VELEUČILIŠTE U KARLOVCUSTUDIJ STROJARSTVAAK. GODINA: 2012./2013. – V SEMESTAR

KOLEGIJ: ISPITIVANJE MATERIJALA

INTERNA SKRIPTA

SADRŽAJ:

01. UVOD02. OSIGURANJE KVALITETE I NORMIZACIJA03. PREGLED METODA ISPITIVANJA04. ISPITIVANJE MEHANIČKIH SVOJSTAVA MATERIJALA05. MEHANIKA LOMA06. ISPITIVANJE TVRDOĆE07. ISPITIVANJE TEHNOLOŠKIH SVOJSTAVA MATERIJALA08. ISPITIVANJE BEZ RAZARANJA - DEFEKTOSKOPIJA

Tihana Kostadin, mag.ing.stroj.

1. UVOD

Fizikalno – kemijska i mehanička svojstva materijala, u ovom slučaju metala, odnosno legura, određena su prirodom atoma i njihovim međusobnim rasporedom u prostoru. Međutim, zbog postojanja grešaka u metalnoj strukturi, svojstva metala izračunata na osnovu poznavanja karakteristika atoma i njihovih agregata ne slažu se sa vrijednostima dobivenim neposrednim mjerenjem. Prema tome, utjecaji grešaka u metalnoj strukturi, odnosno stvarna svojstva metala mogu se pouzdano provjeriti i utvrditi jedino neposrednim ispitivanjima i mjerenjima.

Još u vrijeme kada tehničkih metala u primjeni nije bilo puno, rađen je njihov odabir, bar u pogledu najosnovnijih svojstava. S vremenom se razvio čitav niz postupaka ispitivanja kojima je cilj da se svojstva metala što bolje upoznaju i tako što racionalnije iskoriste.

Sve veći broj raznovrsnih materijala u primjeni i sve oštriji zahtjevi u pogledu kvalitete, nametnuli su potrebu da se izvrši standardizacija i propišu osnovna svojstva raznih vrsta materijala, a samim tim i standardizacija postupaka ispitivanja.

Ispitivanje materijala ne radi se samo zbog utvrđivanja svojstava prilikom proizvodnje, ili prijema, već vrlo često i radi raznih ekspertiza u svrhu utvrđivanja načina upotrebe.

U razvojnim centrima većih industrijskih poduzeća i znanstveno – istraživačkim institutima, ispitivanja se rade u cilju što potpunijeg upoznavanja svojstava materijala, kao i u cilju poboljšanja tih svojstava, kako bi se dobili materijali za nove proizvode, odnosno nova područja primjene.

Značaj ispitivanja materijala za razvoj tehnike i današnja dostignuća na polju gradnje aviona, automobila, željeznica, brodova, turbina, mlaznih motora, svemirskih letjelica itd. svakako je izvanredno veliki.

Ova interna skripta namijenjena je studentima koji pohađaju kolegij Ispitivanje materijala, kao kratki priručnik, odnosno vodič kroz gradivo, uz obavezno korištenje ostale literature iz ovog područja.

2

2. OSIGURANJE KVALITETE I NORMIZACIJA

OSNOVNI POJMOVI

Kvaliteta, kakvoća, odlika, vrsnoća su nazivi za ukupnost svojstava entiteta, koji omogućavaju zadovoljavanje izraženih ili pretpostavljenih potreba.

Razred ili razina kvalitete je vrsno određenje ili položaj dodijeljen entitetima koji služe istoj svrsi, ali imaju različite zahtjeve na kakvoću.

Kvaliteta se najbolje ostvaruje primjenom principa osiguravanja kvalitete na sustav koji mora dati entitet određene kvalitete. Također, sustav osiguravanja kvalitete predviđa metode i alate kojima se provjerava postignuta odlika, bilo putem internih provjera ili vanjskih ovlaštenih institucija.

Entitet je ciljani skup koji može biti određeni materijal, gradivo, proizvod, usluga, radne upute, postupci, planovi, programi, radnja ili proces, organizacija, sustav ili osoba, te svaka njihova kombinacija.

Sustav uključuje opremu i pribor, programsku podršku, te sredstva koja utječu na funkcije sustava. Kadar čini širi sustav, a sadrži strateški, upravljački, izvršni i pomoćni dio djelatnika. Razvojem sustava došlo se do slijedećih metoda osiguravanja kvalitete: kontrola kvalitete (QC), osiguravanje kvalitete (QA), upravljanje kvalitetom (QM), cjelovita kontrola kvalitete (TQC), cjelovito upravljanje kvalitetom (TQM).

Kontrola kvalitete (QC = Quality Control) je skup metoda i postupaka kojima se temeljem kriterija kvalitete utvrđuje sukladnost i zadovoljavanje postavljenih zahtjeva. Kontrola kvalitete je u potpunosti normizirani pristup.

Osiguravanje kvalitete (QA = Quality Assurance) je skup metoda, postupaka i alata kojima se utvrđuju uzroci nesukladnosti, te se otklanjaju u tijeku proizvodnje, ili pružanja usluge utječući na krajnji rezultat, tj. kvalitetu.

Upravljanje kvalitetom (QM = Quality Management) je skup metoda, postupaka i alata, kojima se unose novi elementi politike i postupci, pri čemu se kvaliteta ne prihvaća kao nametnuta kategorija koju treba osiguravati na proizvodu ili usluzi, već se kvalitetom upravlja u vremenu i prostoru, prilagođavajući se tržištu.

Dokumentacija sustava kvalitete obuhvaća priloge kojima se propisuje strategija kvalitete i kojima se definiraju postupci za poslovanje određenom tvrtkom.

Temeljni dokument je POSLOVNIK KVALITETE koji obuhvaća ciljeve i politiku kvalitete tvrtke, a posebno je važno da definira zaduženja i odgovornosti za kvalitetu unutar tvrtke.

3

Temeljna pretpostavka uspješnog djelovanja, odnosno poslovanja je KOMPETENCIJA, naziv preuzet iz američke poslovne terminologije, a određuje složenu karakteristiku pojedinca ili tvrtke, koja u velikoj mjeri potvrđuje sposobnost za postizanje kvalitete proizvoda ili usluga.

Politikom kvalitete se definira opća usmjerenost organizacijske jedinice i tvrtke u cjelini ka kvaliteti proizvoda ili usluga. Politiku kvalitete uprava tvrtke donosi i objavljuje službeno, te uključuje u poslovnik kvalitete pri čemu treba biti: politika kvalitete usklađena sa strategijom tvrtke; definirana odgovornost za kvalitetu; utvrđeno praćenje učinkovitosti odabrane politike putem realizacije ciljeva.

SMJERNICE I NORME

Smjernicama je definirano obvezno područje primjene, odnosno naputci i tehnički zahtjevi za proizvode i usluge samo u bitnim svojstvima. Smjernice se usredotočuju na zdravstvene i sigurnosne uvjete, zahtjeve kojima se osigurava pravo kupca na kvalitetu i rješavanje zahtjeva društva, zaštite okoliša, te drugih javnih interesa.

Norme su neobvezne u primjeni. U djelokrug normiranih tijela stavljene su tehničke karakteristike proizvoda. Norme su posebno važne za upravljanje složenih sustava i osiguravanje kvalitete proizvoda ili usluga.Norme mogu biti: nacionalne (HRN, DIN), regionalne ili međunarodne (EN, ISO...).

KONTROLA KVALITETE

Ovisno o vrsti ispitivanja i metodama koje se tijekom ispitivanja primijenjuju u proizvodnji, uobičajena je podjela na slijedeće dvije vrste kontrola:- kontrola ili ispitivanje s razaranjem (KSR) i- kontrola ili ispitivanje bez razaranja (KBR).

KSR podrazumijeva sve metode ispitivanja i mjerenja koje se provode na dogovorno utvrđenim epruvetama ili uzorcima. Naziv razorne metode koristi se samo u kontekstu s nerazornim metodama. Temeljna namjena metoda KSR je utvrđivanje karakteristika materijala, kao što su: ispitivanje čvrstoće, dinamičke izdržljivosti, udarnog rada loma, kemijskog sastava i drugo.

