BME ANYAGTUDOMÁNY ÉS. Mechanikai anyagvizsgálat. Szakítóvizsgálat. A legelterjedtebb roncsolásos vizsgálat

Átírás

1 BME ANYAGTUDOMÁNY É TECHNOLÓGIA Anyagismeret TANZÉK Mechanikai anyagvizsgálat Dr. Lovas Jeno Dr. Krállics György zakítóvizsgálat A legelterjedtebb roncsolásos vizsgálat Hosszú múltra tekint vissza ( Leonardo da Vinci kötélszakító gépe) 1 éve szabványosítva van Boséges információ tartalommal rendelkezik

2 A mérés elve Az kiinduló keresztmetszetu és L kezdeti hosszúságú próbatestet egytengelyu húzó igénybevétellel adott sebesség mellett addig nyújtunk, ameddig be nem következik a szakadás. A vizsgálat során mérjük a terhelés változását a darab nyúlásának függvényében. zakítógépek típusai Hidraulikus Mechanikus Elektromechanikus zivattyú Terhelés Próbatest Próbatest Eroméro Eroméro Próbatest Villamos hajtás

3 A szakítódiagram felvételéhez szükséges adatok Eromérés: - mechanikus - elektromos (eroméro cella) Nyúlásmérés: - keresztfej elmozdulás - finomnyúlás mérés - érintésmentes nyúlásmérés (lézer, videoextenzométer) zívós Rideg Képlékeny zívós-képlékeny Jellegzetes szakítódiagramok

4 A szakítódiagram jellegzetes tartományai F, N F m F eh F u F el I. II. III. L, mm I. Rugalmas alakváltozás A terhelés megszunése után a darab visszanyeri eredeti alakját II. Egyenletes alakváltozás A képlékeny deformáció a mérohossz minden egyes pontján azonos III. Kontrakció I. A képlékeny deformáció egy szuk tartományra korlátozódik II. III.

5 Alsó folyáshatár: F N R = el el mm R eh = zabványos méroszámok zilárdsági jellemzok: Felso folyáshatár: FeH N mm F eh F el ahol a próbatest eredeti keresztmetszete Ha nincs kifejezett folyási jelenség, akkor megadható a terhelt állapotban mért egyezményes folyáshatár Terhelt állapotban (pl., %-os nem arányos nyúlásnál): F R p. = F p. N mm Nem arányos nyúlás ε l = l 1 =. % l 1 l

6 Névleges folyáshatár (pl.,5 %-os teljes nyúlásnál): F R t.5 = F t.5 N mm Teljes nyúlás ε l = l =.5% l l Terheletlen állapotban (pl., %-os maradó nyúlásnál) mért egyezményes folyáshatár: R r. = F r. N mm Maradó nyúlás F l ε = l 3 =.% l 3 l

7 zakítószilárdság: F, N F m R m = Fm N mm L, mm Alakváltozási jellemzok: zázalékos keresztmetszet-csökkenés: ( kontrakció) Z = Z = u u 1 *1 % Ahol a próbatest eredeti a próbatest törés utáni u keresztmetszete

8 Jelölése: zázalékos szakadási nyúlás A = Lu L L 1 % ha L = 5 d A L L u 11.3= L 1 % ha L = 1 d A L L u 8= L 1 % ha L = 8mm Ahol a törés után, L a törés elott mért mérohossz Lu Mechanikai jellemzok Mérnöki rendszer: Feszültségek: σ m = F N mm l l Alakváltozások: ε = = 1 l

9 Valódi rendszer: F N Feszültségek: σ = mm Alakváltozások: ϕ = ln = ln l l Fajlagos törési munka: ϕ u Wc = σ dϕ = σ ε u m dε Közelíto meghatározása: W c R m +σ u J ϕu cm 3 Feszültség e W e W e-m σ-ϕ m W m-u σ-ϕ u σ m -ε σ ε u alakváltozás

