MATERIJALI IMEHANIKA SVOJSTVA MATERIJALA

Statiki vlani pokus

Prof. dr. sc. Ivica Kladari

1

UVODMetalni materijali najvie se upotrebljavaju u tehnikoj praksi zbog povoljnih mehanikih, tehnolokih, fizikalnih, kemijskih i drugih svojstava. U strojarstvu temeljna svojstva materijala su mehanika: vrstoa, granica razvlaenja, istezljivost, ilavost, tvrdoa i sl. Mehaniko svojstvo materijala predstavlja mjerljivu veliinu materijala, koja se moe brojano odrediti pomou normiranih metoda ispitivanja. Opa sistematizacija mehanikih svojstava i uvjeta ispitivanja je: a) Prema nainu djelovanja optereenja na: b) Prema brzini djelovanja optereenja: - statiko i - dinamiko (udarno ili promjenljivo).

c) Prema temperaturi ispitivanja na: - sobnoj (235oC), - povienoj i - snienoj temperaturi. d) Prema trajanju djelovanja optereenja na: - kratkotrajna i - dugotrajna.2

STATIKI VLANI POKUSStatikim vlanim pokusom utvr uju se osnovna mehanika svojstva, kao to su: granica razvlaenja, vlana vrstoa, modul elastinosti, istezljivost, suenje itd. Vlani pokus se provodi ure ajima (tzv. kidalice) na kojima se ispitni uzorak kontinuirano vlano optereuje do loma. Pri ispitivanju se kontinuirano mjere sila i produljenje ispitnog uzorka te se pisaem grafiki registrira dijagram sila produljenje. Ure aji za ispitivanje mogu biti razliite veliine obzirom na silu kojom mogu djelovati na uzorak, a imaju ove grupe dijelova: 1. kuite 2. mehanizam za prijenos sile na uzorak (mehaniki ili hidrauliki) 3. pristroj za dranje uzorka (eljusti) 4. ure aj za registriranje sile i produljenja. Mehanike stezne eljusti

Hidraulika kidalica

Mehanika kidalica

Pneumatske stezne eljusti

Ure aj za registriranje sile i produljenja3

STATIKI VLANI POKUSKako bi se dobiveni rezultati mehanikih svojstava mogli me usobno uspore ivati potrebno je ispitivanje provoditi prema vaeim standardima. Standardi po kojima se izvodi vlani pokus pri sobnoj temperaturi su: HRN C.A4.001, HRN C.A4.002 i HRN EN 10002-1 Ovi standardi definiraju: a) oblik i mjere ispitnog uzorka, b) brzinu optereenja, c) temperaturu prostora u kojem se izvodi ispitivanje i d) nain provo enja ispitivanja i izraunavanja rezultata. Oblik i mjere ispitnog uzorka Ispitni uzorci mogu biti okruglog ili etvrtastog poprenog presjeka.

Ispitni uzorci od lima

Mjesta uzimanja ispitnih uzoraka

Ispitni uzorci od razliitih materijala4

STATIKI VLANI POKUSOblik i mjere ispitnog uzorka

Razlikuju se dva osnovna tipa ispitnih uzoraka: normalni i proporcionalni. Po obliku su jednaki, ali se razlikuju po dimenzijama.

U izvjetaju o rezultatima ispitivanja uvijek se mora navesti i vrsta epruvete.

5

STATIKI VLANI POKUSBrzina optereenja ne smije prijei vrijednosti So x 10 N/mm2s. 1 MPa = 106 Pa Temperatura prostora u kojem se izvodi ispitivanje treba iznosi 235oC. 1 Pa = 1 N/m2 ili 1 MPa = 1 N/mm2 Nain provo enja ispitivanja Ispitni uzorak (d0 i L0, mm) postavi se u eljusti kidalice i vlano optereti. Za vrijeme ispitivanja biljei se sila na kojoj je dolo do teenja materijala (Fe, N) i maksimalno postignuta sila (Fm, N). Nakon ispitivanja izmjeri se duljina ispitnog uzorka poslije kidanja (Lu, mm) i promjer ispitnog uzorka nakon kidanja (du, mm). Poslije vlanog pokusa snimljen je dijagram sila produljenje. U dijagrama od ishodita O do toke P ispitni uzorak se produuje upravno proporcionalno s optereenjem (F/l=const.). U tome dijelu grafa imamo linearnu funkciju koja izraava Hookeov zakon. Toka P do koje vrijedi Hookeov zakon naziva se granica proporcionalnosti. Nagib Hookeova pravca definira karakteristiku materijala Youngov modul ili modul elastinosti. E = tg, MPa, za elik iznosi E=210000 MPa O

F, N

M K T E P

FmFe

Jednolika deformacija

Lokalna deformacija

L, mm6

STATIKI VLANI POKUSNain provo enja ispitivanja Sljedea karakteristina toka na dijagramu je toka E koja predstavlja granicu elastinosti. Ona definira mjesto do kojega postoje samo elastine deformacije, prelaskom te toke javljaju se prve plastine (trajne) deformacije. Izraunavanje rezultata

