BADANIA STATYCZNE I DYNAMICZNE STOPU ALUMINIUM PA-47 PRZEZNACZONEGO NA KONSTRUKCJE MORSKIE



Podobne dokumenty
WPŁ YW PRĘ DKOŚ CI ODKSZTAŁ CENIA NA WŁ A Ś CIWOŚ CI MECHANICZNE STOPU AlZn5Mg2CrZr I STALI KADŁ UBOWEJ KAT. A

WPŁ YW KSZTAŁ TU KARBU I PRĘ DKOŚ CI ODKSZTAŁ CENIA NA WŁ A Ś CIWOŚ CI DYNAMICZNE STOPU AlZn5Mg2CrZr

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

WPŁ YW LITU NA WŁ A Ś CIWOŚ CI I ODPORNOŚĆ KOROZYJNĄ STOPÓW Al-Zn-Mg W WODZIE MORSKIEJ

PORÓWNAWCZA MIARA DYNAMICZNEJ TWARDOŚ CI METALI

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WPŁYW GRUBOŚCI SKRZYDŁA NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE OKRĘTOWEGO PĘDNIKA ŚRUBOWEGO

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

WYNIKI BADAŃ zaleŝności energii dyssypacji od amplitudy i prędkości obciąŝania podczas cyklicznego skręcania stopu aluminium PA6.

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

Recykling złomu obiegowego odlewniczych stopów magnezu poprzez zastosowanie innowacyjnej metody endomodyfikacji

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

WPŁ YW SKŁ ADU CHEMICZNEGO NA WŁ A Ś CIWOŚ CI MECHANICZNE OKRĘ TOWYCH PĘ DNIKÓW Ś RUBOWYCH Z BRĄ ZU BA1055

METODY WYZNACZANIA RZECZYWISTEJ KRZYWEJ UMOCNIENIA MATERIAŁU Cz. I. Test rozciągania próbki

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

OPIS PROPAGACJI PĘKNIĘĆ W STOPIE AL 2024-T4

Wytrzymałość Materiałów

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 11

KLASYFIKACJI I BUDOWY STATKÓW MORSKICH

WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

STRENGTH TESTING ON COMPRESSED AIR RESERVOIRS

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

WPŁ YW SKŁ ADU CHEMICZNEGO SPOIW NA ELEKTROCHEMICZNE PĘ KANIE POD NAPRĘŻENIEM ZŁĄCZY SPAWANYCH STOPU AlZn5Mg2CrZr

W Ł A Ś CIWOŚ CI MATERIAŁ U POROWATEGO W ZALEŻ NOŚ CI OD ZAWARTOŚ CI CZYNNIKA MODYFIKUJĄ CEGO

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLVI NR 3 (162) 2005

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Stop AW-7075, którego polskim odpowiednikiem

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

Próby udarowe. Opracował: XXXXXXX studia inŝynierskie zaoczne wydział mechaniczny semestr V. Gdańsk 2002 r.

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

SPRAWOZDANIE: LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

OCENA JAKOŚCI ŻELIWA SFEROIDALNEGO METODĄ ATD

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 193

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Spis treści. Przedmowa 11

Recenzja Pracy Doktorskiej

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCI WYSIĘGNIKA ŻURAWIA TD50H

W Ł A Ś CIWOŚ CI MECHANICZNE I KOROZYJNE STOPU AlZn5Mg1 PO MODYFIKACJI PIERWIASTKAMI STOPOWYMI

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

Politechnika Białostocka

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Tablica1. Oporność 1 m drutu przy temperaturze 20oC 1,26 1,34 1,35 1,4 1,07 1,15 1,09 H13J4 H17J5 H20J5 OH23J5 NH19 NH30Pr N50H18S

Pracownia badań właściwości mechanicznych materiałów w warunkach dynamicznego obciążenia

C/Bizkargi, 6 Pol. Ind. Sarrikola E LARRABETZU Bizkaia - SPAIN. Oznaczenie stopu Skład chemiczny Inne Aluminium

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

BADANIA OSIOWEGO ROZCIĄGANIA PRĘTÓW Z WYBRANYCH GATUNKÓW STALI ZBROJENIOWYCH

MODYFIKACJA STOPU AK64

Politechnika Białostocka

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Stal zbrojeniowa EPSTAL

Spis treści Przedmowa

Wpływ temperatury odpuszczania na własności niskostopowego staliwa

POLITECHNIKA RZESZOWSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

WPŁYW DOMIESZKI CYNKU NA WŁAŚCIWOŚCI SILUMINU EUTEKTYCZNEGO. A. PATEJUK Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

OK Autrod 1070 (OK Autrod 18.01)*

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

OK Autrod 1070 (OK Autrod 18.01)*

poradnik poradnik katalog wyrobów

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

OCENA ROZWOJU USZKODZEŃ ZMĘCZENIOWYCH W STALACH EKSPLOATOWANYCH W ENERGETYCE.

