mašinski materijali vežba– 2 - wordpress.com · mašinski materijali –laboratorijske vežbe...

Mašinski materijali – Laboratorijske vežbe

Mašinski materijali

Vežba – 2

Ispitivanje zatezanjem

2

Sadržaj vežbe

Uvod – Isitivanje mašinskih materijala

Ispitivanje zatezanjem

Ispitivanje zatezanjem na sobnim temperaturama

• Epruvete za ispitivanje

• Mašine za ispitivanje - kidalice

• Dijagram zatezanja

• Određivanje zateznih karakteristika materijala

Ispitivanje zatezanjem na sobnim temperaturama

• Ispitivanje na povišenim temperaturama sa

kratkotrajnim zagrevanjem

• Ispitivanje na povišenim temperaturama sa

dugotrajnim zagrevanjem

Primeri zadataka

Postupak za ispitivanje zatezanjem

PRAKTIČAN RAD

Mašinski materijali – Laboratorijske vežbe

Ispitivanja imaju za cilj da odrede osobine materijala u uslovima sličnim radnim

uslovima.

Sva ispitivanja se mogu podeliti na: hemijska, fizička, mehanička i tehnološka

ispitivanja.

Ispitivanja se takodje dele na: ispitivanja sa razaranjem i ispitivanja bez razaranja.

Ako se epruveta ili mašinski deo pri ispitivanju uništava, onda su to ispitivanja sa

razaranjem. U suprotnom, ako pri ispitivanju mašinski deo ili epruveta ostaju

nepromenjeni, i mogu se po završenom ispitivanju ponovo iskoristiti, onda su

izvršena ispitivanja bez razaranja.

Prema načinu delovanja sile sva mehanička ispitivanja se mogu podeliti na statička i

dinamička. Statička ispitivanja su najrasprostranjenija i izvode se dejstvom

postojanog opterećenja ili opterešenja koja lagano rastu. Dinamička ispitivanja

koriste opterećenja koja se menjaju u toku vremena po određjenorn zakonu ili koja

deluju udarno.

Prema temperaturama na kojima se izvode ispitivanja se mogu podeliti: na

ispitivanja na temperaturama okoline, ispitivanja na povišenim temperaturama i

ispitivanja na sniženim temperaturama. Ispitivanja se najčešće izvode na

temperaturama okoline tj. sobnim temperaturama, što se posebno i ne ističe.

Ispitivanja na sniženim i povišenim temperaturama vrše se u posebnim - specijalnim

slučajevima kada se želi utvrditi uticaj temperature na osobine metalnih materijala.

Mašinski materijali – Laboratorijske vežbe 3

Ispitivanje zatezanjem se izvodi na:

Normalnim (sobnim) temperaturama (na 23 ± 5°C)

• određivanje svojstava otpornosti

• određivanje sposobnosti deformacije

Povišenim temperaturama

• sa krakotrajnim zagrevanjem

• sa dugotrajnim zagrevanjem

ispitivanje na puzanje

ispitivanje na relaksaciju

Sniženim temperaturama

Ispitivanje materijala zatezanjem epruvete ima za cilj

odredjivanje svojstava otpornosti i sposobnosti deformacije

pri zatezanju i to: granice razvlačenja – tečenja (fizičke ili

tehničke), zatezne čvrstoće, izduženja i suženja.


Za ispitivanje zatezanjem potrebno je imati:

Uzorak - "epruvetu" za ispitivanje,

Mašinu – "kidalicu",

Pribor za merenje (pomično merilo, mikrometar)

i poznavati tehniku ispitivanja.

Pod "epruvetom" se podrazumeva odabrani primerak - uzorak materijala obradjen

na odredjenu meru i oblik prema standardu, a "uzorak" predstavlja odabrani

primerak dela materijala za ispitivanje.

Epruvete za ispitivanje zatezanjem mogu biti: neproporcionalne i proporcionalne

Epruvete za ispitivanje

Neproporcionalne – koje se za ispitivanje ne

pripremaju posebnom obradom, već se ispituju

u stanju u kome se proizvod primenjuje. (npr.

lanci, čelična užad, cevi profili, gotovi mašinski

delovi itd.)

Ispitivanje zatezanjem na sobnim (normalnim) temperaturama


kratke – ( ), - l0=5d0

duge – ( ), - l0=10d0

0 05.65l S

0 011.3l S

Okrugle epruvete

Proporcionalne (standardne) –

odredjenog oblika, poprečnog preseka (okrugle,

kvadratne i pravougaone) i dimenzija.