KBR se uključuje u sustav osiguravanja kvalitete nerazornim metodama. Uvjet da se neka metoda može svrstati u nerazorne je da se primjenom te metode na objekt ispitivanja ne utječe na funkcionalnost ispitivanog objekta. Stari naziv za kontrolu bez razaranja je defektoskopija.

4

3. PREGLED METODA ISPITIVANJA

METODE

Metode ispitivanja dimenzija, oblika i stanja površine;Metode ispitivanja kemijskog sastava;Metode ispitivanja strukture: metalografska mikroanaliza, rendgenska difrakcijska strukturna mikroanaliza, elektronski mikroanalizatori; transmisijska elektronska mikroanaliza;Metode mehaničkih i tehnoloških ispitivanja;Metode ispitivanja materijala bez razaranja (defektoskopija).

Ispitivanje (utvrđivanje) kemijskog sastava materijala (spektroskop).

METALOGRAFIJA se bavi istraživanjem strukture metala i legura pomoću svjetlosnog (metalografskog) i elektronskih mikroskopa.- Makrostruktura – vidljiva golim okom ili uz malo povećanje;- Mikrostruktura –zahtijeva pomoć mikroskopa.- Priprema uzorka za metalografiju: izrezivanje uzorka, brušenje,

umetanje malih uzoraka u smolu, fino brušenje, poliranje, odmašćivanje, nagrizanje površine uzorka, ispiranje uzorka i sušenje.

Ispitivanja mehaničkih svojstava materijala mogu biti:a) statička (kratkotrajna i dugotrajna);b) dinamička (kratkotrajna i dugotrajna).

Statička kratkotrajna: statički vlačni pokus, statički tlačni pokus...;Statička dugotrajna: puzanje materijala;Dinamička kratkotrajna: udarni rad loma;Dinamička dugotrajna: umor materijala.

5

4. ISPITIVANJE MEHANIČKIH SVOJSTAVA MATERIJALA

STATIČKI VLAČNI POKUS

Elastično i plastično ponašanje materijala u uvjetima jednoosnog statičkog vlačnog naprezanja, ispituje se STATIČKIM VLAČNIM POKUSOM.

Ovim ispitivanjem utvrđuju se ujedno osnovna mehanička svojstva materijala, koja upravo karakteriziraju njihova mehanička svojstva, kao što su granica razvlačenja, maksimalna vlačna sila, sila loma, istezanje i kontrakcija.

Ispitivanje se provodi uređajima koji se nazivaju KIDALICE ILI UNIVERZALNE ISPITIVALICE, na kojima se epruvete kontinuirano vlačno opterećuju do loma. Pri ispitivanju se kontinuirano mjere sila i produljenje epruvete, te se pisačem grafički registrira dijagram “sila – produljenje”, prikazan na slijedećoj slici.

Iz materijala koji želimo ispitati izrezuje se uzorak propisanog oblika i dimenzija – epruveta ili ispitni uzorak.

Najčešće je to (ovisno o obliku poluproizvoda) probni štap cilindričnog oblika, kod kojeg su njegov promjer i mjerna duljina u određenom razmjeru.

Na slici je epruveta okruglog presjeka.

6

Veličine koje karakteriziraju dimenzije epruvete su slijedeće:

d0 = početni promjer epruvete, [mm]L0 = početna mjerna duljina epruvete, [mm]S0 = početna površina presjeka epruvete,S0 = d0

2 π/4, [mm2].

Epruveta se na mjestima zadebljanja učvrsti u čeljusti kidalice, odnosno stroja na kojem se provodi statički vlačni pokus i opterećuje se vlačnom silom, kako prikazuje slika.

U prvom dijelu dijagrama “sila – produljenje”, ovisnost sile i produljenja je linearna i to vrijedi sve do dostizanja sile Fe, tj. sile razvlačenja ili tečenja. Nakon dostizanja te sile, epruveta se nastavlja produljivati uz čak mali pad sile. Za daljnje rastezanje materijala potrebno je opet povećanje sile. U tom dijelu statičkog vlačnog pokusa, više ne postoji linearna ovisnost između prirasta sile i produljenja.Opterećenje se povećava do dostignuća sile Fm, tj. maksimalne sile, nakon koje se epruveta nastavlja produljivati uz smanjenje površine poprečnog presjeka.Konačno pri vrijednosti Fk, tj. konačne sile, dolazi do loma epruvete.

Iznosi sila pri statičkom vlačnom pokusu ne daju pravi uvid u mehaničku otpornost materijala, ukoliko se ne uzme u obzir površina poprečnog presjeka epruvete, odnosno ukoliko se umjesto sile F ne uvede naprezanje σ, koje se određuje izrazom:

σ=F/S0 ; [N/mm2], gdje jeF = sila, S0 = površina početnog popr. presjeka epruvete,S0 = d0

2 π/4; [mm2].Ukoliko se produljenje ∆L podijeli sa početnom mjernom duljinom L0, dobiva se relativno produljenje ili istezanje ε prema izrazu:

ε=∆L/L0 ; [mm/mm].Istezanje se može izraziti i u postocima: ε = ∆L/L0 · 100 ; %

7

Tako se iz dijagrama sila – produljenje, dobije dijagram naprezanje – istezanje, prikazan u nastavku.

Granica razvlačenja ili elastičnosti Re je ono naprezanje kod kojeg materijal počinje teći bez povećanja naprezanja.

Re = Fe/s0 ; [N/mm2]Vlačna ili rastezna čvrstoća je naprezanje kod maksimalne sile.Rm = Fm/s0 ; [N/mm2]

Naprezanje kod kojeg epruveta puca naziva se konačnim naprezanjem (to je granica loma) i ono je jednako:

Rk = Fk/s0 ; [N/mm2].Vrijednost istezanja nakon kidanja, određuje se prema izrazu:εu = (Lu-L0)/L0 = ∆Lu/L0; [mm/mm]. ∆Lu = Lu-L0 ; [mm] = produljenje nakon kidanja.

Pokazatelji deformabilnosti pri statičkom vlačnom pokusu:vrijednost konačnog istezanja (istezljivost): A = εu·100 ; % ; vrijednost konačnog suženja presjeka (kontrakcija):Z = (S0-Su)/S0 · 100 ; %.

S0 = početna površina presjeka = d02π/4 ; [mm2]

Su = konačna površina presjeka = du2π/4 ; [mm2].

8

Također treba reći, da će posljedica različitih vrijednosti modula E, biti različiti nagibi Hooke – ova pravca u dijagramima σ-ε za različite materijale, kako je prikazano na slijedećoj slici.

KONVENCIONALNA GRANICA RAZVLAČENJA Rp0.2

Dozvoljeno naprezanje se određuje prema granici razvlačenja. Stoga se kod materijala bez izražene granice razvlačenja, uvodi veličina – konvencionalna granica razvlačenja Rp0,2. To je ono naprezanje koje nakon rasterećenja epruvete izaziva trajnu (plastičnu) deformaciju od 0,2%.

Za razliku od standardnog statičkog vlačnog pokusa, za određivanje konvencionalne granice razvlačenja, potreban je dodatni uređaj – ekstenzimetar, koji se učvršćuje na epruvetu.

9

OBLICI I DIMENZIJE EPRUVETA

Epruvete za standardni statički vlačni pokus, te određivanje konvencionalne granice razvlačenja, mogu biti okruglog ili četvrtastog poprečnog presjeka.Okrugle epruvete mogu, s obzirom na veličinu promjera početnog presjeka biti: normalne (d0=20 mm) i proporcionalne (d0≠20mm).S obzirom na početnu mjernu duljinu L0, epruvete se dijele na: duge (L0=10d0) i kratke epruvete (L0=5d0). Plosnate epruvete (četvrtastog poprečnog presjeka), također mogu, s obzirom na početnu mjernu duljinu, biti kratke i duge.

STATIČKI VLAČNI POKUS PRI POVIŠENIM TEMPERATURAMA

Da bi se utvrdilo ponašanje materijala pri povišenim temperaturama, statički vlačni pokus se može provesti na epruveti koja je tijekom ispitivanja ugrijana na određenu temperaturu.

