniczne Materiał Właściwości mechaniczne R e, MPa R m, MPa E, MPa G, MPa, - A 5, % S355J2 382-395 * 598-605 * 220000 84000 0,3 24-34 * Grade 1 189-215 (R 02 ) * 308-324 * 100000 38000 0,37 ** 43-56 * * - według danych producenta, ** - badania własne (tytan po platerowaniu) 10

Badania zmęczeniowe bimetalu stal S355J2-tytan Grade 1 11

Badania wykonano na hydraulicznej maszynie zmęczeniowej. Wykorzystane stanowisko jest wyposażone w czujniki siły, przemieszczenia i odkształcenia. 20 F a = 24.5 kn 10 F(t), kn 0-10 -20 1702.7 1702.8 1702.9 1703 1703.1 1703.2 1703.3 1703.4 1703.5 t, s 12

Ze względu na różne moduły Younga stali i tytanu w rozciąganym bimetali panują różne naprężenia: I E I E I w E F, w( h ) II II E I E II w E II F w( h ) gdzie: σ I,σ II naprężenia w poszczególnych warstwach, F siła wzdłużna, E 1, E 2 moduł sprężystości wzdłużnej odpowiednio dla części I i II, w szerokość próbki, h wysokość próbki, λ grubość warstwy tytanu. 13

Obliczenia Pomiary Lp a (Stal) MPa a (Ti) MPa a, 0 / 00 a (n=0), a (n=0,5), a (n=0,75), 0 / 00 0 / 00 0 / 00 P02 292,0 133 1,33 - - - P03 278,6 127 1,27 1,32 1,48 1,51 P04 323,8 147 1,47 1,89 2,50 2,65 P05 361,5 164 1,64 1,64 2,27 2,48 P06 317,5 144 1,44 1,41 1,76 1,82 P07 320,5 146 1,46 2,00 2,78 3,05 P08 291,2 132 1,32 1,34 1,57 1,64 P09 319,9 145 1,45 1,88 2,45 2,54 P11 290,4 132 1,32 1,31 1,66 1,69 14

Pętle histerezy zarejestrowane podczas testów próbki P03 15

Pętle histerezy zarejestrowane podczas testów próbki P05 16

17

Pomiar naprężeń własnych

Metoda trepanacyjna polega na pomiarze odkształceń wokół stopniowo wierconego otworu. Wiercenie otworu powoduje relaksację naprężeń i zmianę stanu odkształcenia w materiale, co jest miarą naprężeń własnych. Metoda trepanacyjna jest zaliczana do metod częściowo niszczących. β 19

20

Pomiary wykonano po stronie tytanu Grade 1 i stali S355J2 21

Stal S355J2, - Tytan Grade 1-2 Pomiar B C -4 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400 h, mm 1, MPa 300 200 100 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5, - 5 x 10-5 0 h, mm -5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 100 h, mm 2 A B C, MPa 0-100 1-200 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 h, mm 2 22

Detonacja z Ściskanie Tytan Odsunięcie wstępne Stal x 23

24

Stal S355J2 Tytan Grade 1, - 2 C Pomiar 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 h, mm, MPa -200-400 1 x 10-4 1, - 0.5 A B C 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5-600 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 h, mm h, mm 2, MPa -100-200 1-300 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 h, mm 2 25

Naprężenia ściskające w tytanie pojawiające się po obróbce cieplnej wynikają z różnych współczynników rozszerzalności termicznej łączonych metali: Współczynnik rozszerzalności cieplnej Stal Tytan St = 13,0 10-6 1/K Ti = 8,6 10-6 1/K Wygrzewanie w piecu powoduje rekrystalizację tytanu oraz relaksację naprężeń. W trakcie chłodzenia do temperatury 20 o C tytan i stal zmniejszają swoją objętość. 26

Gdzie: E ti, E st - moduły Younga odpowiednio dla stali i tytanu, υ ti, υ st - współczynniki Poissona odpowiednio dla stali i tytanu, h ti, h st - grubość warstwy stalowej oraz tytanowej, α ti, α st - współczynniki rozszerzalności termicznej dla tytanu i stali, Dla wcześnie prezentowanych danych materiałowych oraz zmiany temperatury o Δt=-580 C naprężenia własne spowodowane obróbką cieplną wynoszą kolejno σx,st=σy,st=55 MPa dla stali oraz σx,ti=σy,ti=-378 MPa dla warstwy tytanowej. 27

1. W trakcie badań zaobserwowano cykliczne osłabianie się bimetalu oraz zjawisko ratchetingu. 2. Badania wymagały stosunkowo (w porównaniu do próbek stalowych) niskich częstotliwości obciążenia z uwagi na wzrost temperatury testowanych próbek. 3. Wykonywana obróbka cieplna bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1 nie usuwa naprężeń własnych, zmienia jedynie wartości oraz kierunek naprężeń w warstwach bimetalu. 28

4. Wyniki obliczeń i pomiarów naprężeń własnych są zgodne z przeprowadzoną analizą wpływu detonacji oraz obróbki cieplej na wartość naprężeń resztkowych. 5. Proces obróbki cieplnej i prostowanie blach wprowadza naprężenia ściskające w warstwach bimetalu, co jest korzystne ze względu na ewentualne obciążenia zmęczeniowe. 29

Dziękuję za uwagę 30