F, N

M K T E P

FmFe

Podruje plastinih deformacija Podruje elastinih deformacija L, mm

Pomou rezultata vlanog pokusa (d0, L0, Fe, Fm, du i Lu) O mogue je izraunati etiri mehanika svojstva.F Re = e , MPa 1. Granica razvlaenja (teenja) Re utvr uje se izrazom: S0

Re oznaava ono naprezanje koje odvaja podruje elastinih od plastinih deformacija. Granicu razvlaenja karakteriziraju dvije vrijednosti: ReH gornja granica razvlaenja ReL donja granica razvlaenjaF ReH = eH , MPa S0

F ReL = eL , MPa S0

Vrijednosti granice razvlaenja koje su propisane u tehnikim uvjetima isporuke materijala (obino kao minimalne vrijednosti), odnose se na gornju granicu razvlaenja ReH.7

STATIKI VLANI POKUSIzraunavanje rezultataF Rm = m , MPa 2. Vlana ili rastezna vrstoa Rm utvr uje se izrazom: S0

Rm je osnovno mehaniko svojstvo na temelju kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehanikoj otpornosti. 3. Istezljivost materijala A utvr uje se izrazom:A= Lu L0 100, % L0

d 2 S0 = 0 = a0 b0, mm 4 d 2 Su = u = au bu , mm 4Istezljivost A oznaava relativno produljenje materijala u aksijalnom smijeru u odnosu na poetnu mjernu duljinu L0. Na osnovi istezljivosti A materijali se me usobno uspore uju u pogledu deformabilnosti u uzdunom smjeru ispitnog uzorka. 4. Suenje (kontrakcija) materijala Z utvr uje se izrazom: Z = 0S u 100, % 0 Suenje Z karakterizira deformabilnost materijala u smjeru poprenom na djelovanje optereenja i oznaava relativno suenje poprenog presjeka ispitnog uzorka u odnosu na poetni popreni presjek.S S2

2

8

STATIKI VLANI POKUSKonvencionalni dijagram naprezanje - jedinino istezanjeVeliine iz dijagrama sila-produljenje preraunavamo u naprezanje () i jedinino istezanje () prema izrazu:=F , MPa S0

=

Lt L0 L 100 = 100, % L0 L0

Ucrtavajui izraunate vrijednosti naprezanja i istezanja u koordinatni sustav dobije se konvencionalni dijagram naprezanje jedinino istezane ( - dijagram). , MPa

RmReT

M K

Podruje klonulosti (loma) OBRADA ODVAJANJEM ESTICA Podruje poputanja OBRADA DEFORMIRANJEM Podruje elastinosti KONSTRUKCIJE A

, %

Kod konvencionalnog dijagrama - , optereenje se svodi na poetni presjek S0.9

STATIKI VLANI POKUSStvarni dijagram naprezanje - jedinino istezanjeKod stvarnog dijagrama - optereenje se svodi na stvarni presjek S.F , MPa S=Lt L0 L 100 = 100, % L0 L0

=

Ucrtavajui izraunate vrijednosti naprezanja i istezanja u koordinatni sustav dobije se stvarni dijagram naprezanje jedinino istezane.K

,MPa

M Stvarni M dijagram K

Konvencionalni dijagram

, %10

STATIKI VLANI POKUSDijagrami i svojstva pri vlanom ispitivanjuDijagrami razliitih materijala mogu se podjeliti u etiri osnovna oblika: 1. s izraenom granicom razvlaenja (npr. meki i srednje tvrdi elici) 2. s kontinuiranim prijelazom iz elastinog u elastino/plastino podruje deformacija (npr. bakar i aluminij).

,sivi lijev (3)

MPa

zakaljeni elik (3)

srednje tvrdi elik (1)

3. bez podruja elastino/plastinih deformacija (krhki materijali koji se lome gotovo bez plastine deformacije, npr. sivi lijev ili zakaljeni elik) 4. s entropijskom elastinom deformacijom, npr. neki organski materijali i polimeri tipa elastomera

meki elik (1) Cu (odaren) (2) Al (odaren) (2) elastomer (4)

, %

11

Statiki vlani pokusKonvencionalna granica razvlaenjaKod materijala kod kojih nije izraena granica razvlaenja odre uje se TEHNIKA ili KONVENCIONALNA GRANICA RAZVLAENJA Rp0,2. Rp0,2 je ono naprezanje koje u materijalu izaziva trajnu deformaciju od 0,2 %. Kod odre ivanja Rp0,2 upotrebljava se grafika metoda na dijagramu naprezanje-jedinino istezanje. Ova se metoda zasniva na uvjetu da je nakon prestanka djelovanja optereenja krivulja povratka ravna linija tj. Hookeov pravac. Kada se povue paralelni pravac Hookeovom pravcu kroz istezanje od 0,2%, sjecite s krivuljom naprezanjejedinino istezanje dat e naprezanje Rp0,2.

,MPa Rp0,2

I

I

I

I

I

0,1 0,2 0,3 0,4

, %

12