vlastnosti kovŮ a jejich zkoušení - o katedŘe | kmt …€¦ · poldi kladívko •dynamická...
TRANSCRIPT
1
VLASTNOSTI KOVŮa jejich zkoušení
2
Vlastnosti - dělení
• V technické praxi je obvyklédělení vlastností materiálů na:
• fyzikální• mechanické• technologické
3
Fyzikální vlastnosti
• Vyplývají z typu kovové vazby, chemického složení, ze struktury
• Hustota• Elektrické vlastnosti• Tepelné vlastnosti• Magnetické vlastnosti
4
Elektrické vlastnosti
• Elektrická vodivost• Supravodivost
5
Tepelné vlastnosti
• Jsou charakterizovány prostřednictvím
• tepelné vodivosti• teplotní roztažnosti• teploty tání
6
Magnetické vlastnosti
• Projevují se chováním látek ve vnějším magnetickém poli
• Dělíme je na látky:• - diamagnetické• - paramagnetické• - feromagnetické (příp. ferimagnetické, antiferomagnetické)
7
Mechanické vlastnosti
• Vyjadřují chování materiálu při působení vnějších sil.
• Základní jsou:• - pružnost• - pevnost• - houževnatost• - plasticita
8
Důsledky plastické deformace• při plastické deformaci materiálzpevňuje, vznikvznikvznikvznikáááá deformadeformadeformadeformaččččnnnníííízpevnzpevnzpevnzpevněěěěnnnníííí
• Projeví se zvýšením meze kluzu, , , , pevnosti, tvrdosti a snížením tažnosti
• Ve struktuře se projeví textura a s nívýrazná anizotropie vlastností
9
Důsledky plastické deformace
• Plasticky deformovaný kov je charakterizován zvýšenou hustotou poruch (v žíhaném stavu asi 106 – 108cm-2, v deformovaném stavu vzroste o 4 – 6 řádů)
10
Odpevňovací pochody -rekrystalizace
• Následky deformačního zpevnění se odstraňují zotavením a rekrystalizací
• Zotavením a rekrystalizacíobnovujeme plastické vlastnosti materiálu po tváření za studena
• U čistých kovů se teplota zotavenípohybuje kolem 0,1 – 0,35 teploty tání.
11
Technologické vlastnosti
• soubor vlastností materiálů, umožňujícíza definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu
• velmi úzce souvisí s používanou technologií a se změnou technologie se mohou měnit
• Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří:•• ttttttttvvvvvvvváááááááárnostrnostrnostrnostrnostrnostrnostrnost ((((((((tvtvtvtvtvtvtvtváááááááářřřřřřřřitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnost))))))))•• svasvasvasvasvasvasvasvařřřřřřřřitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnost•• slslslslslslslsléééééééévatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnost•• obrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnost
12
ZKOUŠENÍmechanických vlastností
• Zkoušky můžeme dělit:• podle časového průběhu zatěžující síly na zkouškystatické ×××××××× dynamické
• podle účinku zatížení na zkušební těleso na zkoušky destruktivní ×××××××× nedestruktivní
13
Zkoušky mechanickéstatické• určuje se chování materiálu při působení stálých nebo pppplynule lynule lynule lynule rostoucrostoucrostoucrostoucííííchchchch sil.
• Zkušební těleso se zatěžuje zpravidla pouze jednou až do porušení.
• Patří sem zkoušky: tahem, tlakem, ohybem, střihem, krutem.
14
Zkouška tahem• Princip: porušení zkušební tyče s cílem zjistit napěťové a deformační charakteristiky
zkoušeného materiálu• Zkouškou zjistíme čtyři normované vlastnosti:
MEZ PEVNOSTI RRRRmmmmMEZ KLUZU RRRReeeeTAŽNOST AAAAKONTRAKCE Z Z Z Z
15
Zkouška tahem – zkušební vzorky
• Tyče dlouhéLo= 10Do = 11,3(So)1/2
• Tyče krátkéLo= 5Do = 5,75(So)1/2
16
Zkouška tahem – napěťovécharakteristiky
• Zjišťujeme:• Mez pevnosti: Rm= Fmax /S0 [MPa] • Mez kluzu – pokud je výrazná:Re= Fe/So
Není-li výrazná, určuje se smluvní mez kluzu = napětí, která zanechá trvalou deformaci 0,2%Lo, případně graficky.
