Vlastnosti technických materiálů a zkoušky materiálů

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

 

Otázka: Vlastnosti technických materiálů a zkoušky materiálů

Předmět: Strojírenská technologie

Přidal(a): David Veselík

 

 

Vlastnosti technických materiálů:

  • Fyzikální
  • Chemické
  • Mechanické
  • Technologické

 

Fyzikální vlastnosti určují:

Vnější stav, např. skupenství, hustotu, změny stavu, např. změna tvaru, délková a objemová roztažnost při změnách teploty, vlastnosti jako jsou tepelná a elektrická vodivost, magnetické vlastnosti, chemické vlastnosti (vznikají nové látky s novými vlastnostmi), odolná vůči korozi, žárupevnost, žáruvzdornost, mechanické vlastnosti.

Látky samy zůstávají nezměněny.

 

Mechanické určují:

Vlastnosti jsou jako pevnost, tažnost, křehkost, tvrdost, vlastnosti nutné pro změnu stavu např. pružnost, plasticida, chování při vystavení vnějšího namáhání, např. tah, tlak, ohyb, střih a krut.

 

Vlastnosti

  • Pružnost – schopnost mat. vrátit se do původní polohy
  • Pevnost – je největší napětí potřebné k oddělení materiálu
    • Tahem
    • Tlakem
    • Vzpěr
    • Krutem
    • Smykem (střihem)
    • Ohybem
  • Tvrdost – odpor proti vniknutí tvrdšího tělesa
  • Tvárnost – schopnost mat. Měnit tvar bez porušení struktury
  • Houževnatost – je odpor materiálu proti oddělení

 

Technologické vlastnosti určují:

Chování látky při opracování a tváření, např při:

  • Přetváření – změna tvaru odléváním, slinováním
  • Tváření – změna tvaru kováním, ohýbáním, tažením, lisováním
  • Obrábění – změna tvaru vrtáním, soustružením, frézováním, broušením
  • Spojování – spojování jednotlivých částí pomocí pájení, svařování, lepení,
  • Svařitelností – schopnost spojení částí v nerozebíratelný celek
  • Odolnost proti opotřebení – je to nežádoucí jev, vedoucí k otupení nástrojů, ztráta přesnosti a funkčnosti dílců
  • Slévatelností

 

Chemické vlastnosti určují:

Strukturu látek, např. strukturu a stavbu atomů, vazbu atomů

Látkové sloučeniny, např. sloučeniny s kyslíkem, odolnost proti korozi, schopnost vytvářet slitiny.

Látkovou přeměnu např. spalování

Vznikají nové látky s novými vlastnostmi.

 

Zkoušky technických materiálů

Zkoušky materiálu mají informovat o chování technických materiálů při působení statického a dynamického provozního zatížení (např. tah, tlak, ohyb, střih, vzpěr, krut) Slouží také k určení tvrdosti, obrobitelnosti, tažnosti, tvárnosti, svařitelnosti. K určení chemického složení a struktury materiálů především také ale ke kontrole výrobních vad (např. vady lití, trhliny, staženiny).

 

Zkoušky mechanických vlastností, technologických vlastností, nedestruktivní zkoušky.

 

Zkoušky mechanických vlastností:

  • Statické – stálé působení
  • Dynamické – proměnlivé zatížení
  • Za abnormálních teplot – teplotní odolnost

 

Zkoušky statické (mechanické se dále dělí na:

  • Tahem
  • Tlakem
  • Vzpěr
  • Krutem
  • Smykem (střihem)
  • Ohybem

 

Zkoušky technologických vlastností:

U této zkoušky se ověřuje, zda je materiál vhodný k dané technologické operaci (obrábění, tváření, svařování)

Ověřuje se, zda  je mat. Vhodný, není vhodný k použití

Popis k provádění zkoušky bývá předepsán normou, aby byla zajištěna opakovatelnost zkoušek

 

Zkoušky nedestruktivních vlastností:

Jsou to zkoušky bez porušení materiálu, slouží ke zjištění skrytých vad

  • 1) magnetická prášková metoda – pomocí magnetizačního přístroje se vytvoří v obrobku magnetické pole, prášek nám ukáže tok siločar, v místě vady se zhušťují a zahřívají
  • 2) ultrazvuková zkouška – zvukové kmity o frekvenci až 10 MHz (mega hertzů) v místě vady dochází k odstranění paprsků.
  • 3) rentgenová metoda – prozáří obrobek
  • 4) kapilární metoda – barevná tekutina se nanese na povrch, po setření ukáže tekutina vady.

 

Zkoušky pevnosti v tahu:

Sigma (vypadá jako delta)=F/So

Při zkoušce se normalizovaný vzorek zatěžuje v trhacím stroji, až dojde k přetržení (destrukci)

 

Zjišťuje se:

  • pevnost v tahu – sigma pt
  • Mez kluzu – sigma K
  • Poměrné popouštění – Epsilon

Pevnost v tahu je hodnota napětí daná podílem maximální síly, kterou snese tyč s průřezem So

Sigma pt=Fmax/So

 

Rozlišujeme:

  • Celkové poměrné prodloužení epsilont (poměrné prodloužení při Zatížení)
  • Pružné poměrné prodloužení epsilone (podíl celkového poměrného prodloužení, které po odlehčení opět klesá)
  • Trvalé poměrné prodloužení epsilonr (podíl celkové tažnosti, který při odlehčení zůstává)

 

Při pružném prodloužení  epsilone dosahuje materiál po úplném odlehčení opět svou výchozí délku Lo.

  • Při dalším zatížení se tyč dále prodlužuje, materiál přechází z pružného stavu do stavu plastického. V této oblasti vzniká trvalé poměrné prodloužení Epdilonr
  • Při úplném odlehčení již zkušební tyč nedosahuje původní délky Lo, trvalé prodloužení Lr, již zůstává (mez kluzu).