10 zakítás: Elvégzendo feladatok Hengeres próbatest szakítása A szabványos méroszámok meghatározása Valódi feszültség-valódi nyúlás görbe felvétele Keménységmérés A ( statikus) keménység fogalma: A vizsgált anyag ellenállása az adott geometriájú szúrószerszám behatolásával szemben. A keménység kapcsolata más anyagjellemzokkel: Keménységi adatokból szilárdsági és technológiai információk meghatározása. A keménységmérés kivitelezése: Alakváltozás létrehozásával Fizikai hatások alkalmazásával

11 Eljárások tatikus keménységmérési eljárások Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell Dinamikus keménységmérés eszközei Poldi kalapács zkleroszkóp Duroszkóp Brinell keménységmérés keményfém golyó (acél golyó).1f.1f.4f HBW = = = A Dπ h π D D D d F terheloero ( ( )) [ N] A lenyomatfelület D golyóátméro d lenyomat átméro h lenyomatmélység mm [ mm] [ mm] [ mm]

12 A vizsgálat lépései Felület tisztítás, fémes, sima felület eloállítása Alkalmazandó golyóátméro és terhelo ero megválasztása (a vastagság és az anyagminoség figyelembevételével) s 8 h A lenyomat átméro mérése, a méroszám meghatározása A keménység jegyzokönyvezése [ ] [ ] [ ] HBWDmm / / Fkp / t s pl.35 HBW/5/75:golyóátm.5 mm, terhelo ero kn (75 kp),ido 1-15s 6 HBW /1/3/:golyóátm.1 mm, terhelo ero 94. N (3 kp),ido s Az eljárás elonyei, hátrányai, alkalmazási területe Elonyök Átlagos keménység értéket ad (inhomogén anyag vizsgálatánál elonyös) Következtetni lehet az anyag szilárdságára. Hátrányok Viszonylag nagy lenyomat keletkezik, ami roncsolja a felületet Nem mérheto vékony próbatest, réteg és keménységeloszlás. Viszonylag lassú, szubjektív leolvasási hibával terhelt A mérheto darab nagysága korlátozott. Alkalmazási terület Öntöttvasak, színes- és könnyufémek, lágyacélok.

13 Vickers keménységmérés gyémánt.1f F HV = =.189 A d gúla F terheloero [ N ] A d lenyomatfelület mm lenyomat átló [ mm] Vickers eljárások Terheloero tartományok, N Keménységi jel F 49.3 HV F < 49.3 HV. < HV5.987 F < HV.1 < HV.

14 A vizsgálat lépései Felület tisztítás, fémes, simított vagy csiszolt felület eloállítása (mikro-vickershez mikroszkópi csiszolatként kell elokészíteni) Terheloero megválasztása Lenyomat átló mérése (két egymásra meroleges átló átlaga), a méroszám meghatározása A keménység jegyzokönyvezése [ ] t[ ] HV / F kp / sec pl.64 HV 3:terhelo ero 94. N (3 kp), ido1-15s 55 HV 3/:terheloero94. N (3 kp),idos Alkalmazási terület Makro-Vickers eljárás Tetszoleges anyagminoség, laboratóriumi vizsgálat Kisterhelésu és mikro-vickers eljárás Vékony lemezeken, fóliákon, termokémiai eljárással, felületi edzéssel, vagy egyéb módon eloállított felületi rétegeken, illetve szövetelemeken.

15 A Vickers eljárás elonyei, hátrányai Elonyök Pontos eredményt ad, laboratóriumi mérésekhez jól alkalmazható Bármely keménységu anyag vizsgálható Kismértéku felületi roncsolást eredményez, vékony próbatestek, felületi rétegek és keménységeloszlás is vizsgálható. Hátrányok Gondosan elokészített felületet igényel Viszonylag lassú, szubjektív leolvasási hibával terhelt A mérheto darab nagysága korlátozott. Knoop-eljárás.1F F HK = = A l F terheloero A [ ] [ ] [ N] lenyomatfelület mm l lenyomat hosszabbik átlója HKFkp / / ts [ mm] pl.64hk.1 F=.987 N(.1 kp), t= 1 15s 64HK.1/ F=.987 N(.1 kp), t= s gyémánt gula Eljárás végrehajtás, mint a Vickers-nél