17
Zkouška tahem – napěťovécharakteristiky
• Grafická metoda zjišťovánísmluvní meze kluzu
18
Zkouška tahem –deformační charakteristiky
•• TaTaTaTaTaTaTaTažžžžžžžžnostnostnostnostnostnostnostnost – poměrné trvaléprodloužení zkušební tyče v okamžiku roztržení vyjádřené v procentech.
•
19
Zkouška tahem –deformační charakteristiky
•• KontrakceKontrakce – poměrné trvalézúžení průřezu zkušební tyče, v okamžiku přetržení v místělomu. Kontrakce je poměrnátrvalá deformace ψu vyjádřená v %.
20
Diagram zkoušky tahem - typy
21
Zkouška tlakem - schéma
• Zjišťuje se pevnost v tlaku →→→→→→→→konvenční napětí, při kterém se vzorek poruší.
• Rmd= Fmax/So• Používá se pro křehké materiály
22
Zkouška tlakem – dalšícharakteristiky
• Poměrné zkrácení:
• Příčné rozšíření:
( )%1000
0 ⋅−
=h
hh
tε ( )%100
0
0 ⋅−
=h
hh
tε
( )%1000
0 ⋅−
=h
hh
tε
( )%1000
0 ⋅−
=S
SSt
ψ
23
Zkouška ohybem - schéma
• Neopracovaná tyč odlitá nastojato, volně položená na dvou podpěrách
24
Zkouška ohybem
• Cíl zkoušky: zjistit pevnost v ohybu = největší ohybovénapětí ve zkušební tyči při porušení
• Používá se pro křehké materiály např. grafitické litiny
( )mmNlF
MO
.4
maxmax
⋅= ( )MPa
W
MR
O
o
mo
max=
25
Zkouška střihem• Střihové namáhání vznikápůsobením paralelních, opačněpůsobících sil, ležících v roviněstřihu, kdy tyto zatěžující síly nevyvozují ani moment ohybový ani moment kroutící.
• Počítá se mez pevnosti ve střihu
( )MPaS
FR
O
ms
2max=
26
Zkouška střihem
• Přípravky pro zkoušku střihem: a) pro tyče kruhového průřezu 1 – zkušební tyč, 2 – vidlice, 3 – táhlo,
• b) pro plechy 1 – zkušební plech, 2 – střižnice, 3 -střižník.
27
Zkouška krutem
• φ – úhel zkroucení
• γ – zkos
( )MPaW
MR
k
k
mk
max=
28
Zkouška krutem
• Poměrné zkroucení na jednotku délky tyče je .
• Při zkrucování tyče se natočí průřez I na délce L proti průřezu II o úhel φ.
• zkos γ na válcové tyči o průměru d = 2r je dán vztahem
L
ϕυ =
rL ⋅=⋅ ϕγL
r⋅=
ϕγ
29
Dynamické zkoušky mechanické
• V praxi jsou součásti namáhány dynamicky
• Zatížení rázové – zkoušky rázové nebo vrubovéhouževnatosti
• Zatížení cyklické – zkoušky únavy
30
Zkoušky rázové
•• RRRRRRRRáááááááázovzovzovzovzovzovzovzováááááááá zkouzkouzkouzkouzkouzkouzkouzkoušššššššška ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybem•• ZkouZkouššky podle ky podle CharpyhoCharpyho – tyč na dvou podpěrách
• Zkoušky podle Izoda – tyč uchycena letmo• tvar i rozměry zkušebních těles dány normou
31
Typy zkušebních těles při rázové zkoušce
32
Charpyho kladivo
33
Přechodová teplota
• a) teplotní závislost vrubovéhouževnatosti
• b) způsob stanovení přechodové teploty
34
Zkoušky únavy• při opakovaném zatěžování i menší silou
může dojít k porušení – únavový lom.
