Atomerőművi anyagvizsgálatok. 2. előadás: Roncsolásos anyagvizsgálati eljárások elvének ismertetése I. rész (a jegyzet 4.

Átírás

1 Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Nukleáris Technikai Intézet (NTI) Atomerőművi anyagvizsgálatok 2. előadás: Roncsolásos anyagvizsgálati eljárások elvének ismertetése I. rész (a jegyzet 4. fejezete) Tárgyfelelős: Kiss Attila, tudományos segédmunkatárs, BME NTI ősz Atomerőművi anyagvizsgálatok 1

2 Köszönetnyilvánítás: Kiss Attila előadásainak diái részben Dr. Csizmazia Ferencné tanárnő (SZE-Győr) tanévi előadásainak anyagai és a tanárnő interneten fellelhető diái alapján készültek. *** Jelen előadás szerzője (tanárnő egykori hallgatója) ezúton is köszönetet mond Dr. Csizmazia Ferencné tanárnőnek (SZE-Győr) az emlékezetes előadásokért és a diák közreadásáért! Kiss Attila Tudományos segédmunkatárs BME NTI Atomerőművi anyagvizsgálatok 2/52

3 Az előadás tartalma 1. Az anyagvizsgálatokról általában 2. Roncsolásos anyagvizsgálatok Szakítóvizsgálat Nyomóvizsgálat Hajlítóvizsgálat Keménységmérés Fárasztó igénybevétel Törésmechanika Atomerőművi anyagvizsgálatok 3/52

4 ANYAGVIZSGÁLATOK Atomerőművi anyagvizsgálatok 4/52

5 Anyagvizsgálat elve Az anyagismeret tárgya az anyag, eszköze az anyagvizsgálat! Anyagvizsgálat elve: egy rendszert gerjesztünk és mérjük a rendszer válaszát és a válasz jellemzi a rendszer belső struktúráját! y(x)=b*a*x b (egyszerű egytagú kifejezés, de lehet többtagú is!) x gerjesztés (adó); B geometriai paraméter; y a mért rendszer válasz (vevő); a, b a kapott információ (detektált hiba, anyagjellemző, stb) Atomerőművi anyagvizsgálatok 5/52

6 Az anyagvizsgálat célja Az ipar és a technika fejlődése megkívánja, hogy a gyártási folyamatok során felhasznált anyagokról minél teljesebb ismereteink legyenek. Ez a felhasználandó anyagok alapvető tulajdonságainak meghatározásán kívül, a szerkezetekbe beépített anyagok várható viselkedésének (öregedés pl.), állapotának a meghatározását is jelenti Atomerőművi anyagvizsgálatok 6/52

7 Az anyagvizsgálat feladata 1 A technológus: Az anyagokról olyan adatokat szolgáltatni a gyártó, a felhasználó részére, amelyek lehetővé teszik annak eldöntését, hogy : az adott anyag az adott feladatra megfelel-e? (szilárdság, alakíthatóság, elektromos vezetőképesség, hőszigetelő képesség, sugárállóság, stb.); adott felhasználási célra melyik anyag felel meg (anyag kiválasztás). A tervező: Atomerőművi anyagvizsgálatok 7/52

8 Az anyagvizsgálat feladata 2 Választ adni arra, hogy az alapanyagok, vagy kész termékek tartalmaznak-e folytonossági hiányokat, hibákat. A döntéshozó: A karbantartó: Atomerőművi anyagvizsgálatok 8/52

9 Az anyagvizsgálat feladata 3 A használat során károsodott alkatrészek, szerkezetek károsodási okainak felderítése (kárelemzés). A karbantartó: A döntéshozó: Atomerőművi anyagvizsgálatok 9/52

10 Elvárások az anyagvizsgálati módszerekkel szemben A vizsgálati módszereknek megbízhatónak (egyértelműnek és reprodukálhatónak ) kell lenni. Ezt elősegíti a vizsgálatok szabványosítása. Szabvány hiányában a vizsgálati körülményeket egyértelműen meg kell adni a vizsgálatról készült dokumentumban, a jegyzőkönyvben! Atomerőművi anyagvizsgálatok 10/52

