1

MATERIJALI I

MEHANIČKA SVOJSTVA MATERIJALA

Ispitivanje udarne radnje loma

Prof. dr. sc. Ivica Kladarić

2

UVOD

Ispitivanjem udarne radnje loma utvrđuje se ponašanje materijala (metalnih i polimernih) u uvjetima udarnog opterećenja.

Vrijednost udarne radnje loma pokazuje hoće li se materijal ponašati žilavo ili krhko u uvjetima udarnog opterećenja.

Često se ispituje pri sniženim temperaturama jer kod nekih materijala temperatura značajno utječe na iznos udarne radnje loma.

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Ispitivanje udarne radnje loma provodi se prema normi EN 10045-1 na ispitnom uzorku četvrtastog poprečnog presjeka sa zarezom u sredini, na Charpyjevu batu.

3

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Ispitni uzorak oslonjen na dva oslonca savojno se opterećuje udarcem brida bata u sredini raspona nasuprot utoru.

Zbog udarca ispitni uzorak pukne u korijenu utora ili ga oštrica bata provuče između oslonca.

Položaj ispitnog uzorka

4

Dva najčešće korištena oblika ispitnog uzorka pri ispitivanju udarne radnje loma su:

Ispitni uzorak s V-zarezom (ISO-V)

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Oblici i dimenzije ispitnih uzoraka

Ispitni uzorak s U-zarezom (DVM)

U slučaju nedovoljne raspoloživosti materijala koriste se ispitni uzorci manjih dimenzija.

Tendencija je da se u većini slučajeva upotrebljavaju ispitni uzorci s V-zarezom.

Ispitni uzorak s V-zarezom upotrebljava se za ispitivanje žilavih materijala, kao što su čelici s malim postotkom ugljika.

Ispitni uzorak s U-zarezom upotrebljava se za ispitivanje krhkih materijala.

Zarez koji se nalazi u sredini ispitnog uzorka osigurava da se lom dogodi baš na tom mjestu.

5

Udarna radnja loma predstavlja energiju potrebnu da brid Charpyjeva bata prelomi ispitni uzorak ili ga provuče između oslonaca.

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Mehanička svojstva utvrđena ispitivanjem udarne radnje loma

1

2

Kod Charpyjeve metode ispitivanja bat (težine G, N) se spušta s početne visine h1 (koja odgovara kutu pada α) i udara u ispitni uzorak.

Kutovi se određuju pomoću kazaljki na mjernoj skali.

Bat se ne zaustavlja nego nastavlja kretanje, lomi ispitni uzorak i dolazi na konačnu visinu h2, koja odgovara kutu β.

Udarna radnja loma računa se iz izraza:

KV ili KU = G . r (cosββββ - cosαααα), J

KV ili KU = G . (h1 - h2), J

G = m . g, N - težina bata

Ukoliko se primjenjuju standardni ispitni uzorci (ISO-V ili DVM) žilavost se izražava samo u J, a ukoliko su korišteni ispitni uzorci manjih dimenzija, onda se izražava u J/cm2 i računa po izrazu:

Ova energija se može očitati direktno na mjernoj skali pomoću kuta β.

2/,

)(cmJ

S

KViliKUK =

gdje je S – površina nosivog presjeka ispitnog uzorka izražena u cm2.

6

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Utjecaj temperature ispitivanja na žilavost materijala

Žilavost materijala općenito opada sa snižavanjem temperature ispitivanja.

udar

na r

adnj

a lo

ma,

J

temperatura, oC

krhki materijali

žilavi materijali

krhko žilavo

ϑp

Legure metala s BCC rešetkom (većina konstrukcijskih čelika) i polimeri imaju karakterističnu krivulju s izraženom prijelaznom temperaturom (ϑp).

Kod vrlo žilavih metala s FCC rešetkom (Al, Cu, Ni, austenitni čelici) opadanje žilavosti je neznatno te su oni zato deformabilni u širokom temp. intervalu.

Krhki materijali (visokočvrsti čelici, staklo i keramika) imaju nisku žilavost i deformabilnost bez obzira na temp. ispitivanja.

Prijelazna temperatura (ϑp) je temperatura na kojoj materijal prelazi iz žilavog u krhko područje.

7

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Utjecaj temperature ispitivanja na žilavost materijala

Na višim temperaturama čelici s BCC rešetkom imaju tzv. plastični ili žilavi lom s karakterističnim izgledom vlaknaste strukture i jako deformiranim presjekom na mjestu prijeloma ispitnog uzorka.

S padom temperature dolazi do krhkog loma s izraženom zrnastom kristalnom strukturom i vrlo malo deformiranim presjekom.

Vrste prijeloma: krhki (lijevo) i žilavi (desno)

8

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Odnos udarne radnje loma prema dijagramu σ-ε

Energija potrebna da bi se slomio materijal je u relaciji s površinom ispod stvarne krivulje σ-ε.

Metali s velikom čvrstoćom i visokom istezljivošću (B) imaju dobru žilavost.

Keramički i mnogi kompozitni materijali (A) imaju slabu žilavost, bez obzira na veliku čvrstoću, zbog toga što imaju vrlo nisku istezljivost.