• Rc (σ) – mez únavy – nejvyšší napětí, kterémateriál vydrží, při nekonečném počtu cyklůaniž dojde k porušení.
• Rn (σ) - časová mez únavy – napětí, kterémat. vydrží po určitý počet cyklů n.
• (106 ÷ 107 cyklů).
35
Zkoušky únavy –Wöhlerova křivka
36
Rozdělení zkoušek tvrdosti
• Možná různá hlediska, nejčastěji na:
• Zkoušky vrypové• Zkoušky odrazové• Zkoušky vnikací
37
Zkoušky tvrdosti -vrypové
• Vrypové: MARTENS (dnes se jižnepoužívá)
• tvrdost se určuje podle šířky vrypu
• jsou od ní odvozeny zkoušky pro tenké vrstvy
38
Zkouška odrazová
Spočívá v odrazu
padajícího tělíska
určitého tvaru a
hmotnosti
Část energie vytvoříjamku a zbytek vymrští zkušebnítělísko do určitévýšky, ta je mírou tvrdosti
39
Zkoušky vnikací
• Princip: vtlačování přesně definovaného
tělesa do povrchu vzorku (indentoru),
tvrdost je určena velikostí vzniklého vtisku
• Zkoušky podle:
• Brinnella
• Vickerse
• Rockwella
40
Zkouška podle Brinella
Indentor – kalená ocelová kulička ∅ D, příp. kulička z SK• vtlačuje se silou F do povrchu zkoušeného materiálu. Po odlehčení se změří ∅ vtisku d
41
Poldi kladívko
• Dynamickámetoda
• 1 – úderník • 2 – porovnávacíetalon
• 3 - zkoušený materiál
42
Zkouška podle Vickerse
43
Mikrotvrdost• měření tvrdosti malých předmětů nebo tenkých
vrstev
• identifikace jednotlivých strukturních složek
• princip shodný s Vickersovou metodou
• menší zatížení (0,2 – 200 g)
• mikrotvrdoměr vybaven mikroskopem
• vzorky leštěné (výhodnější chemické nebo elektrolytické leštění →→→→ nedojde ke zpevnění) →→→→ metalografické výbrusy
• mikrotvrdost nelze porovnávat s makrotvrdostí
44
Princip Rockwellovy metody
• Tvrdost se odečítá na stupnici tvrdoměru
• Vhodná pro použití ve výrobě
45
Zkouška tvrdosti podle Knoopa
46
Další metody měření tvrdosti
• Metoda univerzální tvrdosti – pro zvýšenípřesnosti měření indentorem tříboký jehlan –metoda podle Berkoviche – pro srovnání vtisk Vickersem
47
Zkoušky za vyšších teplot – creepové zkoušky
• Tečení – creep je růst trvalédeformace při konstantním napětí v závislosti na čase
48
Křivka tečení• Křivka tečení -závislost deformace na čase
• AB – deformace pružná
• BC – deformace trvalá
• CD – primární(přechodové) tečení
• DE – sekundární(ustálené) tečení
• EF – terciální tečení(zrychlené)
49http://www.cideas.cz/free/okno/technicke_listy/4tlv/TL07CZ_3222-8.pdf
Diagram tahové zkoušky při různých teplotách
50
Dlouhodobé zkoušky -charakteristiky
• Mez tečení σt = napětí, které při dané teplotě a době působení způsobídanou trvalou deformaci – př. Deformace se pohybuje v rozmezí 0,1 –1%, doba cca 1 – 10tisíc hodin
• Mez pevnosti při tečení σtPt = napětí, které při dané teplotě za danou dobu způsobí lom materiálu
51
Křivky tečení - příklady
52
Technologické zkouškyZkouška lámavosti za studena
• Měřítkem pro posouzenílámavosti je velikost úhlu, který se vytvoří ohybem zkušební tyče.
• Zkušební tyč délky 200 až 400 mm a šířky 25 až50 mm se ohýbá na dvou podporách.
• Určuje se úhel ohybu, při kterém se na vnějšístraně objeví prvnítrhlinky.