11 Az anyagvizsgálat helye a minőségteremtő folyamatokban Az egyik legfontosabb információ szerzési pont, amely alapján a szabályozási rendszer működtethető. Az információ szerzés működhet: esetileg rendszeres tevékenységként automatizált vizsgálati és kiértékelési technikával Atomerőművi anyagvizsgálatok 11/52

12 A vizsgálati tevékenység fő területei 1 1. A gyártó rendszerbe kerülő termékek átvételi ellenőrzése (idegen áru ellenőrzése). Feladata kettős: beavatkozást jelöl ki a feldolgozással kapcsolatban a beszállítókra vonatkozó visszacsatolásra teremt lehetőséget Atomerőművi anyagvizsgálatok 12/52

13 A vizsgálati tevékenység fő területei 2 2. A gyártásközi ellenőrzés. Célja : a gyártó rendszer saját, zárt szabályozási rendszerének működtetése 3. A végellenőrzés amely lehetőséget teremt a visszacsatolásos szabályozásra a vevő, átvevő számára tanúsítja a minőséget Atomerőművi anyagvizsgálatok 13/52

14 Az anyagvizsgálati módszerek felosztása A vizsgált minta a vizsgálat hatására tönkremegy vagy nem Roncsolásos anyagvizsgálat, roncsolás mentes anyagvizsgálat Atomerőművi anyagvizsgálatok 14/52

15 Az anyagvizsgálati eljárások főbb területei: (a legtöbb esetben roncsolással) Kémiai vizsgálat: Legfontosabb feladata az anyagok vegyi összetételének megállapítása, de ide tartoznak a korróziós vizsgálatok is. Fizikai vizsgálatok: Célja az anyagok fizikai jellemzőinek pl. villamos vezetőképesség, villamos ellenállás, mágneses tulajdonságok hőtágulás, fajhő stb. meghatározása Fémtani vizsgálatok: Az anyagok szövetszerkezetének, szemcsenagyságának, a zárványosság mértékének stb. meghatározását jelenti Atomerőművi anyagvizsgálatok 15/52

16 Az anyagvizsgálati eljárások főbb területei: Szilárdsági vizsgálatok: Egyszerű mechanikai igénybevételekkel szembeni ellenállás megállapítása a cél. Technológiai vizsgálatok: Legtöbb esetben az adott feldolgozási technológiára való alkalmasság eldöntése a cél Atomerőművi anyagvizsgálatok 16/52

17 Az anyagvizsgálati eljárások főbb területei (roncsolásmentes): A darab felületén lévő folytonossági hiányok megállapítása Mágnesezhető poros vizsgálat, Festékdiffúziós vagy penetráló folyadékos vizsgálat. A darabban lévő eltérések megállapítása Ultrahangos, Röntgen, izotópos, Akusztikus emissziós Atomerőművi anyagvizsgálatok 17/52

18 Próbavétel (mintavétel) A vizsgálati mintát úgy kell kiválasztani és kivenni, hogy hűen reprezentálja a teljes minősíteni kívánt tételt vagy darabot! A vizsgálat eredménye nagymértékben függ a próbavétel szakszerűségétől! Szabványok vagy a műszaki dokumentáció rögzíti a próbavétel módját! Atomerőművi anyagvizsgálatok 18/52

19 Az anyagvizsgálatok dokumentumai A mérésekről mérési (vizsgálati) jegyzőkönyvet kell készíteni, amely alapján anyagvizsgálati dokumentum készül! Az anyagvizsgálati dokumentum: minősíti az anyag valamely tulajdonságát a gyártó vagy felhasználó számára, jelzést ad a gyártási folyamat fázisainak helyességéről az anyag kiválasztása és a technológia szempontjából egyaránt, Rögzíti a feltárt károsodást, ill. annak okát Atomerőművi anyagvizsgálatok 19/52