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

Temat: NAROST NA OSTRZU NARZĘDZIA


Międzynarodowa aktywność naukowa młodej kadry Wydziału Metali Nieżelaznych AGH na przykładzie współpracy z McMaster University w Kanadzie

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Symulacja Analiza_moc_kosz_to w

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

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

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

PORÓWNAWCZA MIARA WPŁ YWU KOROZJI NA DYNAMICZNE W Ł A Ś CIWOŚ CI MATERIAŁ ÓW

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Badania wytrzymałościowe

Problem Odwrotny rozchodzenia się fali Love'a w falowodach sprężystych obciążonych cieczą lepką

ZESPÓŁ SZKÓŁ TECHNICZNYCH RZESZÓW UL. MATUSZCZAKA 7 PLANOWANIE WYNIKOWE. Zawód: Technik mechanik 311[20] Przedmiot: Pracownia techniczna

PROJEKT I BUDOWA STANOWISKA DO POMIARÓW ODKSZTAŁCEŃ PROFILI ZE STOPÓW METALI NIEŻELAZNYCH

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLVIII NR 2 (169) 2007 Lesł aw Kyzioł Zdzisł aw Zatorski Akademia Marynarki Wojennej BADANIA STATYCZNE I DYNAMICZNE STOPU ALUMINIUM PA-47 PRZEZNACZONEGO NA KONSTRUKCJE MORSKIE STRESZCZENIE W pracy omówiono wyniki badań właściwości mechanicznych stopu aluminium AlZ5Mg1-PA47 dla różnych prędkości rozciągania. Badania statyczne przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej typu MTS 810.12, natomiast badania dynamiczne na młocie rotacyjnym typu RSO. Badania miały na celu określenie wpływu prędkości odkształcenia i geometrii karbu próbek na właściwości mechaniczne oraz mechanizmy uszkodzenia próbek. WSTĘP Wiele współczesnych konstrukcji techniki wojskowej charakteryzuje się lokalnymi nieciągłościami materiału w postaci karbów, które w procesie eksploatacji poddawane są działaniu intensywnych krótkotrwałych obciążeń. W pracy przedstawiono charakterystyki dynamiczne powszechnie stosowanego w budownictwie okrętowym stopu aluminium AlZn5Mg1-PA47. Badania miały na celu określenie wpływu prędkości rozciągania i geometrii karbu próbek na właściwości mechaniczne oraz mechanizmy uszkodzenia w rejonie przełomu. Wpływ karbu geometrycznego ujawnia się zwłaszcza przy obciążeniach zmęczeniowych. Pozostaje natomiast otwarty problem zachowania się próbek z karbem przy obciążeniach dynamicznych impulsowych przy zmieniających się prędkościach obciążeń. 127

Lesław Kyzioł, Zdzisław Zatorski PRZEBIEG EKSPERYMENTU Badania przeprowadzono na próbkach blachy ze stopu PA47, którego skład chemiczny podano w tabeli 1. Z blach wykonano próbki przewidziane do statycznych i dynamicznych prób rozciągania. Przygotowano: próbki gładkie; próbki z karbem w kształcie litery V ; próbki z karbem w kształcie litery U. Stan obróbki cieplnej Tabela 1. Skład chemiczny badanego stopu aluminium AlZn5Mg1-PA47 tb 12 1.25 0.18 0.03 4 Właściwości mechaniczne Grubość Skład chemiczny [%masy] blachy [mm] Mg Mn Ti Zn Cr Si Fe Cu Al 5.3 0.14 0.16 0.32 0.05 reszta Zr=0.04 R m [MPa] R 0.2 [MPa] A 5 [%] 310 240 18 Nr partii i atestu 2945/485/4 ZN 81 MH- -MN-190-06 128 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statyczne i dynamiczne stopu aluminium PA-47... Rys. 1. Kształt i wymiary próbek ze stopu aluminium AlZn5Mg1-PA47: a) próbka gładka, b) próbka z karbem V, c) próbki z karbem U Statyczne próby rozciągania przeprowadzono na elektrohydrodynamicznej maszynie wytrzymałościowej MTS 810.12 ze sterowaniem i zapisem komputerowym. Dynamiczną próbę rozciągania przeprowadzono na młocie rotacyjnym typu RSO (rys. 2.). Rys. 2. Młot rotacyjny RSO: układ trawersu próbka dynamometr 2 (169) 2007 129