Takvo ispitivanje provodi se na materijalima koji će u eksploataciji biti pri povišenoj temperaturi (pr. kotlogradnja, energetska postrojenja...).Povišenje temperature ispitivanja smanjuje otpornost materijala (Re, Rm); granica razvlačenja postaje slabije izražena, a istezljivost A se povećava. Modul elastičnosti E se također s povećanjem temperature smanjuje.

STATIČKI VLAČNI POKUS PRI SNIŽENIM TEMPERATURAMA

10

Da bi se utvrdio utjecaj snižene temperature na rezultate statičkog vlačnog pokusa, epruvetu treba kontinuirano tijekom ispitivanja hladiti u odgovarajućoj komori.

Snižavanjem temperature ispitivanja, granica razvlačenja i vlačna čvrstoća rastu, granica razvlačenja postaje jače izražena, dok se istezljivost A smanjuje.

Vrijednost modula elastičnosti E se ne mijenja.

STATIČKI TLAČNI POKUS

STATIČKIM TLAČNIM POKUSOM utvrđuju se mehanička svojstva materijala pod djelovanjem normalnog jednoosnog tlačnog naprezanja, dakle pri obrnutom smjeru naprezanja, nego kod statičkog vlačnog pokusa.

Ovo se ispitivanje provodi ponajprije na materijalima u građevinarstvu (beton, cigla, drvo, kamen...), a na metalnim i polimernim materijalima samo u nekim posebnim slučajevima (pr. materijali za klizne ležajeve...).Ispitivanje se provodi kidalicama ili univerzalnim ispitivalicama, te tlačnim prešama, a sila se ostvaruje mehanički ili hidraulički.

Uobičajeno je ispitivanje epruveta okruglog presjeka, no koriste se i epruvete četvrtastog presjeka.

Pri ispitivanju žilavih materijala (napr. konstrukcijskih čelika), ovim se ispitivanjem utvrđuje GRANICA STLAČIVANJA:

Rel = Fel/S0 ; [N/mm2].

11

Kod žilavih materijala ne dolazi do potpunog lomljenja epruvete, već do formiranja tzv. “trbuha”, kao posljedice vlačnih naprezanja u rubnom području epruvete, te do mjestimičnih pukotina.

Zato se kod žilavih materijala za izračunavanje tlačne čvrstoće uvrštava iznos tlačne sile, kod koje se na rubu epruvete pojavljuje prva pukotina.Svojstvo deformabilnosti materijala pri ovom ispitivanju je LOMNO (konačno) SABIJANJE.

Lomno sabijanje utvrđuje se izrazom:εut = (L0-Lut)/L0 · 100 ; %.L0 = početna mjerna duljina (visina) epruvete, [mm]Lut = konačna mjerna duljina (visina), tj. duljina epruvete u trenutku pojave prve pukotine, [mm].

Lomno sabijanje, analogno istezljivosti kod statičkog vlačnog pokusa je relativno skraćenje epruvete u odnosu na njezinu početnu mjernu duljinu.

SAVOJNO ISPITIVANJE

Savojnim ispitivanjem utvrđuju se mehanička svojstva prvenstveno krhkih materijala, napr. sivog lijeva, alatnih čelika, keramike, betona i to u uvjetima savojnog naprezanja.

Kod žilavih materijala, kao što su to na primjer konstrukcijski čelici, savojno ispitivanje provodi se s ciljem utvrđivanja tehnoloških svojstava materijala.Ispitivanje se provodi kidalicama ili univerzalnim ispitivalicama. Savojno opterećenje epruveta ostvaruje se posebnim napravama.

Oblici i dimenzije epruveta ovise o vrsti materijala koji se ispituje, a one mogu biti okruglog ili četvrtastog poprečnog presjeka.Često se ispituju gotovi dijelovi strojeva ili konstrukcija.

Najčešće se primjenjuje ispitivanje trotočkastim savijanjem.

12

Pri takvom ispitivanju epruveta se opterećuje u sredini raspona savojnom silom Fs, pa je na tom mjestu maksimalni savojni moment Msmax.Pri ispitivanju krhkih materijala, ovim ispitivanjem se utvrđuje savojna čvrstoća, koja se izračunava slijedećim izrazom:

Rms = Fm Ls/4W ; [N/mm2] pri čemu izraz vrijedi za trotočkasto savijanje.

Fm = maksimalna sila ; [N]Ls = razmak oslonaca ; [mm]W = moment otpora ; [mm3], koji za okrugli poprečni presjek iznosi:W = d0

3 π /32 ; [mm3].Kod općih konstrukcijskih čelika utvrđuje se i savojna granica razvlačenja Res, prema izrazu identičnom onom za savojnu čvrstoću, samo što se umjesto maksimalne sile Fm, uvrštava sila tečenja Fe.

Res = Fe Ls/4W ; [N/mm2].

PUZANJE MATERIJALA

Veličine utvrđene statičkim vlačnim pokusom karakteriziraju mehaničku otpornost materijala pri kratkotrajnom djelovanju vlačnog opterećenja. No često su različiti elementi strojeva ili konstrukcija podvrgnuti dugotrajnom djelovanju konstantnog opterećenja (naprezanja). Ukoliko takvo dugotrajno opterećenje djeluje u uvjetima povišene temperature, moguća je pojava PUZANJA MATERIJALA.

PUZANJE MATERIJALA je spora deformacija materijala nastala uslijed djelovanja dugotrajnog konstantnog opterećenja pri povišenoj temperaturi.

Puzanje materijala je toplinski aktivirani proces, pa nastupa u temperaturnom području:

T>0,3 Ttal

13

Zbog toga puzanje kod polimera nastupa već pri sobnoj temperaturi, a kod čelika npr. pri temperaturama > 400°C.

Proces puzanja podijeljen je u tri stadija.

Prvi stadij naziva se POČETNI STADIJ PUZANJA i tu krivulja ne počinje iz ishodišta dijagrama, budući da je deformacija nastala istog časa kad je ispitni uzorak opterećen. Prvi stadij karakterizira u početku povećana i promjenjiva brzina puzanja.

Drugi stadij se naziva STADIJ KONSTANTNE BRZINE PUZANJA, pa kao što mu ime govori, prirast istezanja u jedinici vremena je približno konstantan.

Treći stadij puzanja se naziva ZAVRŠNI STADIJ PUZANJA, kada opet dolazi do sve većeg prirasta istezanja u jedinici vremena.U tom trećem stadiju puzanja, dolazi konačno i do LOMA EPRUVETE.

Na slijedećoj slici je dijagram puzanja.

14

Budući da je puzanje materijala toplinski aktivirani, ireverzibilni proces deformacije materijala, koji nastaje u uvjetima konstantnog opterećenja tijekom duljeg vremena na povišenoj temperaturi, na pojavu puzanja utječu slijedeći parametri:

temperatura tališta materijala, tip atomske veze i kristalne rešetke materijala, mikrostrukturno stanje materijala.

Temperatura tališta materijala je teoretski gornja granica korištenja materijala u konstrukcijske svrhe.

Znakovita je razlika u naprezanju potrebnom za početak gibanja dislokacija kod onih kristala kod kojih su atomi povezani metalnom vezom, u odnosu na kristale s kovaletnom ili ionskom vezom.

Zato će u tom pogledu keramički materijali biti u znatnijoj prednosti u odnosu na metalne materijale, no kod keramike nastaje problem velike krhkosti na niskim temperaturama.

U pogledu mikrostrukturnog stanja, najbolju otpornost puzanju imat će oni materijali koji imaju najviše prepreka za otežano gibanje dislokacija u kristalnoj rešetki.

To vrijedi u cijelom temperaturnom području, teoretski od 0 K do temperature tališta materijala, no postoji velika razlika u načinu gibanja dislokacija u ovisnosti o temperaturi. Na povišenim temperaturama kretanje dislokacija je puno brže.

Svi opisani procesi, osim o temperaturi, ovisni su i o vremenu. Njihova je brzina uvjetovana brzinom stvaranja i kretanja vakancija u rešetki.

15

Ispitivanje otpornosti puzanju uglavnom se provodi na jednakim epruvetama kao i kod statičkog vlačnog pokusa, a najčešće se koriste epruvete okruglog poprečnog presjeka s navojnim glavama.