Proporcionalne epruvete po dužini mogu biti

kratke i duge.

Oblik epruvete је najčešće kruznog preseka, ali se

primenjuju i drugi obici u zavisnosti od preseka

materijala koji se ispituje.

Epruvete od plastike

Epruvete od metala


Dimenzije proporcionalnih epruveta kružnog poprečnog preseka

Okrugle epruvete Epruvete od lima


Različiti oblici završetaka epruveta Epruveta sa nastavkom

Na srednjem delu smanjenog preseka se vrše sva merenja i

posmatranja pri ispitivanju, pa se taj deo naziva ''merni deo". Ojačani delovi

epruvete koriste se za učvršćivanje epruvete u čeljusti mašine za ispitivanje.

Prelaz sa smanjenog preseka ka ojačanim delovima ("glavama") mora biti sa

propisanim postepenim prelaznim zaobljenjem.

Kako je srednji deo smanjenog preseka, to skoro uvek dolazi do loma epruvete

na tom mernom delu usled većih napona. Lom epruvete može ponekad nastati i

na ojačanim delovima kada nisu dobro dimenzionisani, usled dvoosnog

naponskog stanja (zatezanje-pritisak). Zato se pri dimenzionisanju "glava"

epruveta teži najpovoljnijim specifičnim pritiscima, koji se postižu kada je njihova

dužina približno jednaka dužini čeljusti. Ukoliko nema dovoljno materijala za to

onda se epruvetka umeće u produžetke (nastavke).


Uzorci za izradu epruveta uzimaju se uglavnom sečenjem i obradom

skidanja struaotine (struganjem, glodanjem, rendisanjem, brušenjem i sl.). Ako se

uzorci uzimaju postupcima obrade koji izazivaju strukturne promene (npr. termičko

sečenje, isecanje makazama i sl.) moraju se uzeti veći za 10-15 mm i naknadnom

obradom skidanja strugotine odstraniti delovi koji su pretrpeli strukturne promene

pri sečenju. Epruvete od lima izrađuju se prosecanjem.

Mesto i način uzimanja uzoraka za epruvete, njihov broj i pravac ose epruvete u

odnosu na komad od koga se uzima uzorak (poprečni, podužni, radijalni ili

tangencijalni) uslovljen je eksploatacionim ili tehnićkim uslovima.

Valjani nrozvodi, koji se pre upotrebe ne obradjuju skidanjem strugotine, ispituju

se u stanju u kome se nalaze ako je to moguće. Pri tome se uzorak za izradu

epruveta uzima u pravcu valjanja i upravno na njega.

Mesta uzimanja epruveta


Mašine za ispitivanje - kidalice

Mehanička univerzalna kidalica Hidraulična kidalica

Mašine za ispitivanje zatezanjem, često nazivane "kidalice", prema principu rada,

mogu biti mehaničke i hidraulične. Na ovim mašinama, obavljaju se i druga

ispitivanja (savijanje, pritiskivanje, smicanje i sl.), tako da služe kao univerzalne

mašine za ispitivanje.


Savremena kidalica firme Zwick Softver za obradu rezultata ispitivanja

Hidraulične mašine za ispitivanje imaju neke prednosti nad mehaničkim,

upravo u korišćenju znatno većih opterećenja i mogućnosti finijeg regulisanja

porasta opterećenja, kao i veću tačnost pri ispitivanju.


Ove mašine imaju četiri osnovna funkcionalna dela (uredjaja) i to:

1. Uredjaj za stvaranje sile

2. Uredjaj za prenošenje sile

3. Uredjaj za registrovanje sile

4. Uredjaj za merenje deformacije

Deo za

registrovanje sile

Deo za crtanje

dijagrama

zatezanja

Deo za

merenje

deformacije

Deo za

stvaranje

sile

Deo za

prenošenje

sile

Stezne

čeljusti

12

Mehaničke Hidrauličke Pneumatske

Stezne čeljusti

U zavisnosti od načina na koji se ostvaruje sila stezanja, stezne čeljusti mogu da

budu mehaničke, hidrauličke i pneumatske.


http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjUs62VjdzPAhVFDxoKHc33DpcQjRwIBw&url=http://www.ptli.com/testlopedia/subs/tensile_test_of_a_film_sample.asp&psig=AFQjCNGUGjZR2T94UOXiUhtrHiq2v5YyIw&ust=1476596425566309

http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjUs62VjdzPAhVFDxoKHc33DpcQjRwIBw&url=http://www.ptli.com/testlopedia/subs/tensile_test_of_a_film_sample.asp&psig=AFQjCNGUGjZR2T94UOXiUhtrHiq2v5YyIw&ust=1476596425566309

Dijagram zatezanja

Karakteristične tačke:

E – granica elastičnosti,

P – granica proporcionalnosti,

T – granica tečenja,

M – maksimalna sila,

K – sila kianja.

