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



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

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Właściwości mechaniczne

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

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Badanie twardości metali

Do najbardziej rozpowszechnionych metod dynamicznych należą:

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

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

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

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

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 193

Wytrzymałość Materiałów

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH I BADANIA NIENISZCZĄCE

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

Materiały dydaktyczne. Semestr IV. Laboratorium

Pomiar twardości ciał stałych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Pomiar twardości. gdzie: HB - twardość wg Brinella, F - siła obciążająca, S cz - pole powierzchni czaszy.

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH

Próba udarności. Opracował : dr inż. Konrad Konowalski *) Szczecin 2013 r. *) opracowano na podstawie skryptu [1]

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie 3 PRÓBA UDARNOŚCI METALI Wprowadzenie

Próby zmęczeniowe Wstęp

Ćwiczenie 18 BADANIA TWARDOŚCI MATERIAŁÓW *

Próby udarowe LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków

PORÓWNAWCZA MIARA DYNAMICZNEJ TWARDOŚ CI METALI

metali i stopów

POLITECHNIKA RZESZOWSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

PŁASKI STAN NAPRĘŻENIA, PŁASKI STAN ODKSZTAŁCENIA

Politechnika Białostocka

Badania wytrzymałościowe

Profile aluminiowe serii LB 1

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Politechnika Białostocka

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

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1631

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

TEMAT: Próba statyczna rozciągania metali. Obowiązująca norma: PN-EN :2002(U) Zalecana norma: PN-91/H lub PN-EN AC1

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Pomiary twardości i mikrotwardości

Politechnika Białostocka

MATERIAŁOZNAWSTWO vs WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Nauka o Materiałach. Wykład I. Zniszczenie materiałów w warunkach dynamicznych. Jerzy Lis

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

Badania własności materiałów konstrukcyjnych

Temat 3 (2 godziny) : Wyznaczanie umownej granicy sprężystości R 0,05, umownej granicy plastyczności R 0,2 oraz modułu sprężystości podłużnej E

Temat 2. Nauka o materiałach. Sposoby wyznaczania właściwości materiałów

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ĆWICZENIE NR 9. Zakład Budownictwa Ogólnego. Stal - pomiar twardości metali metodą Brinella

Należy skorzystać z tego schematu przy opisywaniu wymiarów rozwiertaka monolitycznego z węglika. Długość całkowita (L)

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

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Spis treści Przedmowa

Nauka o materiałach III

STATYCZNA PRÓBA ŚCISKANIA

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Spis treści. Przedmowa 11

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

PRELIMINARY BROCHURE CORRAX. A stainless precipitation hardening steel

POLITECHNIKA SZCZECINSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA MECHANIKI

2.2 Wyznaczanie modułu Younga na podstawie ścisłej próby rozciągania

Laboratorium wytrzymałości materiałów

PROCESY PRODUKCYJNE WYTWARZANIA METALI I WYROBÓW METALOWYCH

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

2. WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA ZMIANĘ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 196

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Ćwiczenie 6 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA *

Dlaczego wywrotki powinny być ze stali HARDOX?

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ PŁ LABORATORIUM TECHNOLOGII POWŁOK OCHRONNYCH ĆWICZENIE 2

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

Obciążenia zmienne. Zdeterminowane. Sinusoidalne. Okresowe. Rys Rodzaje obciążeń elementów konstrukcyjnych

Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych

Badanie materiałów konstrukcyjnych 311[20].O2.02

13. ZMĘCZENIE METALI *

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

Stal - definicja Stal

Zakres akredytacji Laboratorium Badawczego Nr AB 120 wydany przez Polskie Centrum Akredytacji Wydanie nr 12 z 7 lipca 2015r.