Lesław Kyzioł, Zdzisław Zatorski Dzięki oprzyrządowaniu przez jednego z autorów młota rotacyjnego w oryginalny układ pomiarowy możliwy był równoczesny pomiar siły rozciągania i prędkości odkształcenia z rejestracją danych na oscyloskopie cyfrowym. Siłę rejestrowano za pomocą dynamometru oporowego, a odkształcenie z optoelektronicznego czujnika prędkości przemieszczeń trawersu zainstalowanego na próbce. Siłę F i przemieszczenie W rejestrowano na oscyloskopie cyfrowym LS-140 firmy LeCroy. Badania przeprowadzono dla wybranych czterech prędkości odkształceń: 10, 20, 30 oraz 40 ms -1. Do pomiaru prędkości zastosowano optoelektroniczny układ do pomiaru prędkości przemieszczeń [5]. Do analizy mikrostruktury badanych próbek oraz mechanizmów uszkodzeń wykorzystano mikroskop Neophot-2, kamerę cyfrową SONY typu SSC-DC88P oraz komputer PC z oprogramowaniem MultiScan v.14 firmy CSS MultiScanBase. WYNIKI BADAŃ Przeprowadzone badania wytrzymałościowe statyczne i dynamiczne pozwoliły na wyznaczenie charakterystycznych wskaźników wytrzymałościowych stopu PA47. Na rysunkach 4. i 5. przedstawiono przykładowe przebiegi siły i przemieszczenia trawersu dla dynamicznej próby rozciągania próbek z badanego stopu aluminium na młocie rotacyjnym [5]. Rys. 3. Przebieg siły F(t) CH1 i odkształcenia l(t) CH2 w funkcji czasu dla dynamicznej próby rozciągania próbki gładkiej ze stopu AlZn5Mg1-PA47 na młocie rotacyjnym RSO z prędkością rozciągania V = 10 ms -1 130 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statyczne i dynamiczne stopu aluminium PA-47... Rys. 4. Przebieg siły F(t) CH1 i odkształcenia l(t) CH2 w funkcji czasu dla dynamicznej próby rozciągania próbki gładkiej ze stopu AlZn5Mg1-PA47 na młocie rotacyjnym RSO z prędkością rozciągania V = 30 ms -1 Uzyskane wyniki badań statycznej i dynamicznej próby rozciągania zostały przedstawione na wykresach w funkcji prędkości odkształceń. 600 550 Rm, Rmd [MPa] 500 450 400 350 300 gładkie karb "U" karb "V" 0 10 20 30 40 prędkość odkształcenia [m/s] Rys. 5. Zależność wytrzymałości na rozciąganie R m stopu aluminium PA47 od prędkości odkształcenia dla próbek gładkich i z karbami dla statycznej i dynamicznej próby rozciągania 2 (169) 2007 131

Lesław Kyzioł, Zdzisław Zatorski 600 Re, Red [MPa] 500 400 300 200 gładkie karb "U" karb "V" 0 10 20 30 40 prędkość odkształcenia [m/s] Rys. 6. Zależność granicy plastyczności R 0.2 stopu aluminium PA47 od prędkości odkształcenia dla próbek gładkich i z karbami dla statycznej i dynamicznej próby rozciągania 32 29 przewężenie, Z [%] 26 23 gładkie karb "U" karb "V" 20 0 10 20 30 40 prędkość odkształcenia [m/s] Rys. 7. Zależność wartości przewężenia Z [%] stopu aluminium PA47 od prędkości odkształcenia dla próbek gładkich i z karbami dla statycznej i dynamicznej próby rozciągania ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Wzrost prędkości odkształcenia powoduje wyraźny wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości przy rozciąganiu dynamicznym w stosunku do rozciągania 132 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statyczne i dynamiczne stopu aluminium PA-47... statycznego. Przy założeniu, że podstawą płynięcia metalu jest proces aktywowany termicznie, który określa ruch dyslokacji poprzez sieć krystaliczną zawierającą defekty punktowe, prędkość rozciągania opisuje się często w postaci równania Arheniusa:. ε. = ε exp( G( σ ) / kt ), 0 gdzie: G (σ ) σ, k T ε 0 energia aktywacji, zależna od naprężenia; stała Boltzmana; temperatura; stała materiałowa. Wykorzystując powyższe zależności, można uzyskane wartości granicy plastyczności i wytrzymałości odnieść do energii aktywacji G (σ ). W tabeli 2. podano stosunek wartości dynamicznych granicy plastyczności R 0.2d i wytrzymałości R md do odpowiednich wartości statycznej granicy R 0.2 i R m. Tabela 2. Stosunek maksymalnych wartości dynamicznej granicy plastyczności R 0.2d i wytrzymałości R md (dla v = 40 m/s) do odpowiednich wartości statycznej granicy R 0.2 i R m dla stopu PA47 gat. AlZn5Mg1 dla próbek gładkich i z karbami Rodzaj próbki Średnica R md / R m R ed / R 0.2 Okrągła gładka 5.0 +0.1 1.363 1.596 Okrągła z karbem U o promieniu 1.9 mm Okrągła z karbem V o promieniu 0.2 mm 5.0/ 4.3 +/-0.1 1.230 1.413 5.0/ 4.3 +/-0.1 1.223 1.409 Na podstawie badań stopu PA47 należy stwierdzić, że statycznej lub dynamicznej próbie rozciągania towarzyszy uszkodzenie materiału, zwłaszcza w obszarze przełomu w rejonie tzw. szyjki (rys. 1.). Badania mikroskopowe nietrawionych zgładów pobranych z powyższego obszaru wykazują występowanie pustek w mikrostrukturze, a w związku z tym utratę ciągłości materiału (rys. 8.). 2 (169) 2007 133