20 A jegyzőkönyvben rögzíteni kell: Minden olyan körülményt, adatot, amelyből egyértelműen megállapítható: a próbatest azonossága, minősítése és amely alapján a mérés megismételhető! Atomerőművi anyagvizsgálatok 20/52

21 Roncsolásos anyagvizsgálatok Atomerőművi anyagvizsgálatok 21/52

22 Ism.: Az igénybevételek jellemzése Az igénybevétel hatása szerinti felosztás: Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek, A felületre ható igénybevételek. Az igénybevétel időbeli lefolyása szerinti felosztás: Statikus, Dinamikus, lökésszerű, Ismétlődő, fárasztó, Az előbbi három kombinációja Atomerőművi anyagvizsgálatok 22/52

23 Mechanikai tulajdonságok Statikus igénybevételre Húzó igénybevétellel szembeni ellenállás meghatározása A szakítóvizsgálat (MSZ EN :961) Atomerőművi anyagvizsgálatok 23/52

24 Szakítóvizsgálat elve Mechanikus vagy hidraulikus terhelés erőmérő cella álló befogó Próbatest finom útadó (jeltáv) Durva útadó (befogó fej) mozgó befogó v = állandó Atomerőművi anyagvizsgálatok 24/52

25 Szakító diagram A szakítógép a próbatest összes megnyúlásának függvényében rajzolja meg a próbatest által felvett erőt: F=f( L) [N] A függőleges tengelyen az erőt (jele: F) N-ban vagy kn-ban, a vízszintes tengelyen pedig a jeltávolság megnyúlását (jele: L) tüntetjük fel mm-ben Atomerőművi anyagvizsgálatok 25/52

26 Szakító próbatestek A kör keresztmetszetű próbatest geometriája: A lemez próbatest geometriája: Lo 5 do L o 5,65 S o Atomerőművi anyagvizsgálatok 26/52

27 Szakítópróbatest Lemez próbatest Menetes befogás betonacél Atomerőművi anyagvizsgálatok 27/52

28 Lágyacél szakítódiagramja A I. a rugalmas alakváltozás szakasza. Az alakváltozás és a feszültség lineáris összefüggésben van. = E. (Hook törvény ) F e F S N mm 2 o Meghatározható! L L o 100 % Atomerőművi anyagvizsgálatok 28/52

29 Lágyacél szakítódiagramja II.a. folyási szakasz. A folyási szakasz az F eh erőnél kezdődik, és azt jelenti, hogy a próbatest valamennyi krisztallitjában megindul a maradó alakváltozás F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 29/52

30 Lágyacél szakítódiagramja II.b. egyenletes alakváltozás szakasza. F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 30/52

31 Lágyacél szakítódiagramja III. kontrakciós szakaszban a próbatest alakváltozása egy meghatározott részre korlátozódik. F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 31/52

32 Hengeres lágyacél szakítása Atomerőművi anyagvizsgálatok 32/52

33 Korszerű szakítógép Atomerőművi anyagvizsgálatok 33/52

34 Különböző anyagok szakítódiagramjai F m Rideg anyagok: a., lemezgrafitos öntöttvas; b., edzett acél, kerámia; Jellemzőjük: Ridegek, csak rugalmas alakváltozásra képesek; A szakadás felülete szemcsés és merőleges az igénybevétel tengelyére Atomerőművi anyagvizsgálatok 34/52

35 Különböző anyagok szakítódiagramjai Szívós anyagok: d., ábrán határozott folyást nem mutató anyagok pl. réz vagy alumínium. e., lágyacél: produkálja az összes klasszikus szakaszát a szakítódiagramnak! F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 35/52

36 A szívós anyag viselkedése a kontrakciós szakaszban Atomerőművi anyagvizsgálatok 36/52

37 Különböző anyagok szakítódiagramjai Hidegen alakított fémek: f., ábra hidegen erősen alakított, tehát felkeményedett fém A felkeményedett anyagok, rugalmas alakváltozást követő igen rövid egyenletes alakváltozás után kontrahálnak. Alig van egyenletes alakváltozási szakasz! F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 37/52

