Építőanyagok I - Laborgyakorlat. Fémek

Átírás

1 Építőanyagok I - Laborgyakorlat Fémek

2 Az acél és a fémek tulajdonságai Az acél és fémek fizikai jellemzői Fém ρ (kg/m 3 ) olvadáspont C E (kn/mm 2 ) Acél Alumínium Réz Ólom λ (W/mK)

3 Az acél és a fémek mechanikai jellemzői Szilárdságtani vizsgálatok Statikus anyagjellemzők Húzószilárdság Nyomószilárdság Hajlítószilárdság Nyírószilárdság Dinamikus anyagjellemzők Technológiai próbák

4 Szilárdságtani vizsgálatok 1. Szakítószilárdság Szakítószilárdság vizsgálatánál rendszerint hengeres, vagy négyszög (1:3 oldalarány) méretű próbatestet vizsgálnak (próbadarab v. próbapálca) A próbadarabot úgy képezik, ki, hogy középen szakadjon el Betonacél vizsgálatánál megengedett a megmunkálatlan betonacél használata

5

6

7 A szakítódiagram jellemző pontjai I. R a - arányossági határ [N/mm 2 ] Hooke-törvény szerinti arányosság R r - rugalmassági határ [N/mm 2 ] ameddig rugalmas az alakváltozás E - rugalmassági modulus [N/mm 2 ] a diagram érintőjének iránytangense R y - folyáshatár (éles) [N/mm 2 ] terhelés nélkül is tovább nyúlik

8 A szakítódiagram jellemző pontjai II. R m - szakítószilárdság [N/mm 2 ] max. feszültség, amelynél már elszakad R p0,2 egyezményes folyáshatár [N/mm 2 ] grafikonból meghatározva (0,2% ε) ε u - szakadási nyúlás [%] Ψ - kontrakció (beszűkülés) [%] az elszakadt keresztmetszet csökkenése

9 Szakítószilárdságot befolyásoló tényezők Fő befolyásoló tényezők: Próbatest mérete és alakja A kör alaktól való eltérés mértékében csökken a folyáshatár és a szakítószilárdság Szakítás sebessége a folyáshatárt befolyásolja Hőmérséklet 300 C felett a folyáshatár elmosódik a szívós alakváltozás szakasza eltűnik, csak plasztikus alakváltozás van

10 2. Nyomószilárdság A nyomódiagram alakja hasonló a szakítódiagram alakjához a szívós alakváltozás határáig Nyomás közben az anyag hidegalakításon megy keresztül, ami felkeményedéssel jár A húzókísérlethez hasonlóan nyerjük az egyes értékeket

11 3. Hajlítószilárdság Ha a lehajlást a terhelő erő(k) függvényében ábrázoljuk, a szakítókísérlethez hasonló diagramot kapunk Először rugalmas, majd szívós és képlékeny Hajlítókísérletből nyerhető anyagjellemzők: lehajlás, folyáshatár, hajlítószilárdság

12 4. Nyírószilárdság Általában olyan anyagokon hajtják végre, melyek a gyakorlatban is nyírást szenvednek, pl: szegecsek, csapszegek

13 5. Ütőszilárdság Charpy-kalapácsos ütvehajlító vizsgálat: acélok ridegtörési hajlamának kimutatása +20; 0; -20; - 40 C hőmérsékleten hegesztésre alkalmasság vizsgálata hőkezelés ellenőrzése A próbatest töréséhez szükséges munka: W [J] Fajlagos ütő-hajlítómunka: W/A [J/mm 2 ] A - a próbatest legyengített keresztmetszete

14 Technológiai próbák A betonacélok szívósságának kimutatása, üzemszerű igénybevétel (károsodás nélkül) Hajlítópróba a mintadarabot d Ø tüske körül meghajlítják nem megfelelő, ha repedés keletkezik Hajtogató vizsgálat a befogott feszítőhuzalt, hajlítóhenger körül ± 90 szögben, törésig hajtogatják

15 Vas- és acélfajták Vas és acélötvözetek fajtái 1. Tiszta vas (Fe > 99,8%) Puha, kis szilárdságú anyag 2. Ötvözetlen szerkezeti acélok (szénacélok) Csak szenet (C) tartalmaznak ötvözőként acél C < 2% lágyacél C < 0,2% 3. Ötvözött acélok gyengén ötvözött acél: ötvözők < 5% közepesen: ötvözők 5 10%; erősen ötvözött: ötvözők >10%