Lesław Kyzioł, Zdzisław Zatorski Rys. 8. Zgład nietrawiony próbki rozciąganej ze stopu aluminium PA47 maksymalna średnica pustki = 5 µm, średnia średnica = 4 µm Zazwyczaj płynięciu plastycznemu materiału nie towarzyszy zmiana jego objętości. Tak więc wraz z pojawieniem się pustek można mówić o procesie niszczenia czy uszkodzenia materiału. Uszkodzenie może być definiowane przez funkcję zależną od naprężeń, pracy odkształcenia plastycznego, ciśnienia, prędkości odkształceń i temperatury [1]. W dynamicznym modelowaniu uszkodzeń wymaga się właściwych modeli procesu zarodkowania i wzrostu pustek. W oparciu o metalograficzne obserwacje uszkodzonych plastycznie regionów do opisu procesów pękania plastycznego przyjmuje się najczęściej modele pustek kulistych, zarówno w szyjce próbek rozciąganych, jak i w próbce zderzających się płytek [2, 3, 4]. WNIOSKI Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że największa wrażliwość na obciążenia dynamiczne, a tym samym na prędkość odkształceń, występuje dla próbek gładkich. Stosunek maksymalnych wartości dynamicznej granicy plastyczności R 0.2d i wytrzymałości R md do odpowiednich wartości statycznej granicy R 0.2 i R m dla stopu PA47 gat. AlZn5Mg1 dla próbek z karbami był odpowiednio mniejszy dla próbek gładkich. 134 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statyczne i dynamiczne stopu aluminium PA-47... Wnioski z przeprowadzonych statycznych i dynamicznych badań mogą stanowić podstawę do modelowania dynamicznego odkształcenia stali jako materiału sprężysto-lepkoplastycznego. BIBLIOGRAFIA [1] Han Z., Ze-Ping W., Spall damage in aluminium alloy, International Journal Solids and Structures, 1995, No 32, pp. 1135 1148. [2] Johnson J. N., Dynamic fracture and spallation in ductile, Journal Applied Physics, 1981, No 52, pp. 2812 2824. [3] Lewiński T., Sokołowski J., Energy change due to the appearance of cavities in elastic solids, International Journal Solids and Structures, 2003, No 40, pp. 1765 1803. [4] Zukas J. A., High Velocity impact dynamics, John Willey & Sons Inc., U.K., 1990. [5] Kyzioł L., Charakterystyki dynamiczne materiałów na konstrukcje morskie, praca naukowo-badawcza pk. KONSTRUKTOR, III etap 2004, Biblioteka Główna AMW, ss. 49. ABSTRACT The paper discusses the results of investigations into mechanical properties of aluminum alloy AlZ5Mg1-PA47 for various speed of stretching. The investigations were conducted on an MTS 810.12 strength machine and the dynamic investigations were conducted on a RSO type rotary hammer. The investigations were intended to discover the effect of speed of strain and geometry of notch in samples on mechanical properties and damage mechanisms of samples. Recenzent prof. dr hab. inż. Zbigniew Zaczek 2 (169) 2007 135