38 Különböző anyagok szakítódiagramjai Képlékeny fémek: g., Az ábrán nem keményedő, képlékeny fém pl. ólom (Pb) szakítódiagramja látható. A diagramnak szinte csak maradó alakváltozási része van. F( F e Atomerőművi anyagvizsgálatok 38/52

39 Polimerek szakítódiagramja a. rideg anyag pl. hőre nem lágyuló műanyagok b. szívós pl. PA c. lágy anyag pl. PE Atomerőművi anyagvizsgálatok 39/52

40 A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők Atomerőművi anyagvizsgálatok 40/52

41 A szakítódiagram alapján kétféle rendszer szerint értelmezhetünk értékeket. A mérnöki rendszerben, az erő és alakváltozás értékeket az eredeti, kiinduló értékekhez viszonyítjuk, Míg a valódi rendszerben a változásokat a pillanatnyi, tényleges értékekhez viszonyítjuk. Ezt használjuk a továbbiakban! Atomerőművi anyagvizsgálatok 41/52

42 Mérnöki rendszer Feszültség [MPa]: F N 2 S mm o Alakváltozás, fajlagos nyúlás: F az erő L L o S o az eredeti keresztmetszet L o a jeltávolság eredeti értéke 100 % R e L a megnyúlás Atomerőművi anyagvizsgálatok 42/52

43 A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők Szilárdsági anyagjellemzők: Atomerőművi anyagvizsgálatok 43/52

44 Rugalmassági modulusz Young modulusz A rugalmas szakasz meredeksége E= / (GPa)= A fémek elsőrendű teherviselő szerkezeti anyagok!!! Atomerőművi anyagvizsgálatok 44/52

45 Folyáshatár A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültség Mértékegysége: N/mm 2 (MPa) R eh F S eh o Atomerőművi anyagvizsgálatok 45/52

46 Folyáshatár A folyáshatár valódi feszültség, fizikai tartalommal ellátott, azt jelenti, hogy ennél a feszültségnél a próbatest minden krisztallitjában megindul a képlékeny alakváltozás, A folyáshatár a statikus méretezés alapja!!! meg ahol n R eh n ahol Atomerőművi anyagvizsgálatok 46/52 : n 1 abiztonsági tényező!

47 Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár? Atomerőművi anyagvizsgálatok 47/52

48 Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár? A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültséget abban az esetben is meg kell tudni határozni, ha nem mutatkozik határozott folyáshatár. Ebben az esetben megállapodás szerinti értékeket határozunk meg Atomerőművi anyagvizsgálatok 48/52

49 Névleges folyáshatár Névleges folyáshatár, azaz a 0,5% teljes (rugalmas + maradó ) alakváltozáshoz tartozó feszültség. Mértékegysége: N/mm 2 R t0,5 F t0,5 S o Atomerőművi anyagvizsgálatok 49/52

50 Egyezményes folyáshatár Az a feszültség, ahol a nem arányos nyúlás megegyezik a nyúlásmérő mérőhosszának (L e ) előírt százalékával. Másképpen a 0,2%-os maradó alakváltozást előidéző feszültség. Az alkalmazott jelölés mellé olyan indexet kell írni, amely a nyúlásmérő mérőhosszának előírt százalékát adja meg, pl: R p0,2 R p0,2 F S p0,2 o A terhelt állapotban mért egyezményes folyáshatár : R p0,2 F p0,2 S o N/mm Atomerőművi anyagvizsgálatok 50/52

51 Szakítószilárdság R m F S m o A szakítószilárdság a vizsgálat során mért legnagyobb terhelő erő és az eredeti keresztmetszet hányadosa: Mértékegysége: N/mm Atomerőművi anyagvizsgálatok 51/52

52 Vége a második előadásnak! Kérdések? Atomerőművi anyagvizsgálatok 52