53
Zkouška hloubením podle Erichsena
• Čtvercový vzorek plechu o rozměrech 70 x 70 mm
• Sevřený mezi matrici a přidržovač
• Razidlo zakončené vyleštěnou ocelovou koulí o průměru 20 mm, se pomalu vtlačuje do povrchu zkoušeného plechu
• Při výskytu první trhliny se zkouška zastaví, změříse posuv razidla → měřítko schopnosti plechu k hloubení
• Při podobné zkoušce, podle Engelharta, se posuzují podmínky lisování při kterých vznikla prasklina v kalíšku s plochým dnem.
54
Zkouška hloubením podle Erichsena
55
ZkouZkouZkouZkouššššky trubekky trubekky trubekky trubek• ZkouZkouZkouZkoušššška ka ka ka trubek trubek trubek trubek lemovlemovlemovlemováááánnnníííímmmm
• jeden konec trubky se rozšiřuje trnem o vrcholovém úhlu 90 až120˚
• pak se vytvoří kolmo na osu lem určité šířky →měla by splňovat hodnotu, kterou udávajímateriálové listy
56
Zkouška trubek rozháněním
� Do trubky se zarážítrn určitého průměru → při rozšíření nesmívzniknout trhlina
57
Nedestruktivní metody zkoušení - defektoskopie
• Lze zajišťovat:• Kontrola výroby důležitých vysoce namáhaných výrobků (tlakovénádoby, části turbín…)
• Vytřídění vadných kusů při sériovévýrobě (automatizovaná kontrola)
• Pravidelná kontrola důležitých strojůa zařízení v průběhu jejich životnosti
58
Rozdělení
• Podle fyzikálních principů na:
• Vizuální• Kapilární• Magnetoinduktivní• Ultrazvukové• Prozařovací
59
Vizuální metody• Přímé – vady zjišťujeme pečlivou
prohlídkou zrakem, příp. lupou (3 až 6x zvětšení)
• Nepřímé – pomocí endoskopů, k prohlídce nepřístupných povrchů (vady na vnitřním povrchu trubek, velkénádrže, kotle, tlakové nádoby –usazeniny, koroze). Dokonalejšíendoskopy spojeny s televizní kamerou – obraz lze pozorovat na obrazovce.
60
Kapilární metody
• Pro povrchové vady, podle detekční kapaliny metody barevnénebo fluorescenční
61
Magnetoinduktivní metody
• Pro vady povrchové nebo těsněpodpovrchové
• Využívají změny magnetické vodivosti ve feromagnetických materiálech (vady silně zvyšují magn.odpor a dochází ke zhuštění siločar. K indikaci se používásuchého feromagn.prášku nebo detekční kapaliny, ve které je rozptýlen.
• Podmínkou je, aby celý předmět byl zmagnetován.
62
Ultrazvukové metody
• Ultrazvuk je vlnění s vyšší frekvencínež slyšitelnou, tj. vyšší než cca 16 kHz ( 1-10 MHz)
• Nejmenší velikost zjistitelné vady (kolmo na směr šíření) je větší nežpolovina vlnové délky použitého vlnění
• Metody se používají nejen ke zjišťování vnitřních vad, ale i k měření tloušťky materiálu nebo vrstev
63
Ultrazvukové metody
• Nejčastěji se používají metody průchodové a odrazové.
• Průchodová metoda – dvě sondy umístěné souose na protilehlých stranách materiálu
• Vhodná pro menší tloušťky a rovnoběžné povrchy – kontrola plechů, plátovaných materiálů, ložiskových pánví apod.
64
Odrazová metoda
• Vysílají se krátké uz impulsy, které se odrážejí od povrchu a vad a vrací se. V okamžiku vysílánípočáteční impuls, pak za dobu odpovídající 2x vzdálenosti vady od sondy poruchový impuls a pak koncový, odražený od protilehlého povrchu – lze použít i pro zjištění tloušťky předmětu
65
Metody prozařovací
• Ze zdroje záření se
vysílá svazek
paprsků na
zkoušený materiál
• Paprsky
rentgenové nebo
gama