16 Szerkezeti acélok jelölése az MSZ 6280 szerint (régi jelölés): (MSZ 6280) "A" jelű acélok jelölése: pl.: A 38; A 38B és A 38X A - építőipari acél 38 - kb. a szakítószilárdság alsó határa 0,1 N/mm2- ben, pl. Rm = 370 N/mm2 B - csillapított acél, hegeszthető acélgyártáskor az oxigént Mn, Si, Al - hoz kötik, az acél nyugodtan dermed X - csillapítatlan, ridegtörésre érzékeny

17 Szerkezeti acélok jelölése az EN szerint : pl.: S 275 JRN és S 355 K2G2 S - szerkezeti acél folyáshatár (minősítő) N/mm2 JR - ütőmunka min.27j (+20 C-on) JO - ütőmunka min.27j ( 0 C-on) J2 - ütőmunka min.27j (-20 C-on) K2 - ütőmunka min.40j (-20 C-on) N - normalizálva alakított (hőkezelés) G2 - csillapított acél G1 - csillapítatlan acél

18 Betonacélok jelölése és mechanikai jellemzői

19 Melegen hengerelt betonacélok kör keresztmetszetűek (szelvényalakok) sima és bordázott felülettel az acélbetét tapadásának növelésére

20 Hidegen alakított betonacélok csavart betonacélok Csavarás, mint hidegalakítás hatására megemelkedik a betonacél R m és R y az acél ridegedik, nincs éles folyáshatár hidegen húzott betonacélok

21 Keménységvizsgálati módszerek 1. Brinell keménység (HB) d Ø golyót, F erővel nyomják az anyagba megmérik a keletkezett benyomódást d1 Ø HB = F/a benyomódás gömbsüvege Rm = kb. (0,34 0,36) HB

22 2. Vickers keménység (HV) gyémántgúlát nyomnak az acélfelületbe HV = F/gúla alakú benyomódás felülete

23 3. Rockwell keménység (HRC, HRB) kúpot, ill. golyót nyomnak a felületbe a benyomódás mélységét mérik

24 4. Poldi-kalapács ismeretlen erejű (F) ütés hatására a golyó benyomódásának átmérőjét mérik a vizsgálandó anyagban és egy ismert szilárdságú etalon alaprúdban

25 Betonacél szakítószilárdságának vizsgálata

26 Jelölések A 0 = a vizsgálati szakasz eredeti keresztmetszete mm 2 - ben A u = a próbatest legkisebb keresztmetszete szakadás után mm 2 - ben d = a hengeres próbatest átmérője mm - ben d u = a hengeres próbatest átmérője szakadás után L 0 = a próbatest hosszán kijelölt szakasz általában 5d vagy 10d mm - ben L u = az eredeti jeltávolság szakadás után F = terhelőerő /húzóerő/ N - ban

27 A terhelőerőt /F/ az eredeti keresztmetszetre /A 0 / vonatkoztatva a feszültséget vagy szakítószilárdságot kapjuk: ( ) σ R = Folyáshatár: F A 0 [N/mm 2 ] vagy [MPa] F [N/mm 2 ] vagy [MPa] eh R y = A0 F eh : Ahol a képlékeny alakváltozás megindul. Abból a terhelőerőből számítható a feszültség, amelynek elérésekor a próbatest állandó vagy csökkenő terhelés hatására tovább nyúlik

28 Szakadási nyúlás: az eredeti jeltávolságnak a próbatest szakadásáig bekövetkezett maradandó növekedése mm-ben Nyúlás: Lu L0 L A10 = 100 L L 0 [%] = 100 [%] 0 Az eredeti jeltávolságnak a terhelés hatására bekövetkezett növekedése az eredeti jeltáv %-ban L u - L 0 = az abszolút nyúlás

29 Kontrakció: Z = A A 0 A 100% A A 0 u = 0 100% A legnagyobb keresztmetszet változás az eredeti keresztmetszet %-ban Rugalmas alakváltozás: ha a terhelőerő megszűnése után a próbatest eredeti méretét visszanyeri Maradandó alakváltozás: A terhelés megszűnése után mért növekedés mmben

30

31

32 Szakítási feladat d 0 = 8,00 mm L 0 = 80,00 mm L u = 117,50 mm F m = 22200,00 N D u = 4,80 mm 8 π A 0 = mm 4 4,8 π = 50,24 A u = = 18,08 mm N 50,24 mm Rm = = N mm vagy MPa L 37,5 A10 = 100 = 100 = L ,85% Z = A 0 Au 50,24 18, = 100 = A 50, ,00 %