A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

Átírás

1 A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata 1

2 Az anyagok tulajdonságai fizikai tulajdonságok, mechanikai, termikus, elektromos, mágneses akusztikai, optikai 2

3 Minıség, élettartam A termék minısége függ: gyártási jellemzıktıl A felhasznált anyagtól A tervezéstıl, konstrukciótól Az alkalmazott technológiáktól. üzemeltetés körülményeitıl elhasználódási, károsodási folyamatok 3

4 Termékminıség és élettartam Tehát anyagismereti sıt minıségügyi szempontból figyelembe kell venni: az anyagok szerkezetét fizikai tulajdonságát (igénybevehetıség) technológiai tulajdonságait üzemeltetési tulajdonságait (károsodásállóság) 4

5 Biztonsági tényezı, meghibásodási valószínőség A tervezés illetve az anyagválasztás során több ellentétes követelményt kell figyelembe venni, Ezért a tervezés során nem az abszolút biztonság, hanem a tönkremenetelbıl adódó probléma mértékétıl függıen az elıírt biztonság illetve a megengedhetı meghibásodási valószínőség megvalósítása a cél. 5

6 Meghibásodási valószínőség A teherbírás és a terhelés viszonya 6

7 Anyagtulajdonságok Sőrőség ρ=m/v [kg/m 3 ] 7

8 Anyagtulajdonságok Mechanikai tulajdonságok (terhelhetıség) 8

9 A szerkezeti anyagok viselkedése az igénybevételekkel szemben A szerkezeti anyagok legfontosabb tulajdonsága, hogy ellenállnak a külsı igénybevételekkel szemben, tehát a terhelhetık. Az igénybevételek összetettek és különbözıek. A szilárdsági számítások során ezeket az összetett igénybevételeket jól definiálható alapesetekre un. egyszerő igénybevételekre vezetjük vissza, és ezek szuperpozíciójaként értelmezzük a szerkezet terhelését. 9

10 Az igénybevételek jellemzése (1) Az igénybevétel hatása szerinti felosztás: Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek A felületre ható igénybevételek Az igénybevétel idıbeli lefolyása szerinti felosztás: Statikus Dinamikus, lökésszerő Ismétlıdı, fárasztó Az elıbbi három kombinációja 10

11 Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek Húzó Nyomó Hajlító Nyíró Csavaró Hajlítás Csavarás Húzás 11

12 Egyszerő igénybevételek húzás, nyomás, hajlítás, csavarás és nyírás. Az igénybevétel számszerő értéke a felület egységre ható erı, a feszültség. Ha a feszültség a felület elemre merıleges, normál (σ ) feszültségrıl, ha a felület síkjában hat, csúsztató (τ) feszültségrıl beszélünk. Mértékegysége : [N/mm 2 vagy MPa, azaz MN/m 2 ] 12

13 A felületre ható igénybevételek Hı Vegyi Elektrokémiai Áramló közeg Koptató Sugárzás Biológiai Szorító erı Kopás Forgatás 13

14 Az igénybevétel az idıbeli változása alapján lehet: statikus, ha az igénybevétel idıben állandó, vagy csak igen lassan, egyenletesen változik, dinamikus, ha a terhelés idıben változik, hirtelen, ütésszerő, lökésszerő pl. motorok indítása, ütközés stb. fárasztó, ha az igénybevétel idıben változik, és sokszor ismétlıdik. 14

15 Az igénybevétel idıbeli lefolyása Statikus Dinamikus Ismétlıdı, fárasztó Az elıbbi három kombinációja 15

16 Az anyag viselkedése terhelés hatására Az anyagok lehetnek: szívósak, képlékenyek és ridegek. 16

17 Szívós vagy képlékeny anyag a törést jelentıs nagyságú maradó alakváltozás elızi meg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület szakadozott, tompa fényő 17