Ispitivanje se provodi izravnim opterećivanjem epruveta pri nekoj temperaturi i to, ili s utezima, ili sustavom poluga, te registriranjem produljenja u zadanim vremenskim razmacima.

Mehanička svojstva koja karakteriziraju otpornost materijala puzanju su:GRANICA PUZANJA (Rpε/tθ) – vlačno naprezanje koje pri temperaturi nekog određenog trajanja ispitivanja ostavlja na epruveti definiranu trajnu deformaciju ε.STATIČKA IZDRŽLJIVOST (Rm/tθ) - vlačno naprezanje koje pri određenoj temperaturi nakon zadanog trajanja ispitivanja dovodi do loma epruvete.

Povezano s ispitivanjem puzavosti je ispitivanje poznato pod imenom relaksacija materijala. Ovo ispitivanje započinje deformacijom epruvete nekim malim iznosom, koji tijekom ispitivanja ostaje konstantan,a sastoji se od elastične i plastične komponente. S vremenom se plastična deformacija povećava, a elastična smanjuje. Samim tim se smanjuje također nametnuto naprezanje.

Pokazatelj otpornosti materijala je vrijeme relaksacije potrebno da se početno naprezanje smanji na određenu unaprijed utvrđenu vrijednost.

16

UDARNI RAD LOMA

Za razliku od prethodno opisanih statičkih svojstava, ispitivanje udarnog rada loma i umor materijala, spadaju u dinamička svojstva.

Ispitivanjem UDARNOG RADA LOMA utvrđuje se ponašanje metalnih i polimernih materijala u uvjetima udarnog opterećenja.

Ispitivanje se provodi na epruvetama s utorom, te se na taj način postiže višeosno stanje naprezanja u korijenu utora.

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

Ispituje se često pri sniženim temperaturama, jer kod nekih materijala temperatura znakovito utječe na iznos udarnog rada loma.

Ispituju se epruvete četvrtastog poprečnog presjeka, s utorom u sredini (ili bez njega), a opterećuje se na tzv. Charpyevu batu.

Epruveta, oslonjena na dva oslonca, savojno se opterećuje udarcem brida bata u sredini raspona nasuprot utoru. Uslijed udarca epruveta puca u korijenu utora, ili je oštrica bata provlači savinutu, ali ne slomljenu, između oslonaca.

Vrijednost udarnog rada loma je prvenstveno pokazatelj žilavosti materijala. Što je udarni rad loma veći, to je i materijal žilaviji.U pravilu, materijali veće istezljivosti A, imaju i veću vrijednost udarnog rada loma KU i obrnuto.

Nasuprot tome, materijali visoke čvrstoće imaju mali udarni rad loma.Energija potrebna da brid Charpyeva bata prelomi epruvetu, ili je provuče između oslonaca, jednaka je UDARNOM RADU LOMA.

KV(U) = G(h1-h2) ; [J].G = težina bata ; [N]h1 = početna visina bata ; [m]h2 = visina koju je bat dosegnuo nakon loma ili provlačenja epruvete ;

[m].

17

Iznos udarnog rada loma izražava se u J (Nm).V – epruveta sa “V” utoromU – epruveta sa “U” utorom.

Temperatura koja odvaja područje visokog udarnog rada loma od područja niskih vrijednosti, naziva se PRIJELAZNOM TEMPERATUROM (Tprel).

Kod konstrukcijskih čelika uobičajeno je propisivati vrijednosti udarnog rada loma pri nekoj temperaturi višoj od prijelazne za taj materijal. Na taj se način, uporabom tih čelika pri temperaturama višim od prijelazne, smanjuje opasnost od KRHKOG LOMA.

UMOR MATERIJALA

Često dijelovi strojeva i konstrukcija nisu napregnuti statičkim naprezanjem, već promjenjivim (dinamičkim) naprezanjem. Unatoč tome što je iznos takvog dinamičkog naprezanja niži od granice razvlačenja, nakon nekog vremena može doći do loma. Zato je dimenzioniranje dinamički opterećenih dijelova strojeva i konstrukcija korištenjem podataka o mehaničkim svojstvima utvrđenim statičkim ispitivanjem nedovoljno točno ili sasvim netočno.

Posljedica toga je pojava UMORA MATERIJALA, odnosno postupnog razaranja materijala zbog dugotrajnog djelovanja promjenjivog (dinamičkog) naprezanja, čiji je rezultat prijelom strojnog dijela.

18

Na slici je shematski prikaz prijelomne površine kao posljedice umora materijala.

Prijelomna površina sastoji se od zaglađenog svijetlog dijela s brazdama napredovanja pukotine. Brazde podsjećaju na godove drveta. Taj dio prijelomne površine nastajao je dulje vremena, pa se naziva PODRUČJEM TRAJNOG LOMA.

Drugi dio prijelomne površine – PODRUČJE TRENUTNOG LOMA je hrapav, zagasit i zrnat, a nastao je u trenutku kada je nametnuto naprezanje, zbog smanjenja nosive plohe, naraslo na iznos jednak vlačnoj čvrstoći materijala.

Odnos površina trajnog i trenutnog loma, te njihov razmještaj na prijelomnoj površini ovisi o vrsti i intenzitetu dinamičkog naprezanja, te intenzitetu koncentracije naprezanja.

Začetak trajnog loma se nalazi na mjestu gdje je iz nekog razloga došlo do koncentracije naprezanja.

Koncentratori naprezanja mogu biti: konstrukcijskog porijekla, tehnološkog porijekla, nastali u eksploataciji kao posljedica udarnog oštećenja i trošenja, nesavršeno strukturno stanje u materijalu.

19

Na slici je shematski prikaz nastanka loma od umora materijala.

Mehaničko svojstvo koje karakterizira otpornost materijala prema pojavi umora materijala naziva se DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST.

Svrha ispitivanja dinamičke izdržljivosti je utvrđivanje ponašanja materijala ili dijelova strojeva, odnosno konstrukcija, u uvjetima dugotrajnog djelovanja promjenjivog (dinamičkog) naprezanja.Analogno statičkom naprezanju i dinamičko naprezanje može biti vlačno – tlačno, savojno, uvojno.

Ispituje se uređajima koji omogućavaju promjenjivo (titrajno) opterećivanje epruveta ili strojnih dijelova, a nazivaju se pulzatori ili umaralice.Ispitivanje, s obzirom na frekvenciju, može biti niskofrekventno, srednjefrekventno i visokofrekventno.

20

Ovisno o tome odvija li se promjenjivo naprezanje samo u području tlaka, odnosno samo u području vlaka, ili pak naizmjence zadire u oba područja, govori se o istosmjernom odnosno izmjeničnom promjenjivom naprezanju, kako je prikazano na slijedećoj slici.

Za utvrđivanje dinamičke izdržljivosti izabire se jedan od tipova promjenjivog naprezanja, te se provodi tzv. Wöhlerov pokus.

Rezultati ovog pokusa, ucrtavaju se u WÖHLEROV DIJAGRAM, u koji se za pojedine vrijednosti dinamičkog naprezanja unose oni brojevi ciklusa, koje su epruvete izdržale do loma.

Najveće dinamičko (promjenjivo) naprezanje koje epruvete izdrže bez pojave loma, nakon praktički beskonačnog broja ciklusa – predočeno graničnim brojem ciklusa, naziva se DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST i označava se sa Rd ; [N/mm2].

21

Kod metalnih materijala, a posebno kod konstrukcijskih čelika, Wöhlerova krivulja se asimptotski približava vrijednosti dinamičke izdržljivosti, dok se kod polimernih materijala Wöhlerova krivulja približava apscisi, pa se ne može pouzdano utvrditi dinamičku izdržljivost.

Wöhlerov dijagram daje podatak o iznosu dinamičke izdržljivosti nekog materijala samo za jedan tip promjenjivog naprezanja.Za konstruktore je često potreban podatak o iznosu dinamičke izdržljivost nekog materijala za različite tipove promjenjivog naprezanja.Takve podatke daje SMITHOV DIJAGRAM.