U toku ispitivanja zatezanjem, na uređaju za crtanje dijagrama, crta se dijagram sila-

izduženje (napon-deformacija) tzv. dijagram zatezanje.

Dijagram sila-izduženje za isti materijal, u zavisnosti od površine poprečnog preseka

epruvete, ima različite vrednosti za sile i izduženja; a dijagram napon-jedinična izduženje

za isti materijal ima uvek isti oblik i iste karakteristične veličine, jer se ove svode na

jedinicu površine.

Ukupne nastale deformacije pri zatezanju mogu se podeliti na elastične i plastične. Po

prestanku delovanja spoljašnjeg opterećenja elastične deformacije nestaju a plastične se

trajno zadržavaju.

14

Karakteristične tačke:

E – granica elastičnosti,

P – granica proporcionalnosti,

T – granica tečenja,

M – maksimalna sila,

K – sila kianja.

Dijagram zatezanja predstavlja zavisnost sile zatezanja F od izduženja l i

snima se u toku ispitivanja na mašini za ispitivanje zatezanjem. On nije podesan za

analizu, s obzirom da su vrednosti sile i izduženja vezane samo za ispitivanu epruvetu

određenih dimenzija. Daleko podesniji je dijagram napon-deformacija (ordinata napon

= sila / početna površina poprečnog preseka epruvete - =F/S0 ; apscisa deformacija

= izduženje / početna merna dužina epruvete - = l/l0). Praktično dijagram napon –

jedinično izduženje (-) identičan je dijagramu zatezanja, samo razmere dijagrama

imaju druge vrednosti.


Određivanje razmere

Maksimalna sila očitana na dinamometru,

Ordinata tačke M

MF

M

F NU

h mm

Trajnoizduženjeepruvete,

OL-rastojanje na dijagramul

l mmU

mmOL

Razmera za silu

Razmera za izduženje

Razmera za silu na dijagramu zatezanja se određuje tako, što se za odabranu tačku

dijagrama zapazi na skali dinamometra mašine veličina sile (npr. FM) i zatim se podeli sa

izmerenorn veličinom ordinate date tačke (hM).

Razmera za izduženje - iz tačke K na

dijagramu sila-izduženje povlači se prava

paralelna sa pravolinijskim delom dijagrama.

Odsečak OL predstavlja trajno izduženje

epruvete. Razmera za izduženje je količnik

izmerene veličine ukupnog izduženja l i

apscise OL.


Lokalizacija deformacije

Ravnomerna deformacija Lokalizovana deformacija

A – Trenutna površina poprečnog

preseka epruvete

A0 – Početna površina poprečnog

preseka epruvete

Posle dostizanja tačke M

deformacija epruvete nije

više ravnomerna, već se

lokalizuje na relativno malu

dužinu oko mesta budućeg

prekida.

Početak

lokalizacije

deformacije

Mesto

prekida

epruvete

Kriva

stvarnog

napona

Kriva

tehničkog

napona


Različiti prekidi epruveta

Aluminijum Meki čelik Liveno gvožđe

Duktilni prelom Krt prelom

Izgled preloma na mestu prekida

epruvete može poslužiti za

kvalitativnu ocenu materijala na

osnovu koje se može doneti grub

sud o vrsti materijala, njegovoj

plastičnosti i strukturi.

Na primer, kod mekih čelika je

smanjenje poprečnog preseka na

mestu prekida i oko njega veoma

primetno (duktilni prelom – konusni

krajevi prekinute epruvete).

Epruvete izrađene od čelika sa više

ugljenika, legiranih i termički

obrađenih čelika, kao i livenih

gvožđa kidaju se bez primetne

kontrakcije, a prekid je manje-više

ravan (krt prelom).


Dijagrami zatezanja sa izraženom (a i b) i neizraženom (c) granicom tečenja

Dijagram zatezanja odnosno dijagram napon-deformacija pri pojavi tečenja ima

testerasti oblik (a) a u izvesnim slučajevima i oblik višestruko izlomljene linije

(b). Ako dijagram zatezanja ima kontinualan oblik, onda se početak trajnih

deformacija određuje uslovno za trajne plastične deformacije od 0,2 % (c).