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

Podstawy Konstrukcji Maszyn

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Transkrypt:

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

Właściwości Fizyczne (gęstość, ciepło właściwe, rozszerzalność cieplna, przewodność cieplna i elektryczna, właściwości magnetyczne) Technologiczne (skrawalność, spawalność, lejność, plastyczność) Użytkowe (odporność na ścieranie, odporność na korozję chemiczną i elektrochemiczną, żaroodporność i żarowytrzymałość, odporność na działanie niskiej temperatury) Mechaniczne Właściwości mechaniczne Określają zdolność materiału do przenoszenia obciążeń Są przedmiotem znormalizowanych prób Normy: branżowe, państwowe, międzynarodowe, towarzystw lotniczych, okrętowych itp. 2

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE 1. Właściwości mechaniczne określane metodami badań statycznych: próba rozciągania, ściskania, zginania 2. Twardość: statyczne próby twardości 3. Właściwości wyznaczane w próbach udarowych: udarność 4. Właściwości wyznaczane na podstawie prób zmęczeniowych: wytrzymałość zmęczeniowa 3

METALE PRÓBA ROZCIĄGANIA W TEMPERATURZE OTOCZENIA (PN-EN 10002-1) a) b) Próbki okrągłe (a) i płaskie (b) do próby rozciągania: 1) grubość, 2) szerokość, 3) średnica, 5) długość pomiarowa, 6)..., 7) długość całkowita, 9) przekrój poprzeczny, 12) uchwyty 4

Wykonanie próby. Uniwersalna maszyna wytrzymałościowa: 1) belka nośna, 2) cięgła, 3) tłok pierścieniowy, 4) rynienka do przeciekającego oleju, 5) tłok wewnętrzny, 6) cylinder roboczy, 7) belka poprzeczna, 8) płytki do ściskania, 9) stół do zginania, 10) uchwyt, 11) uchwyty klinowe, 12) próbka, 13) kolumny, 14) śruba 5 ustawienia zgrubnego, 15) ciężarek do cechowania

Maszyna wytrzymałościowa Zwick Z250 6

F m największa siła [N] F e (F eh, F el ) siła odpowiadająca granicy plastyczności [N] L 0 początkowa długość pomiarowa [mm] L u długość pomiarowa po rozerwaniu [mm] L u -L 0 wydłużenie po rozerwaniu [mm] 7

ΔL ΔL Krzywe rozciągania metali z wyraźną granicą plastyczności i bez wyraźnej granicy plastyczności: 1) miedź w stanie wyżarzonym, 2) stal niestopowa 0,12 % C, 3) stal niestopowa 0,45 % C, 4) stal niestopowa 0,9% C zahartowana 8

Właściwości określone w próbie rozciągania: Granica plastyczności R e = F e /S o [N/mm 2 ] Wytrzymałość na rozciąganie R m = F m /S o [N/mm 2 ] Wydłużenie względne A = 100 x ΔL/L o [%] Przewężenie Z = S/S 0 [%] F e siła obciążająca odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności [N] F 0,2 siła obciążająca wywołująca umowne wydłużenie trwałe wynoszące 0,2% długości pomiarowej [N] F m największa siła obciążająca w czasie próby [N] S o powierzchnia przekroju poprzecznego próbki na długości pomiarowej przed rozerwaniem [mm 2 ] ΔS zmiana powierzchni przekroju L o pierwotna długość pomiarowa próbki L u długość pomiarowa próbki po rozerwaniu ΔL = L u L o wydłużenie 9

PRÓBA ŚCISKANIA METALI przeprowadzana jest tylko dla materiałów kruchych. Przy ściskaniu materiałów ciągliwych nie można uzyskać zniszczenia próbki, gdyż następuje spęczanie i umocnienie wywołane odkształceniem plastycznym. Zapis wyznaczonych właściwości z indeksem c : np. R c wytrzymałość na ściskanie. PRÓBA ZGINANIA METALI stosowana jest tylko do materiałów kruchych w celu określenia wytrzymałości na zginanie R g. PRÓBY ROZCIĄGANIA METALI w podwyższonych i obniżonych temperaturach przeprowadza się, umieszczając próbkę w komorze o zadanej temperaturze. Zapis wyniki uwzględnia temperaturę próby, np. R 350ºC m wytrzymałość na rozciąganie wyznaczona w temperaturze 350º. 10