16 A Knoop és a Vickers eljárás összehasonlítása 1. A leolvasási hibák kisebbek mint a Vickers eljárásnál (l=3d, azonos terhelésnél). A Knoop eljárás érzékenyebb a felületi réteg keménységének változására 3. Kisebb mértéku benyomódás mint a Vickersnél? nagyon rideg anyagok mérése (üveg, muszaki kerámia) Rockwell keménységmérés elvi vázlata F F +F 1 F a lenyomat mélysége az F eloterhelésnél; - a lenyomat mélysége az F 1 foterhelésnél; 3 - a rugalmas visszarugózás az F 1 foterhelés levétele után; 4 - a maradó lenyomat h mélysége; 5 - a mintadarab felülete; 6 - a mérés referencia síkja.

17 Rockwell eljárások Jel zúrószerszám Eloterhelés Foterhelés Keménység HRA N 49.3 N 1-h/. HRB mm 98.7 N 88.6 N 13-h/. HRC N 1373 N 1-h/. HRH 3.175mm 98.7 N 49.3 N 13-h/. HR15N N N 1-h/.1 HR45T mm 9.4 N N 1-h/.1 - gyémánt kúp - acél vagy keményfém golyó (/W) A vizsgálat lépései Gondos felületi elokészítés nem szükséges Az eljárás kiválasztása az anyag ismeretében A mérés elvégzése (a terhelést akkor szüntetjük meg, ha a méroóra mutatója már nem mozog) A keménységi méroszám leolvasása a megfelelo skálán A keménység megadása egész számmal és az eljárás jelével, pl. 55 HRC, 66 HRB, 85 HREW

18 Rockwell eljárások alkalmazási területei Eljárás HRA HRB HRC HRH HR15N HR45T Lágyacélok, réz és alumínium ötvözetek, temperöntvények Acélok, titán ötvözetek, temperöntvények Alumínium, cink, ólom Alkalmazási terület Vékony acéllemezek, vékony kérgek, cementált rétegek Ugyanaz mint az A, C, D skála, de vékonyabb anyagra Ugyanaz mint a B, F, G skála, de vékonyabb anyagra A Rockwell eljárás elonyei, hátrányai Elonyök Gyors, egyszeru eljárás, a mérés eredménye közvetlenül leolvasható Jól automatizálható, sorozatmérésre alkalmas Nem igényel gondos próbatest elokészítést Valamennyi anyagra található eljárás Hátrányok Kevésbé pontos eljárás, mint a Vickers vagy a Brinell kálája nem lineáris

19 Dinamikus keménységméro eljárások Gyors, lökésszeru erohatással végzett mérés Kivitelezés zúrószerszámmal lenyomatot mérve Rugalmas visszapattanást mérve Mérés Poldi kalapáccsal minta HB HB HB HB d d m x m x m x d x = dm amintakeménysége apróbatest keménysége alenyomatátmérojeamintán alenyomatátmérojeapróbatesten próbatest

20 Eljárások a rugalmas visszahatás alapján Mérés elve A vizsgált tárgy felületére adott energiával ráejtett kalapács (golyó) visszapattanásának magassága arányos a tárgy keménységével Berendezések zkleroszkóp Duroszkóp Roncsolásmentes, egyszeru, gyors módszer 1. Ejtosúly (gyémántvéggel). Üvegcso zkeloroszkóp A mérendo tárgy tömege befolyásolja a mérési eredményt (kis tömeg? rezgések? kisebb visszapattanás) 3. Libella 4. Mérendo tárgy

21 Duroszkóp 1. Mérokalapács. Doboz 3. Mérendo tárgy 4. Mutató Tömeg és felületi minoség befolyása Laboratóriumi gyakorlat Berendezések Rockwell gép Briviszkóp (Brinell) Mérések Gyorsacél (HRC) Lágyacél (HB) Alumínium (HRB)