U Smithovom dijagramu je prikazana ovisnost dinamičke izdržljivosti Rd o srednjem naprezanju σsr. S gornje strane dijagrama područje dinamičke izdržljivost ograničeno je linijom gornjih naprezanja σg, te granicom razvlačenja Re, a s donje strane linijom donjih naprezanja σd. Tako s povećanjem srednjeg naprezanja σsr, dopuštena amplituda naprezanja σa se jasno smanjuje.

Za granični slučaj σsr = Re, dopuštena amplituda je jednaka nuli (σa = 0).

Ranije prikazan Smithov dijagram daje podatke o dinamičkoj izdržljivosti nekog materijala za vlačno-tlačno promjenjivo naprezanje.

22

Dinamička izdržljivost nekog materijala može se ispitivati i u uvjetima ostalih načina opterećivanja, kao što su, na primjer, savojno ili uvojno promjenjivo opterećenje, što je prikazano na slijedećoj slici.

23

5. MEHANIKA LOMA

UVOD

Mehanika loma se bavi proučavanjem nastanka i napredovanja pukotine u krutima tijelima.

Termin mehanika loma ima dvostruki smisao. U užem smislu ona se odnosi na istraživanje uvjeta razvoja pukotine. U širem smislu mehanika loma obuhvaća i dio mehaničke otpornosti materijala koja se odnosi na završnu fazu procesa defirmiranja materijala pod djelovanjem opterećenja. Ovako postavljena mehanika loma povezuje teoretska razmatranja s rezultatima eksperimenta, te analizira pojavu lomova i havarija konstrukcija u eksploataciji.

VRSTE LOMOVA

Lom se može definirati kao makroskopsko razdvajanje materijala koje dovodi do gubitka nosivosti krutog tijela. Fizikalni uzrok loma je djelovanje naprezanja, koje zajedno s utjecajem okolnog medija razara atomsku i / ili molekularnu vezu, te se na taj način formira nova slobodna površina.

Makroskopski i mikroskopski lom može biti žilav ili krhak. Kod makroskopski žilavog loma u blizini mjesta prijeloma prisutna je plastična deformacija, dok kod krhkog prijeloma ona izostaje.

U mikro razmjerima kod materijala s kristalnom strukturom (svi metali, njihove legure, keramike, neki polimeri), lom može biti transkristalni ili interkristalni.

Transkristalni lom nastupa kroz kristalno zrno, a može biti žilav ili krhak. Kod žilavog transkristalnog loma prisutne su na prijelomnoj površini udubine nastale plastičnom deformacijom metalne matrice oko čestica prisutnih u mikrostrukturi metalnih materijala. Stoga se takav lom naziva jamičasti lom. Krhki transkristalni lom slijedi određene kristalne ravnine u pojedinim kristalnim zrnima. Takav lom nosi naziva rascjepni lom.

Interkristalni lom (napreduje uzduž granica zrna) je uvijek krhki lom. Po izgledu je sličan transkristalnom rascjepnom lomu, jer se prijelomna površina sastoji od „mikro“ glatkih ploha, koje su u ovom slučaju granice kristalnih zrna.

U makro razmjerima je lom od umora materijala uvijek pretežno krhki, tj. bez plastične deformacije strojnog dijela u okolini prijelomne površine.

Modeli pukotina: za ocjenu stabilnosti krutog tijela koje sadrži pukotinu, potrebno je definirati kontinuirano – mehanički model pukotine. Najpoznatiji model pukotine koji se temelji na energetskoj hipotezi loma je Griffithov model.

24

KONCEPTI MEHANIKE LOMA

Koncepti mehanike loma su:- linearno – elastična mehanika loma (LEML);- linearno – elastična mehanika loma s ograničenim tečenjem (prisutnost

plastične zone) i - elastično – plastična mehanika loma (EPML).

EKSPERIMENTALNO UTVRĐIVANJE LOMNE ŽILAVOSTI KIC

Zbog specifičnih zahtjeva definiranih konceptom LEML-a, odnosno linearno-elastičnim ponašanjem materijala do loma, za ekperimentalno utvrđivanje lomne žilavosti (KIC) moraju biti ispunjeni slijedeći uvjeti: - dimenzije epruvete moraju biti znatno veće od veličine plastične zone

pri vršku pukotine;- u trenutku nestabilnog širenja pukotine mora postojati mogućnost

precizne registracije opterećenja;- za odgovarajuću geometriju epruvete mora biti poznata odredbena

jednadžba, tj. odnos između faktora intenziteta naprezanja, naprezanja i duljine pukotine.

Postupak ispitivanja se provodi u dva stadija:- stvaranje realne pukotine promjenjivim naprezanjem na umaralici

(pulzatoru);- statičko ispitivanje do loma uz snimanje dijagrama sila – proširenje

pukotine.

25

6. ISPITIVANJE TVRDOĆE

UVOD

TVRDOĆA je otpornost materijala prema prodiranju drugog, znatnije tvrđeg tijela.

Prvu metodu za mjerenje tvrdoće razvio je Mohs. Prema Mohsovoj skali tvrdoće, materijali su svrstani u 10 razreda, ali ona vrijedi samo za minerale.

Podjela je načinjena tako da se materijal (mineral) u nekom razredu dade zastrugati s materijalom iz višeg razreda tvrdoće. Moshova metoda, odnosno skala, ne primjenjuje se za mjerenje tvrdoće tehničkih materijala.

Na tom području razvijen je čitav niz metoda ispitivanja tvrdoće. Ispitivanje tvrdoće je vjerojatno najčešće uporabljeno ispitivanje nekog mehaničkog svojstva, unatoč tome što mehanička svojstva utvrđena ispitivanjem tvrdoće nisu fizikalno jednoznačno definirane veličine.

Budući da ispitivanje tvrdoće neznatno oštećuje površinu ispitivanog predmeta, može se općenito svrstati među nerazorna ispitivanja.

Za samo ispitivanje ne treba izraditi posebnu epruvetu, nego samo odgovarajuće pripremiti plohe uzorka ili strojnog dijela. Uređaji za mjerenje tvrdoće, tvrdomjeri, u pravilu su jednostavniji i jeftiniji od nekih drugih uređaja za ispitivanje mehaničkih svojstava, na primjer kidalica.

Osnovni princip mjerenja kod većine metoda je mjerenje veličine ili dubine otiska što ga penetrator opterećen nekom silom, načini u ispitivanom materijalu. Te su metode pogodne za ispitivanje tvrdoće metalnih materijala kod kojih je moguća neka plastična (trajna) deformacija.

Tijelo koje se utiskuje na površinu naziva se PENETRATOR ili IDENTOR.Penetratori ili identori oblika su kuglice, stošca ili piramide, a izrađeni su od tvrdih materijala. Kod materijala koji imaju malu ili nikakvu mogućnost plastične deformacije, razvili su se postupci mjerenja tvrdoće, pri čemu se deformacija materijala mjeri u trenutku djelovanja sile.

Kod danas najčešće primjenjivanih metoda za mjerenje tvrdoće (Brinell, Vickers, Rockwell), djelovanje sile je statičko. Kod nekih drugih, rjeđe primjenjivanih postupaka mjerenja tvrdoće, djelovanje sile je dinamičko.

26

BRINELLOVA METODA

Kod Brinellove metode penetrator je kuglica od kaljenog čelika promjera D, koja se utiskuje silom F u površinske slojeve materijala, kako je prikazano na slijedećoj slici.Na taj način nastaje u ispitivanom materijalu otisak u obliku kugline kalote promjera baze “d” i dubine “h”.

Tvrdoća po Brinellu je, po definiciji, omjer primijenjene sile i površine otiska:

HB = F 0,102/S,gdje je F [N] sila, a S [mm2], površina kugline kalote koja se izračunava prema izrazu:

S = πDh [mm2]; D = promjer kuglice [mm]; h = dubina prodiranja kuglice nakon rasterećenja [mm].

Budući da se ovom metodom ne mjeri dubina prodiranja kuglice, nego promjer otiska (d), dobiva se izraz za tvrdoću po Brinellu:

HB = F 0,204/π D [D-(D2-d2)1/2 ] ; d = (d1+d2)/2Iznos stupnja opterećenja za pojedine grupe metalnih materijala prikazuje slijedeća tablica.

27

Iz iznosa stupnja opterećenja za odabrani se promjer kuglice utvrđuje potrebna sila, F.