Prepoznavanje osobina materijala u zavisnosti od oblika dijagrama zatezanja

Dijagrami zatezanja različitih materijala Dijagrami zatezanja za krt i plastičan (žilav) materijal

Žilavost

Krt materijal

Žilav materijal

Na

pon

Deformacija

Težnja

Težnja

Jak

Slab

Krut

Elastičan

Mek

Tvrd

Krt Žilav

Napon

Deformacija


http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjnyqPX3tPPAhXHlxoKHfu0DDAQjRwIBw&url=http://en.rime.de/wiki/stress-strain-curve/&psig=AFQjCNEP3HjLOmtoYt16C0_p-ViTXyy86g&ust=1476309183299927

http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjnyqPX3tPPAhXHlxoKHfu0DDAQjRwIBw&url=http://en.rime.de/wiki/stress-strain-curve/&psig=AFQjCNEP3HjLOmtoYt16C0_p-ViTXyy86g&ust=1476309183299927

Pri ispitivanju zatezanjem određuju se kako svojstva čvrstoće značajna za ocenu

materijala, tako i svojstva značajna za teorijsku analizu.

Pri ispitivanju zatezanjem, za inženjersko-tehničke, potrebe određuju se dve grupe

podataka:

1. Svojstva otpornosti:

Granica elastičnosti, R0,01

Granica proporcionalnosti, Rt

Granica tečenja, ReH, ReL, Rp

Zatezna čvrstoća, Rm

2. Sposobnost plastičnosti (deformacije):

Izduženje, l

Relativno izduženje, A

Suženje (kontrakcija), Z

Određivanje zateznih karakteristika materijala


0

,Pt

FR MPa

S

2

00

4

dS

0 0 0S a b

Rt – Napon na granica proporcionalnosti (to je maksimalni napon do

koga važi Hukov zakon)

gde je S0 – početna površina poprečnog preseka epruvete

Napomena - podsetnik: 1 MPa = 106 Pa; 1 Pa = 1 N/m2 ili 1 MPa = 1 N/mm2

, mm2, - za epruvete pravouganog poprečnog preseka

, mm2, - za epruvete pravouganog poprečnog preseka

R0,01 – Napon na granici elastičnosti

0,01

0

EFR

S , MPa

Određivanje svojstva otpornosti


Rp (R0,2) – Tehnička (uslovna)

granica tečenja

0,2

0

p

FR

S

ReH – Napon na gornjoj granici tečenja, ReL – Napon na donjoj granici tečenja

e

0

TH

FR

S

e

0

TdL

FR

S

Rm – Zatezna čvrsoća (maksimalni nirmalni napon u poprečnom preseku koji

materijal može da izdrži)

0

Mm

FR

S

, MPa , MPa

, MPa

, MPa


Merenje početne dužine epruvete - l0 Merenje dužine epruvete posle kidanja – lk

Dužina epruvete

pre zatezanja – l0

Dužina epruvete

u toku zatezanja

Dužina epruvete

posle razaranja - lk

Određivanje sposobnosti deformacije


Korigovanje merne dužine epruvete

Korekcija se izvodi prema postupku prikazanom na

slici, ukoliko se epruveta ne prekine na srednjoj

trećini merne dužine,.

Određivanje izduženja - l

Izduženje predstavlja razliku između merne dužine epruvete posle loma i njene

početne merne dužine.

Određivanje relativnog izduženja - A

Relativno izduženje predstavlja

količnik između izduženja

epruvete i njene početne merne

dužine izražen u procentima.

• A11,3 – za duge epruvete

• A5,65 – za kratke epruvete

0kl l l

011,3

0

100, %kl lA

l


https://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj_ioWH4dPPAhXKExoKHRomBqUQjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM&psig=AFQjCNEpPyY1o9Yz39OZWnqX67oEX5rfNw&ust=1476309834788361

https://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj_ioWH4dPPAhXKExoKHRomBqUQjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM&psig=AFQjCNEpPyY1o9Yz39OZWnqX67oEX5rfNw&ust=1476309834788361

S0

Sk

dk'

dk''

d0

Merenje prečnika epruvete pre zatezanja Merenje prečnika epruvete na mestu prekida


Određivanje suženja (kontrakcije) - Z

Suženje predstavlja procentualno smanjenje površine preseka epruvete na mestu

prekida.

• Z11,3 – za duge epruvete

• Z5,65 – za kratke epruvete

Pri čemu je: - početna površina poprečnog preseka epruvete,

- površina poprečnog preseka epruvete na mestu prekida,

a - srednji prečnik epruvete na mestu prekida

011,3

0

100, %kS SZ

S

2

00

4

dS

2

4

kk

dS

2

k kk

d dd


Ovom vrstom ispitivanja se vrši ocena karakteristika čvrstoće i plastičnosti metala na

povišenim temperaturama.