11

POMIARY TWARDOŚCI Przyczyny rozpowszechnienia pomiarów twardości: łatwość ustalenia związku między wynikami pomiaru twardości a wynikami prób innych właściwości mechanicznych szybkość, łatwość i dokładność pomiarów w małej objętości metalu. Zasada pomiaru twardości: wgniatanie wgłębnika przez określony czas i przy określonym obciążeniu, co powoduje miejscowe odkształcenie trwałe. Ogólna definicja twardości: miara oporu metalu przeciw odkształceniom trwałym powstającym wskutek wciskania wgłębnika. Ważniejsze sposoby pomiarów twardości: Brinella Rockwella Vickersa 12

Zasada pomiaru METALE POMIAR TWARDOŚCI SPOSOBEM BRINELLA (PN-EN ISO 6506-2 2002) Obciążenie: 9,8 29420 N Zapis wyniku pomiaru Np. 200 HB w wypadku standardowych warunków pomiaru: średnica kulki 10 mm siła obciążająca 3000 kg czas obciążenia 10 s 13

Zastosowanie sposóbu Brinella: pomiar twardości materiałów o stosunkowo małej twardości: stali wyżarzonych, żeliw, stopów metali nieżelaznych. Wada sposobu Brinella: stosunkowo mały zakres pomiarowy i duże rozmiary odcisku. Zaleta sposobu Brinella: twardość Brinella w wypadku niektórych stopów jest proporcjonalna do wytrzymałości na rozciąganie, co można wykorzystać do przybliżonej oceny wytrzymałości, np. dla: stali stopów miedzi stopów aluminium Rm = (0,34 0,36) HB Rm = (0,40 0,55) HB Rm = (0,240 0,30) HB 14

METALE POMIAR TWARDOŚCI SPOSOBEM ROCKWELLA (PN-EN ISO 6508-1 2002) Zasada pomiaru Zapis wyniku pomiaru 100 HRB skala B 40 HRC skala C Obciążenie wstępne: 98 N Obciążenie główne: 1373 N dla skali C 883 N dla skali B Zalety pomiaru: szybkość wykonania szerszy niż przy sposobie Brinella zakres pomiarowy 15

Zasada pomiaru METALE POMIAR TWARDOŚCI SPOSOBEM VICKERSA (PN-EN ISO 6507-1 1999) Zapis wyniku: 200 HV10 (przy obciążeniu 98 N) (10 KG) Obciążenie: 1,96 980 N Zalety pomiaru: duża dokładność szeroki zakres pomiarowy małe obciążenie wgłębnika, co pozwala na pomiar twardości cienkich elementów 16

METALE POMIAR MIKROTWARDOŚCI SPOSOBEM VICKERSA (PN-EN ISO 6507-3) Zasada pomiaru: identyczna z pomiarami makrotwardości sposobem Vickersa, lecz stosuje się dokładniej wykonany wgłębnik, mniejsze obciążenie wgłębnika, mniejszą chropowatość badanej powierzchni, dokładniejszy pomiar przekątnych odcisku Obciążenie: 0,0098 0,9807 N Badane elementy: igły, cienkie druty i taśmy, cienkie warstwy wierzchnie, składniki struktury stopów Przygotowanie powierzchni: polerowanie, trawienie Zapis wyniku: 200 HV0,1 (przy obciążeniu 0,981 N (0,1 KG) 17

METALE PRÓBA UDARNOŚCI SPOSOBEM CHARPY EGO (PN-EN 10045-1) b szerokość próbki a wysokość próbki a-h głębokość karbu l długość próbki L odległość między podporami Ustawienie próbki do próby udarności na młocie wahadłowym Charpy ego: 1) podpory próbki, 2) ostrze wahadła młota, 3) próbka 18