 

Diagram napětí – poměrné prodloužení:

  • Mez úměrnosti – značíme U (prodloužení je přímo úměrné napětí, po ukončení působení síly se materiál vrací do původní polohy.
  • Mez pružnosti – značíme E (Je to mezní napětí, kdy po odlehčení už dochází k trvalé deformaci (viz tabulky)
  • Mez kluzu – značíme K (Dochází k trvalé deformaci, bez zvýšeného napětí.)
  • Mez pevnosti – značíme P (dojde k přetržení tyčky

 

Hookův zákon

  • zákon popisuje pružnou deformaci materiálu působením síly.
  • Sigma=E (konstanta úměrnosti = modul pružnosti v tahu) * Epsilon (nemá jednotku, relativní prodloužení)

 

Zkoušky pevnosti v tlaku:

Při zkoušce v tlaku se zatíží zkušební vzorek rovnoměrně rostoucí silou, dokud se nerozdrtí, nebo dokud se neobjeví trhliny. Zkušební vzorky jsou většinou válcovité (d=h) s průměrem od 10 do 300 mm. Zkušební vzorky z tvárných materiálů (např. ocel) se deformují do tvaru soudků, zkušební vzorky z křehkých a tvrdých materiálů (např. odlitky z litiny) při zkoušce praskají

Z maximální dosažené síly Fmax a výchozího průřezu zkušebního vzorku So se vypočítá pevnost v tlaku sigmapt.

Sigmapt=Fmax/So

Pro zvýšení pevnosti se používá kalení.

 

Zkouška pevnosti v ohybu:

Při ohybové zkoušce se položí válcovitý zkušební vzorek na dvě podpory a zatěžuje se pomocí ohýbacího lisovníku rovnoměrně rostoucí ohybovou silou, dokud nepraskne nebo se trvale prohne. Z maximální ohybové síly, průměru zkušebního vzorku a rozteče podpor se vypočítá ohybová pevnost v ohybu.

 

Zkouška pevnosti ve smyku:

Je prováděna ve speciálních přípravcích. Přípravek je zatížen tlakovou silou F v univerzálním zkušebním stroji.

 

Síla, která je potřebná:

  • a) K trvalému ohybu vzorku
  • b) k protažení vzorku
  • c) k úplnému přestřižení vzorku

 

Zkouška pevnosti na vzpěr

Patří mezi zvláštní způsoby namáhání

Je-li délka mnohonásobně větší než jsou rozměry průřezu, jedná se o namáhání na vzpěr (pruty prutových konstrukcí, popěrné sloupy, ojnice spal. Motorů)

 

Zkouška pevnosti na krut:

Tyčový materiál je zatěžován silou, která se jej snaží zkroutit v jeho podélné ose (tzv. krouticím momentem)

Mez pevnosti v krutu je napětí, které způsobí prasknutí tyčového vzorku namáhaného torzí (krutem).

Provádí se u tvrdých (křehkých) materiálů

Pro výrobu hřídelí, torzních tyčí

Provádí se pro výrobu houževnatých materiálů – u výroby drátů

K porušení těchto materiálů dojde až po několika otáčkách

Provádí se u oceli za tepla  (kovářská technologická zkouška)

  • 1) Trvalý ohyb vzorku
  • 2) protažení vzorku
  • 3) prasknutí vzorku namáhaného torzí

 

Zkušební tělesa jsou ve formě:

  • Tyče (válce)
  • Krychle
  • Plechu

 

Zkoušky tvrdosti:

Tvrdost je odpor, který klade materiál proti vniknutí tvrdšího tělesa.

 

Zkušební postupy:

  • Brinell
  • Rockwell
  • Vickers

Postupy se liší tvarem tělíska a velikostí zatížení.

 

Zkouška Brinella (HB)

  • Při zkoušce tvrdosti podle Brinella se tiskne ocelová kalená kulička o průměru d, tiskne silou F do kontrolovaného materiálu. Měří se průměr v disku d.
  • Doba zatížení dle materiálu je 10 až 30 sekund
  • Vyhodnocení v tisku (z tabulek nebo ze vzorce)
  • HB= 0,102F/S

 

Zkouška Vickerse (HV)

  • Při zkoušce podle Vickerse je vnikající těleso čtyřboký jehlan z diamantu

Vyhodnocení v tisku:

  • Měří se střední hodnota délky úhlopříček v tisku.
  • D=d1+d2/2  – sečtou se úhlopříčky a dělí se dvěma
  • Vyhodnocení se stanoví buď z tabulek, nebo výpočtem.
  • HV=F/0,189d2
  • Doba zatížení je 10 až 30 sekund
  • Měří se průměr v tisku
  • Používá se pro nitridované a cementované kalené povrchy.

 

Zkouška podle Rockwella (HV)

  • Zatlačuje se ocelová kalená kulička nebo diamantový kužel, měří se hloubka v tisku od určité výchozí polohy, které se docílí předběžným zatížením.
  • Stlačuje se diamantový kužel F=600N (zatěžovací síla)
  • Stlačuje se ocelová kalená kulička F=100N
  • Zatlačuje se ocelová kalená kulička nebo diamantový kužel, měří se hloubka v tisku od určité výchozí polohy, které se docílí předběžným zatížením.

Postup měření:

  • 1) zkušební tělísko se zatíží předběžným zatížením 100 N a vtlačíme do materiálu.
  • 2) Stupnice hloubkoměru se nastaví na nulu (tím se odstraní případná nekvalita povrchu)
  • 3) zkušební tělísko se zatíží plnou silou, dle tabulky
  • 4) Po odlehčení se odečte hodnota hloubky v tisku přímo v jednotkách tvrdosti