ZKOUŠKY MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ MATERIÁLŮ Mechanické zkoušky statické a dynamické Úvod ¨Vlastnosti materiálu, lze rozdělit na: ¨fyzikální a fyzikálně-chemické; ¨mechanické; ¨technologické. ¨ ¨I. Mechanické vlastnosti ¨ Charakterizují chování materiálu – pevnost, tvrdost, nárazovou práci, modul pružnosti, .. ¨ ¨ Zkoušení kovů a jejich slitin ¨ Zkoušení kovů a jejich slitin: ¨Destruktivní ¨Nedestruktivní ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ Zatížení Krátkodobé Dlouhodobé Statické zkouška tahem zkouška tlakem zkouška ohybem zkouška krutem zkouška střihem zkoušky tvrdosti (statické) zkoušky tečení (creep) Dynamické Zkoušky tvrdosti (dynamické) zkouška rázem v ohybu zkoušky nízkocyklové únavy zkoušky vysokocyklové únavy Zkoušky mechanických vlastností ¨ Mechanické zkoušky statické: -Zkouška tahem -Zkoušky tvrdosti Rockwell - celek Zkouška tahem - princip ¨ Zkouška spočívá v deformaci zkušební tyče jednoosým tahovým zatížením obvykle do přetržení. ¨ Rychlost zatěžování se pohybuje od 0,5 do 2,0 mm.min-1. ¨ Zkoušky kovových materiálů tahem se v ČR řídí normou ČSN EN 10002 - 1 Kovové materiály – Zkoušení tahem – Část 1: Zkušební metoda za okolní teploty. ¨ Zkušební stroj ¨ Zkušební stroje (mechanický zk. stroj se sklonnou vahou viz. obr.): pohon mechanický nebo hydraulický. Zkušební vzorky ¨ ¨ Válcové a ploché zk. tyče. ¨ S0 – počáteční průřez tyče v ¨ (mm2 ) ¨ L0 – počáteční měřená délka ¨ (mm) ¨ ¨ ¨ Průběh zkoušky ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ Tahový diagram - Materiál: a) křehký b) s mezí kluzu c) s horní a dolní mezí kluzu d) se smluvní mezí kluzu. ¨ Tahový diagram ¨ Tahový diagram ¨Pevnost v tahu Rm [Mpa] ¨ ¨Horní mez kluzu ReH [Mpa] ¨Dolní mez kluzu ReL [Mpa] ¨ ¨Smluvní mez kluzu Rp0,2 [MPa] ¨ 33 A, Z, Modul pružnosti v tahu ¨Tažnost A [%] ¨ ¨Kontrakce Z [%] ¨ ¨ Modul pružnosti odráží tuhost vazeb mezi atomy a charakterizuje odolnost materiálu proti elastické deformaci. ¨Hookeův zákon: ¨ ¨ • • 11 Zkoušky tvrdosti ¨ Tvrdost lze definovat jako mechanickou vlastnost vyjadřující odpor materiálu proti vnikání geometricky definovaného tělesa (indentoru). ¨Označuje se H z angl. hardness – tvrdost. ¨ ¨Tvrdost materiálu je ovlivněna: ¨stavbou materiálu, ¨mikrostrukturou materiálu (příměsi), ¨vnitřní napětí v materiálu (pnutí po tváření), ¨teplotou. ¨ ¤ ¨ Zkoušky tvrdosti - statické ¨ a) Brinell b) Vickers c) Rockwell ¨ Zkouška tvrdosti podle Brinella ¨ Autorem této metody je švédský inženýr J. A. Brinell. Metoda byla poprvé představena v roce 1900. Princip metody spočívá v zatlačování indentoru – kalené ocelové kuličky (HBS) nebo kuličky z tvrdokovu (metoda HBW) do povrchu materiálu. ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨Rm = k . HB ¨(ocel k = 3,1 až 4,1) ¨ Brinell2 Tvrdost podle Brinella ¨Průměr vtisku se měří ve dvou na sebe kolmých směrech d1 a d2. K stanovení tvrdosti podle Brinella se použije aritmetický průměr d obou změřených hodnot. ¨Hodnotu tvrdosti podle Brinella určíme z tabulek v normě podle použitého indentoru, velikosti zatížení F a průměru d vtisku. ¨ ¨350 HBS 5/20 ¨Význam: naměřena tvrdost 350 jednotek Brinella, zatěžovací tělísko ocelová kulička, průměr 5mm, zatížení 20kg. Zkouška tvrdosti podle Vickerse ¨ Zkouška byla vyvinuta v Anglii R. L. Smithem a G. E. Sandlandem v roce 1922. U Vickerse je použit diamantový čtyřboký jehlan s vrcholovým úhlem 136°, který je do zkušebního tělesa vtlačován definovaným zatížením. Vickers1 Tvrdost podle Vickerse ¨Hodnotu tvrdosti podle Vickerse určíme z tabulek v normě podle použitého zatížení a aritmetického průměru d úhlopříček vtisku. ¨ ¨450 HV 10 ¨Význam: naměřena tvrdost 450 jednotek Vickerse, zatížení 10kg. ¨ ¨ Zkouška tvrdosti podle Rockwella ¨ Autorem zkoušky je S. P. Rockwell a poprvé byla použita v roce 1922. Na rozdíl od metod měření tvrdosti podle Brinella a Vickerse se tvrdost podle Rockwella vyjadřuje pomocí rozdílu hloubky vtisku před předběžným a po celkovém zatížením. ¨ Rockwel2 Postup zkoušky ¨ Zkouška spočívá ve vtlačování indentoru (diamantový kužel nebo ocelová kulička) do povrchu zkoušeného tělesa. Z naměřené trvalé hloubky vtisku h se určí hodnota tvrdosti. ¨ Tvrdost podle Rockwella ¨ Hodnota tvrdosti podle Rockwella se odečítá přímo na ukazateli tvrdoměru. ¨ ¨55 HRC ¨Význam: naměřena tvrdost 55 jednotek Rockwella na stupnici C. ¨ ¨ Zk. mechanických vlastností dynamické ¨ Mechanické zkoušky dynamické: ¨- Zkouška tvrdosti POLDI kladívko, ¨ Baumannovo kladívko. ¨- Zkouška rázem v ohybu ¨ podle Charpyho. Poldi - tvrdoměr + tyčka POLDI kladívko ¨ Kladívko Poldi se skládá z pouzdra v němž je uložena tyčinka známé tvrdosti (etalon). ¨ ¨ ¨380 HB Poldi ¨Význam: naměřena tvrdost ¨380 jednotek, metodou ¨HB Poldi Houževnatost materiálu ¨ Od listopadu 1942 do dubna 1946 se na 976 svařovaných námořních plavidlech USA objevilo 1442 vážných poškození trhlinami různých velikostí. Do konce roku 1949 došlo k havárii 11 lodí typu Liberty. ¨ ¨ U součástí namáhaných ¨dynamicky – dochází k ¨porušení soudržnosti při ¨hodnotách nižších než ¨jsou hodnoty statické pevnosti. foto lod liberty 1 Zk. rázem v ohybu podle Charpyho ¨Metodika zkoušky a tvar zkušebních těles jsou uvedeny v ČSN EN 10 045 – 1 ¨Zkušebním zařízením je kyvadlové kladivo -vyrábí se kladiva 150 J, 300 J nebo 450 J ¨ charpy02 Nárazová práce = Potenciální energie kladiva počáteční - Potenciální energie kladiva koncová K = m.g.h - m.g.h1 Zkušební vzorky ¨ Zkušební tyč má rozměry 10 x 10 x 55 mm: ¨ ¨ ¨ ¨Zk. vzorek s V-vrubem Zk. vzorek s U-vrubem ¨Vrubová houževnatost (pouze ČR): ¨ ¨ ¨ ¨ Teplotní závislost nárazové práce ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ Tranzitní lomové chování ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ Závěr ¨Literatura: ¨[1] Pokluda, J., Kroupa, F., Obdržálek, L.: Mechanické vlastnosti a struktura pevných látek. PC-DIR spol. s r.o., Brno, 1994, 385s. ¨[2] Vondráček, F. Materiály a technologie I a II, 1985, 243+244s. ¨[2] Ptáček a kol. Nauka o materiálu I a II. CERM, 2003, 520+396 s. ¨[3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s. ¨[4] internet ¨[5] internet < http://ime.fme.vutbr.cz/studijni opory.html > ¨ ¨