18 Rideg, nem képlékeny törés A rideg, nem képlékeny törés esetében a törést nagyon kicsi vagy semmi maradó alakváltozás sem elızi meg, és a repedés kialakulása után viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez. 18

19 Szakítóvizsgálat EN :2002 Célja: az anyagok egytengelyő húzó igénybevétellel szembeni ellenállásának meghatározása egy szabványosan kialakított próbatestet egytengelyő igénybevétellel a szabványban elıírt sebességgel szakadásig terhelnek, és közben mérik a próbatest által felvett erıt és a megnyúlást. 19

20 A szakítóvizsgálat elve Mechanikus vagy hidraulikus terhelés erımérı cella álló befogó Próbatest finom útadó Durva útadó (jeltáv) (befogó fej) mozgó befogó v = állandó 20

21 Szakítópróbatest Arányos próbatest Lo = 5 d o Lo = 10 d o 21

22 Szakítópróbatest Menetes befogás Lemez próbatestek Betonacél 22

23 Lágyacél szakítódiagramja A I. a rugalmas alakváltozás szakasza. σ = E.ε (Hook törvény), ahol σ - feszültség, E - rugalmassági modulus ε - alakváltozás. 23

24 Lágyacél szakítódiagramja II.a. folyási szakasz a folyási szakasz az F eh erınél kezdıdik maradó alakváltozás megindulása 24

25 Lágyacél szakítódiagramja II.b. egyenletes alakváltozás szakasza. próbatest minden keresztmetszete egyenletesen alakváltozik. keményedés jelensége 25

26 Lágyacél szakítódiagramja. III. kontrakciós szakasz a próbatest alakváltozása egy meghatározott téfogatrészre korlátozódik 26

27 27

28 A szakadás folyamata 28

29 Mérnöki rendszer feszültség : σ = F/ S o alakváltozás, fajlagos nyúlás : ε = L/L o ahol F az erı S o az eredeti keresztmetszet L o a jeltávolság eredeti értéke L a megnyúlás 29

30 Valódi rendszer feszültség: alakváltozás azaz az integrálás után F az erı F σ = S d ϕ = S a megváltozott keresztmetszet dl a pillanatnyi megnyúlás a pillanatnyi hossz d o az eredeti átmérı d a pillanatnyi átmérı dl L do ϕ = 2ln d 30

31 Folyáshatár R eh = F S eh o A maradó alakváltozás kezdetét jelentı feszültség Mértékegysége: N/mm 2 31

32 Folyáshatár egyezményes folyáshatár 32

33 Egyezményes folyáshatár R A terhelt állapotban mért egyezményes folyáshatár : p 0,2 = F p0,2 S o [N/mm 2 ] adott maradó alakváltozáshoz tartozó feszültség 33

34 Finomnyúlásmérés 34

35 Szakítószilárdság R m = F S m o A szakítószilárdság a vizsgálat során mért legnagyobb terhelı erı és az eredeti keresztmetszet hányadosa: Mértékegysége: N/mm 2 35

36 Alakváltozási mérıszámok Szakadási nyúlás vagy nyúlás. Jele: A Mértékegysége: % A = L u L o L o 100 % 36

37 Alakváltozási mérıszámok Keresztmetszet csökkenés vagy kontrakció. Jele: Z Mértékegysége: % Z = S o S o S u 100% 37

38 A szakítóvizsgálat során kapott eredményeket befolyásolják a próbatest alakja, mérete, felületi minısége a terhelés növelésének sebessége a vizsgálati körülmények pl. a hımérséklet 38

39 Fajlagos törésmunka Az anyag szívósságát jellemzi. A fajlagos törésmunka (Jele: W c ) sima, bemetszés nélküli próbatesten, a törés helyén mérve a külsı erık munkája, amely a próbatestet törésig felemésztıdik. Mértékegysége J/cm 3. 39

40 Korszerő szakítógép 40

41 41

42 Szakítóvizsgálat nagy hımérsékleten 42

43 Az acél viselkedése magasabb hımérsékleten 43