Trajanje utiskivanja kuglice u materijal kreće se od 10 do 15 sekundi za Fe-C legure, a do 180 sekundi za najmekše materijale (napr. bijelu kovinu).

Brinellova tvrdoća je bezdimenzionalna veličina, a uz iznos tvrdoće izmjerene ovom metodom, navodi se dimenzija kuglice, primijenjena sila, te trajanje utiskivanja.

Primjer: 128 HB 5/250/15 (pri tome je 128 iznos tvrdoće, 5 je promjer kuglice, 250 je sila utiskivanja i 15 je vrijeme utiskivanja)Brinellovom se metodom s kuglicom od kaljenog čelika smiju mjeriti tvrdoće do 450 HB. Kod viših tvrdoća došlo bi do oštećenja kuglice, pa je obavezna primjena kuglice od tvrdog metala.

VICKERSOVA METODA

Kod Vickersove metode uklonjena su dva osnovna nedostatka Brinellove metode:

ograničenost područja mjerenja do 450 HB i ovisnost iznosa tvrdoće o primijenjenoj sili utiskivanja kuglice.

Prvi nedostatak je uklonjen uporabom najtvrđeg materijala za penetrator, dijamanta, a drugi oblikom penetratora.

To je kod Vickersove metode četverostrana piramida s kutom od 136° između stranica.Kut od 136° nije odabran slučajno. Taj kut zatvaraju tangencijalne ravnine na Brinellovu kuglicu pri optimalnoj veličini otisnuća.

28

Prema definiciji, tvrdoća po Vickersu jednaka je onoj Brinellovoj, a izračunava se izrazom:

HV = F 0,102/S ;pri čemu je F [N] = sila,S [mm2] = površina otisnuća (šuplje piramide) nakon rasterećenja.Budući da se mjeri dijagonala baze otisnuća (kvadrata), površina

otisnuća izražava se s pomoću dijagonale “d”, pa izlazi:HV = F 0,188/d2 ;pri čemu je F [N] = sila,d [mm] = srednja vrijednost od dvije izmjerene dijagonale otisnuća.d = (d1+d2)/2

Uobičajeni iznosi sile kod Vickersove metode iznose od 49 do 980 N. No, kod Vickersove metode se koriste i niža opterećenja. Ukoliko primijenjena sila utiskivanja iznosi od 1,96 do 49 N, govori se o semimikrotvrdoći.

Mjerenje semimikrotvrdoće provodi se prvenstveno pri ispitivanju tvrdoće tankih uzoraka, te tankih slojeva.

Za mjerenje tzv. mikrotvrdoće rabe se opterećenja niža od 1,96 N. Na taj način moguće je mjerenje tvrdoća pojedinih faza, npr. kristalnih zrna u mikrostrukturi materijala. Trajanje opterećivanja penetratora iznosi od 10 do 15 sekundi, a iznimno se za mekane materijale može i produljiti.

Vickersova tvrdoća je bezdimenzionalna veličina, a uz iznos tvrdoće navodi se i sila opterećivanja.

Primjer: 430 HV10 znači da je izmjerena tvrdoća iznosila 430 HV i da je dobivena utiskivanjem penetratora silom od 10·9,81 N, u trajanju od 10 do 15 sekundi.

Kod Vickersove metode je potrebna brižljiva priprema mjerne površine, koja pogotovo za mjerenje semimikrotvrdoće i mikrotvrdoće uključuje i poliranje uzorka. Također je zbog sitnog otiska za mjerenje dijagonale potreban mjerni mikroskop.

ROCKWELLOVA METODA

Za razliku od Brinellove i Vickersove metode, kod Rockwellove metode se ne mjeri veličina otisnuća, nego dubina prodiranja penetratora.

Zato se kod Rockwellove metode vrijednost tvrdoće očitava na skali tvrdomjera, nakon rasterećenja. Penetratori su kod Rockwellove metode ili dijamantni stožac ili kuglica od kaljenog čelika.

29

Način opterećivanja penetratora za HRC metodu, prikazan je na slijedećoj slici.

Nakon toga su u tablici prikazani podaci o obliku penetratora, te ostalim parametrima ispitivanja po Rockwellovoj metodi.

Osnovna prednost Rockwellove metode u odnosu na Brinellovu i Vickersovu je brzina mjerenja, budući da se iznos tvrdoće očitava neposredno na skali tvrdomjera, a nedostatak je manja preciznost mjerenja, te slabija selektivnost metode.

Tvrdoće izmjerene Rockwellovom metodom ne mogu se izravno preračunavati u Brinellove ili Vickersove i obrnuto. Iznosi tvrdoća izmjerenih Brinellovom i Vickersovom metodom (gotovo) su identične do iznosa od 350 HB (HV), dok su za veće iznose tvrdoća vrijednosti izmjerene Vickersovom metodom neznatno više.

30

7. ISPITIVANJE TEHNOLOŠKIH SVOJSTAVA MATERIJALA

UVOD

Ispitivanje tehnoloških svojstava materijala pripada među najstarije postupke ispitivanja materijala.

Provodi se sa ciljem ocjene ponašanja materijala u preradi.

Za razliku od ispitivanja mehaničkih svojstava, čiji su rezultati određene izmjerene vrijednosti s težnjom postizanja što manje mjerne nesigurnosti, kod ispitivanja tehnoloških svojstava materijala, rezultati ispitivanja najčešće nisu izmjerene vrijednosti, već ocjena ispitivača ispunjava li materijal zahtjeve propisane normama.

Uglavnom se ti zahtjevi odnose na deformabilnost materijala, a ispitivanje se provodi na uzorcima limova, traka, žica i cijevi.

ISPITIVANJE LIMOVA I TRAKA IZVLAČENJEM (PREMA ERICHSENU)

Ispitivanjem izvlačenjem ocjenjuje se sposobnost dubokog izvlačenja limova i traka namijenjenih takvoj preradi. Ispituju se limovi i trake debljine od 0,2 do 3 mm, širine od 30 mm na više.

Ispitivanje se provodi na relativno jednostavnoj napravi, prikazanoj na slijedećoj slici.

Uzorak lima ili trake, učvršćen između matrice i prstenastog pritezača, utiskuje se u kuglasti utiskivač.

Pokazatelj deformabilnosti materijala pri ovom ispitivanju je dubina prodiranja utiskivača u trenutku pojave pukotine u limu – to je vrijednost “IE” iskazana u mm.

31

ISPITIVANJE LIMOVA, TRAKA I ŽICA IZMJENIČNIM PREVIJANJEM

Ispitivanjem izmjeničnim previjanjem utvrđuje se sposobnost deformabilnosti materijala previjanjem epruvete za 90° u odnosu na početni položaj u jednoj ravnini.

Ispitivanje se provodi na posebnoj napravi, prikazanoj na slijedećoj slici, naizmjeničnim previjanjem epruvete učvršćene u čeljusti preko valjaka.

Ispituju se limovi i trake debljine manje od 3 mm, te žica promjera od 0,3 do 8 mm.

Širina epruvete izrezane iz lima ili trake iznosi b = 20±1mm.

Trake manje širine ispituju se u isporučenoj širini.

Rezultat ispitivanja je broj previjanja epruvete do pojave prve pukotine ili do pojave jedne ili više pukotina preko najmanje polovice širine epruvete.

ISPITIVANJE ŽICA UVIJANJEM

Ispitivanje se provodi da bi se utvrdile sposobnosti žice za torzijsku deformaciju u jednom smjeru. Provodi se u pravilu na novim žicama ili nitima čelične užadi, ali i za usporedbu deformabilnosti rabljenih žica i niti čelične užadi s istovrsnim novim.

Ispituju se žice promjera ≥0,5 mm, a iznimno žice promjera od 0,3 do 0,5 mm.

Žica se učvršćuje u čeljusti naprave za uvijanje na taj način da se njena uzdužna os poklapa s osi pričvrsnih čeljusti. Da bi žica tijekom ispitivanja ostala ravna, treba je vlačno napregnuti.

Uvijanje epruvete obavlja se okretanjem pomične čeljusti konstantnom brzinom.

32

Brzina uvijanja propisana je normom, a ispitivanje se provodi do broja uvijanja propisanog uvjetima isporuke ili do loma epruvete.

