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