Młot wahadłowy Charpy ego 1) kadłub, 2) wahadło młota, 3) opór, 4) podziałka, 5) wskazówka, 6) próbka, 7) taśma hamulcowa, 8) drążek hamulca, ) kąt spadania wahadła młota, ) kąt wychylenia wahadła młota po złamaniu próbki 19

W czasie próby początkowa energia wahadła młota (K max =300 J) wychylonego o kąt α, przy jego swobodnym spadku zostaje zużyta na złamanie próbki (K) i na zamianę na energię kinetyczną K 1, powodującą wychylenie wahadła młota po złamaniu próbki o kąt β K=K max K 1 = m g R(cosβ-cosα) [J] K energia złamania próbki m masa wahadła młota [kg] g przyśpieszenie ziemskie = 9,82 [m/s 2 ] R odległość od osi wahadła młota do środka próbki ustawionej na podporach [mm] α kąt spadania wahadła młota [º] β kąt wychylenia wahadła młota po złamaniu próbki [º] Udarność wyznacza się jako pracę uderzenia (łamania próbki) odniesioną do powierzchni początkowej przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu S o : KCV próbka z karbem V KCU próbka z karbem U KC=K/ S o [J/cm 2 ] 20

Udział przełomu plastycznego [%] Praca łamania KV [J] 80 Udarność (praca łamania) jest miarą odporności materiału na udarowe obciążenie w danej temperaturze. Na podstawie badań udarności w pewnym zakresie temperatur, można określić temperaturę przejściową kruchości (próg kruchości). Próg kruchości wyznaczają dwa kryteria: 70 60 50 40 30 20 10 0-50 0 50 100 150 200 Temperatura [ o C] 1. praca łamania 54 J (TT54). TT = transition temperature 100 90 80 2. 50% przełomu kruchego na próbkach Charpy V (FATT50) FATT = fracture appearance transition temperature 70 60 50 40 30 20 10 0-50 0 50 100 150 200 Temperatura [ o C] 21

BADANIA METALI NA ZMĘCZENIE Zmęczeniem nazywa się zniszczenie metalu spowodowane cyklicznie zmiennymi naprężeniami, znacznie mniejszymi od niszczącego naprężenia statycznego. Cykl naprężeń charakteryzują: średnie naprężenie cyklu: amplituda cyklu naprężeń: współczynnik asymetrii cyklu: gdzie: max górne naprężenie cyklu min dolne naprężenie cyklu 22

Rodzaje cykli naprężeń zależnie od współczynnika asymetrii cyklu a) symetryczny wahadłowy: max = - min, m =0, max, R=-1 b) dwustronny (niesymetryczny): a > m, 0>R>1 lub - <R<-1 c) jednostronny (tętniący): m > a, 1>R>0 lub 1<R< + d) odzerowo tętniący: max =0, R= ± lub min =0, R=0 23

PRÓBKI DO BADAŃ: okrągłe lub płaskie, o stałym lub zmiennym przekroju, z karbem V lub U. ZASADA PRÓBY ZMĘCZENIA: wielokrotne obciążenia próbki, wywołujące zmienny stan naprężeń. GRAFICZNE PRZEDSTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ SERII PRÓBEK: wykres Wöhlera. PODSTAWOWĄ CHARAKTERYSTYKĄ ZMĘCZENIOWĄ METALU: wytrzymałość na zmęczenie, czyli naprężenie, które nie doprowadza do zniszczenia próbki przy określonej podstawie próby zmęczeniowej N G (umownej liczbie cykli N), np. dla stali, żeliwa, staliwa 10 7 cykli. 24

Wykres Wöhlera Kółko ze strzałką oznacza próbkę niezłamaną, kółko bez strzałki oznacza próbkę złamaną w czasie próby. 25