ISPITIVANJE CIJEVI PROŠIRIVANJEM, ZASUKAVANJEM I SPLJOŠTAVANJEM

Ovim ispitivanjima želi se utvrditi eventualna prisutnost makroskopskih vanjskih i unutarnjih defekata (pukotine, preklopi, dvoplatnost i sl.).

Istovremeno ova ispitivanja služe za ocjenu deformabilnosti cijevi. Ispitivanje cijevi proširivanjem obuhvaća proširivanje cijevi koničnim utiskivačem, kako je prikazano na slijedećoj slici, te proširivanje prstena izrezanih iz cijevi koničnim utiskivačem ili razvlačenjem.

Proširivanjem cijevi koničnim utiskivačem ispituju se šavne i bešavne cijevi okruglog presjeka, a ispitivanje se provodi na komadima cijevi dovoljne duljine L, da bi nakon utiskivanja stožastog utiskivača i proširenja cijevi na željeni promjer dio cijevi ostao nedeformiran.

Proširivanje prstena izrezanog iz šavnih ili bešavnih cijevi provodi se utiskivanjem stožastog utiskivača koničnosti 1:5 kroz prsten do loma.

Cijevi nazivnog promjera većeg od 150 mm, te debljine stijenke do najviše 40 mm, ispituju se razvlačenjem prstena s pomoću dva svornjaka.

Svrha ispitivanja proširivanjem i razvlačenjem prstena je provjera prisutnosti vanjskih i unutarnjih defekata u cijevima pregledom prijelomnih površina, te ocjenjivanje deformabilnosti cijevi.

Ispitivanje cijevi zasukavanjem, prikazano na slijedećoj slici, provodi se s ciljem procjene sposobnosti deformiranja cijevi okruglog presjeka oblikovanjem pod pravim kutom. Ovim ispitivanjem obuhvaćene su cijevi nazivnog promjera do 150 mm.

Ispitivanje cijevi stlačivanjem prstena radijalnim opterećenjem, provodi se na šavnim i bešavnim cijevima okruglog presjeka nazivnog promjera do 400 mm.

33

Svrha ispitivanja je utvrđivanje eventualnih defekata golim okom na mjestima maksimalne deformacije cijevi.

ISPITIVANJE METALNIH PROFILA I SUČEONIH ZAVARENIH SPOJEVA SAVIJANJEM

Ispitivanje savijanjem na dva oslonca s trnom u sredini provodi se na metalnim profilima (okruglog, četvrtastog i poligonalnog presjeka), te na sučeonim zavarenim spojevima, kako je prikazano na slijedećoj slici.

Svrha ispitivanja je provjera deformabilnosti osnovnog materijala, odnosno zavarenog spoja.

Ispitivanje se provodi savijanjem epruvete do pojave prve pukotine, koja se registrira golim okom. Kut savijanja epruvete kod kojeg je nastala prva pukotina mjeri se nakon rasterećenja.

34

8. ISPITIVANJE BEZ RAZARANJA – DEFEKTOSKOPIJA

UVOD

Radi izuzetno širokih mogućnosti primjene nerazornih metoda ispitivanja, razvijen je znatan broj različitih metoda i tehnika. Pri tome je svaka metoda, odnosno tehnika unutar metode namijenjena otkrivanju određenih vrsta pogrešaka, određenim mjerenjima, ili utvrđivanju stanja materijala, odnosno konstrukcija.

Kontrola bez razaranja (defektoskopija) je multidisciplinarno područje s problematikom rješavanja principa, metoda i sredstava pronalaženja, mjerenja i procjene utjecaja diskontinuiteta ili grešaka u materijalu, poluproizvodu i proizvodu na kvalitetu, a da se pri provođenju ispitivanja i kontrole ne utječe na mogućnost funkcioniranja ispitivanog objekta.

Kao u svim ispitivanjima i ovdje je svaka metoda namijenjena određivanju pojedine grupe nepravilnosti vezane nekom zajedničkom karakteristikom, ili pak provođenju određenog mjerenja.

Budući da se metodama kontrole bez razaranja može pratiti proizvod od sirovine preko poluproizvoda, pa do konačnog oblika (gotovog proizvoda), a isto tako se može nastaviti kontrolu u toku ekploatacije, jasno je da se razvio cijeli niz metoda, jer je velika raznolikost i složenost proizvoda koje treba kontrolirati, kao i vrsta grešaka koje se mogu javiti u toku svake proizvodnje.Radi ispravne primjene metoda, a to znači pouzdanih rezultata i korisnih saznanja o kvaliteti proizvoda, potrebno je poznavanje tehnologije kontrole bez razaranja.

Ovdje će biti ukratko opisane slijedeće metode kontrole bez razaranja: optička (vizualna) ispitivanja, radiografska ispitivanja, magnetska ispitivanja, ultrazvučne metode i penetrantske metode.

OPTIČKA (VIZUALNA) ISPITIVANJA

Vizualna kontrola je prva metoda kontrole bez razaranja koju je čovjek odavno instinktivno primijenio za provjeravanje kvalitete svojih prvih proizvoda. Metoda se temelji na interakciji svjetlosti i površine ispitivanog objekta. Mnoge makro i mikro pogreške na površini ispitivanog objekta mogu se otkriti vizualnom kontrolom uz pomoć, ili bez optičkih pomagala i instrumenata.

Vizualna kontrola je samostalna kontrola, ali uvijek u svojoj najjednostavnijoj varijanti pregleda prethodi ostalim nerazornim kontrolama.

Vizualna kontrola najčešće se primijenjuje u slijedeće svrhe: utvrđivanje pripadnosti i usklađenosti, provjera mjera, otkrivanje tehnoloških pogrešaka na vanjskim i unutarnjim površinama objekta, otkrivanje pogrešaka zbog eksploatacije, utvrđivanje stanja objekta temeljem promjena na površini.

35

Vizualna kontrola znatno ovisi o stanju i pripremi površine, te mogućnosti rasvjete i prijenosa informacije s površine. Postupak vizualne kontrole uz standardne instrukcije u vezi tehnike, opreme i pribora, kriterija i izvještajnih lista, sadrži za pravilnu primjenu metode vrlo važne upute o zahtijevanoj kvaliteti površine, načinu pripreme površine i uvjetima rasvjete.

Način pregleda ovisi o svrsi primjene vizualne kontrole i objektu ispitivanja. Učinkovitost pregleda je veća, ako su poznata očekivana odstupanja ili vrsta i svojstva očekivanih pogrešaka. U takvom slučaju je lakše odabrati optimalnu tehniku kontrole i uz unaprijed zadanu osjetljivost osigurati pouzdanost rezultata.

Najšira i najjednostavnija primjena vizualne metode je za utvrđivanje pripadnosti i usklađenosti. U toj primjeni provjeravaju se identifikacijske oznake, koje mogu upućivati na podatke o proizvođaču, datumu proizvodnje, specifikaciji materijala i postupku proizvodnje i drugo.

Provjera dimenzija je značajniji dio vizualne kontrole. Vizualna kontrola dimenzija provodi se temeljem analize interakcije svjetla i ispitnog objekta, te u slučaju kada se ne mogu koristiti klasična mjerenja. Vizualna kontrola dimenzija uključuje mjerenje dimenzija objekta, unutarnjih i vanjskih promjera, dubina utora, radijusa zakrivljenosti i kvalitete obrade površine.

Kontrola oblika i dimenzija brzom usporedbom s referentnim uzorkom također se primijenjuje široko. Preklapanjem refernetne slike objekta i slike ispitivanog objekta na svim mjestima neusklađenosti pojavit će se interferencijske linije kao indikacija možebitnih pogrešaka.

RADIOGRAFSKA ISPITIVANJA

Svrha svih metoda radijacijske kontrole je omogućavanje kvalitativnog i kvantitativnog praćenja otkrivenih nepravilnosti ili strukturnih nepravilnosti u volumenu ili kroz presjek ispitivanog materijala ili tvorevine. Gotovo sve radijacijske metode informaciju o objektu dobivaju prozračivanjem objekta odgovarajućim ionizirajućim zračenjem.