Ispitivanje na povišenim temperaturama moguće je izvesti:

sa krakotrajnim zagrevanjem

sa dugotrajnim zagrevanjem

ispitivanje na puzanje

ispitivanje na relaksaciju

Ispitivanje na povišenim temperaturama sa kratkotrajnim zagrevanjem

Obavlja se radi određivanja svojstava otpornosti i sposobnosti deformacije na

povišenim temperaturma.

Izvodi se na potpuno isti način kao i na sobnim temperaturama sa tom razlikom što

je sada potrebno obezbediti zagrevanje do određene temperature.

Zagrevanje epruvete do odredjene temperature se izvodi najčešće u električnim

pećima koje se montiraju na kidalicu

Ispitivanje zatezanjem na povišenim temperaturama


Peć za zagrevanje epruvete

Dijagrami zatezanja na različitim

temperaturama za jedan te isti materijal

Promena zateznih svojstava na

povišenim temperaturama


Ispitivanje na povišenim temperaturama sa dugotrajnim zagrevanjem

Isitivanje na puzanje

Kada metal ili leguru izložimo dugotrajnom

dejstvu statičkog opterećenja, čak nižim od

vrednosti napona tečenja, oni se sporo

plastično deformišu tokom vremena. Ova

zavisnost vreme-deformacija naziva se

puzanje.

Epruveta za ispitivanje na puzanje

Izgled mašine

za ispitivanje

puzanjem

Princip rada mašine za

ispitivanje puzanjem


http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjzpNjWudzPAhUCDxoKHdmtBSoQjRwIBw&url=http://www.slideshare.net/umairbukhari3/fatigue-and-creep-rapture&psig=AFQjCNFkZrnA_riGjwRAeuynqUqBpZlUFg&ust=1476608518755550

http://www.google.rs/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjzpNjWudzPAhUCDxoKHdmtBSoQjRwIBw&url=http://www.slideshare.net/umairbukhari3/fatigue-and-creep-rapture&psig=AFQjCNFkZrnA_riGjwRAeuynqUqBpZlUFg&ust=1476608518755550

Karakteristična

kriva puzanjaDijagram puzanja koji

prati promenu deformacije tokom

vremena dobija se

eksperimentalnim putem i odnosi

se na neku određenu temperaturu i

određeno stalno naprezanje.

Na njemu se uočavaju tri

karakteristične faze:

I faza – na početku puzanja dolazi

do znatne izmene trajne

deformacije, a brzina puzanja ima

trend opadanja.

II faza – postoji konstantan porast

trajne deformacije (puzanja) tokom

vremena. Ova oblast ima najduži

period trajanja zbog čega se i

koristi za definisanje parametara

puzanja. Bryina puzanja u ovoj fazi

je konstantna i ima minimalnu

vrednost.

III faza – odlikuje se intenzivnom

deformacijom i porastom brzine

puzanja, što izaziva i lom usled

puzanja. Ova oblas se u praksi ne

dozvoljava. Mašinski materijali – Laboratorijske vežbe 32

ZADATAK 1: Pri ispitivanju zatezanjem na proporcionalnoj dugoj epruveti

prečnika 10 mm dobijena je maksimalna sila Fm=78 500 N. Kolika je zatezna

čvrstoća Rm ispitivanog materijala?


prečnika 5 mm dobijena je sila na granici tečenja FT=19625 N. Koliki je

napon na granici tečenja ReH ispitivanog materijala?


prečnika 10 mm dobijena je merna dužina epruvete posle loma 124,3 mm.

Koliko je izduženje epruvete?


prečnika 10 mm dobijena je merna dužina epruvete posle loma 124,3 mm.

Koliko je procentualno relativno izduženje epruvete?


merne dužine 100 mm izmerena su dva unakrsna prečnika na mestu preloma

7,9 i 8,1 mm. Koliko je procentualno suženje (kontrakcija) epruvete?


Filmovi

1. Tensile Test

https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM

2. Tensile Test

https://www.youtube.com/watch?v=rzgumWPB_zc

https://www.youtube.com/watch?v=JRLybNsJN20


https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM

https://www.youtube.com/watch?v=rzgumWPB_zc

https://www.youtube.com/watch?v=JRLybNsJN20

mašinski materijali vežba– 2 - wordpress.com · mašinski materijali –laboratorijske vežbe...

Documents