Zračenje, nekon prolaza kroz objekt, nosi informaciju o objektu, jer je pri prolazu došlo do međudjelovanja zračenja i materijala objekta. Varijacija intenziteta zračenja nakon prolaza kroz objekt ispitivanja može se registrirati na više načina, koristeći učinke djelovanja ionizirajućeg zračenja materijala.

Postoji više vrsta radijacijskih metoda kontrole, a u industrijskoj praksi je metoda radiografije u najširoj primjeni. Ta se metoda temelji na registriranju razlike intenziteta ionizirajućeg zračenja koje je prošlo kroz objekt ispitivanja, uzrokovane različitom apsorpcijom u pojedinim dijelovima objekta. Zračenje se radi interpretacije rezultata registrira stvaranjem stalne slike, to jest radiograma.

Radiografskom kontrolom se mogu ustanoviti pogreške različitih tehnoloških postupaka, te pogreške zbog korištenja proizvoda ili konstrukcije.

36

Zbog tako široko primjenjive metode kontrole i znatne različitosti proizvoda za koje se provodi otkrivanje pogrešaka, razvijen je niz tehnika, od kojih treba u svakom pojedinom slučaju odabrati najpovoljniju.

MAGNETSKA ISPITIVANJA

Magnetska metoda se primijenjuje za otkrivanje površinskih i nekih podpovršinskih pogrešaka u feromagnetskim materijalima. Najveća se osjetljivost postiže u otkrivanju pogrešaka na površini objekta ispitivanja, a mogućnost otkrivanja pogrešaka naglo opada za podpovršinske pukotine i to porastom njihove udaljenosti od površine.

Izbor načina magnetiziranja i tehnike rada ovisi o parametrima pogreške koju treba otkriti. Objekt se može magnetizirati lokalno ili u cjelini, što ovisi o značajkama objekta i ispitivanja.

Princip metode može se svrstati u pet temeljnih točaka:- priprema objekta za ispitivanje;- postizanje odgovarajuće magnetske indukcije;- registracija izlaznog magnetskog polja zbog deformacije silnica

magnetske indukcije u okolini pogreške;- demagnetizacija i priprema objekta ispitivanja za daljnju namjenu.

Izlazno magnetsko polje najčešće se registrira primjenom feromagnetskih čestica koje nanošenjem na objekt ispitivanja formiraju indikacije pogrešaka, kontrasta dovoljnog za uočavanje. Kontrast indikacije znatno utječe na osjetljivost metode, a postiže se dobrim odabirom boje čestica. Osim obojenih čestica koje omogućavaju promatranje pod bijelim svjetlom, koriste se i fluorescentne, koje se odlikuju visokim kontrastom, ukoliko se promatraju pod crnim svjetlom.

Magnetizacija se može postići permanentnim magnetom, elektromagnetom, provodnim ili pomičnim strujama.

S obzirom na široku primjenu i različitost ispitnih objekata i oprema je vrlo raznolika, te se primijenjuju mali prijenosni instrumenti za lokalnu magnetizaciju oblika jarma ili elektrodni, kao i veliki stacionarni višenamjenski magnetoskop.

37

ULTRAZVUČNE METODE

Najviše postupaka ispitivanja ultrazvukom zasniva se na činjenici da većina krutih tijela dobro provodi ultrazvučne valove. Ako valovi nailaze u ispitivanom materijalu na grešku, mogu prolaziti kroz nju samo loše ili uopće nikako, tako da su u tom slučaju jako oslabljeni.

S druge strane, jedan dio valova koji je naišao na grešku odbija se i vraća opet u polaznu točku.

Koristeći ove okolnosti razvile su se razne metode ispitivanja, od kojih se najviše primijenjuju: postupak prozvučavanja i impulsna eho metoda.

Kod postupka prozvučavanja mjeri se slabljenje ultrazvučnih valova pri prolasku istih kroz predmet koji se ispituje. Na mjestima koja nemaju greške, nastaju mnogo manja oslabljenja zvuka nego na mjestima sa greškom. Postupak prozvučavanja naročito je pogodan za ispitivanje tankih uzoraka kao limovi i drugo. Ovim postupkom se mogu pronaći greške u materijalu, ali on ne kaže, na kojoj se dubini ispod površine one nalaze.

Kod postupka impulsne eho metode, odašiljač proizvodi samo nekoliko titraja iza kojih zatim slijedi duža pauza. Ove valove, nastale od nekoliko pojedinih titraja nazivamo impulsima. Proizvedeni impulsi prolaze kroz predmet koji se ispituje, odbijaju se s njegove stražnje strane, odnosno s mjesta eventualne greške, te se vraćaju kao odjek. Mjeri se vrijeme koje proteče od trenutka odašiljanja impulsa do povratka odjeka, pa se iz toga može zaključiti na kojem mjestu nastaje refleksija. Prednost ovog postupka je u tome što tijelo treba biti pristupačno samo s jedne strane. Ovom metodom se dobivaju podaci o tome, na kojoj dubini ispod površine treba tražiti grešku. Osim toga, postupak dozvoljava mjerenje debljine stijenke na ispitivanom mjestu probnog komada, što je velika prednost kod zatvorenih šupljih predmeta, gdje se mjerenje drugim mehaničkim sredstvima ne može primijeniti.

PENETRANTSKE METODE

Penetrantska kontrola ili kontrola tekućim penetrantima je jedna od ranih metoda kontrole bez razaranja. Radi velikih mogućnosti i relativno niske cijene provođenja ispitivanja, ova se metoda vrlo široko primijenjuje. Na određeni način nastavak je vizualne, jer se penetrantima omogućava bolje uočavanje pogrešaka na površini, a samim time i brži pregled.

Metode penentrantske kontrole omogućavaju otkrivanje površinskih pogrešaka i to mikro i makro pukotina, te raznih šupljina i proroznosti otvorenih prema površini.

Pogreške se otkrivaju na principu kapilarnog učinka, odnosno svojstva tekućina da se podižu i penetriraju u uske slobodne prostore – kapilare.

38

Penetrant prodire u prostore pukotina i drugih pogrešaka na površini ispitivanog materijala.

Penetrantska indikacija će se bolje uočiti ako se nakon odstranjivanja viška penetranta s površine na tu površinu nanese razvijač, čija je svrha poticanje izlaženja penetranta iz prostora pukotina i poboljšavanje uočavanja penetrantske indikacije povećanjem kontrasta.

Osnovni slijed postupka penetrantske kontrole i rezultat provođenja pojedine radnje su:- čišćenje površine, odstranjivanje nećistoća i sadržaja iz pukotina i pogrešaka koje se nastoji otkriti – rezultat je kontaktna površina pripremljena za nanošenje penetranta;- nanošenje penetranta na kontaktnu plohu – rezultat je penetriranje u pukotine;- odstranjivanje viška penetranta s površine uz uvjet da se penetrant zadrži unutar otvora pukotina – rezultat je čista površina i penetrant u šupljini pukotine koji izlazi na površinu tvoreći penetrantsku indikaciju;- nanošenje razvijača na kontaktnu plohu – rezultat je pojačano izlaženje penetranta iz pukotina i formiranje penetrantske indikacije;- rasvjeta površine, uočavanje i interpretacija penetrantskih indikacija – rezultat je nalaz;- čišćenje objekta od zaostalih penetrantskih tekućina.

Princip penetrantske kontrole: u cilju provođenja penetrantske kontrole, na ispitivani objekt se nanosi specijalna tekućina – penentrant – koja radi međudjelovanja ove tekućine i objekta ispitivanja popunjava šupljine površinskih grešaka. Penetrant se nanosi na čistu površinu ispitivanog objekta. Greške se potom otkrivaju uočavanjem zaostalog penetranta u šupljinama površinskih grešaka, nakon odstranjivanja penetranta sa površine objekta. Greške će se bolje uočiti ako se na površinu nanese razvijač, jer će biti postignut bolji kontrast pri uočavanju.

39

LITERATURA:

01. Franz Mladen: Mehanička svojstva materijala;02. Žagar-Maričić Alemka: Ispitivanja bez razaranja;03. Sonički Nikola: Mehanička svojstva materijala – Materijali I;04. Kostadin Tihana: Materijali I – Interna skripta.

40