Mechanikai tulajdonságok és vizsgálatuk 1-2

Átírás

1 ANYAGTUDOMÁNY É TECHNOLÓGIA TANZÉK Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 5/6 Mechanikai tulajonságok és vizsgálatuk 1- Dr. Krállics György 1 Az előaás fő pontjai Bevezetés Rugalmas és képlékeny alakváltozás Egyszerű igénybevételek zakítóvizsgálat és mérőszámai Zömítő-, hajlító- és csavaróvizsgálat Keménységmérési eljárások és alkalmazási területük

2 Az előaás során megismerjük: az alapvető anyagi tulajonságok csoportosítását; a rugalmas és a képlékeny alakváltozás jellemzőit; a valói és a mérnöki renszer feszültség- és alakváltozás-fogalmát; a rugalmas test anyagjellemzőit; a szakítóvizsgálattal meghatározható alakváltozási, feszültségi és szívóssági mérőszámokat; a statikus és inamikus keménységmérő eljárásokat, és az egyes eljárások mérőszámait. 3 zerkezet, folyamat és tulajonságok Az anyag tulajonsága függ a szerkezetétől; Pl: az acél keménységének és szerkezetének kapcsolata HB 6 5 (a) (b) (c) () µm 4 µm 3 µm 3 µm Lehűlési sebesség (ºC/s) olyamat is megváltoztathatja a szerkezetet; Pl.: zerkezetváltozás a lehűlési sebesség hatására 4

3 Anyagtulajonság csoportok Mechanikai (terhelés és alakváltozás hatása) Elektromos (elektromos tér hatása) Hőfizikai (hőmérséklet-mező hatása) Mágneses (mágneses tér hatása) Optikai (elektromágneses tér hatása) Kémiai 5 Rugalmas alakváltozás Kezeti 1. Initial állapot Terhelve. mall loa Tehermentesítve 3. Unloa L Rugalmas reverzibilis Rugalmas alakváltozásnál a térfogat nem állanó. kötések megnyúlása visszatérés az ereeti állapotba Lineárisan rugalmas L Nemlineárisan rugalmas 6

4 Képlékeny alakváltozás Kezeti állapot Terhelve Tehermentesítve kötések megnyúlása, síkok elcsúszása a síkok elcsúszva maranak L rugalmas+képlékeny L képlékeny Képlékeny maraó Képlékeny alakváltozásnál a térfogat állanó. Lineárisan rugalmas L képlékeny L L rugalmas 7 Húzó és nyomó igénybevétel Alakváltozás ε l l l eszültség A A A l/ l/ A l l l l σ A A Rugalmas állapotban σ E ε Húzás l/ Nyomás l/ (Hooke-törvény) 8

5 Nyíró igénybevétel A θ r M γ γ τ A Egyszerű nyírás A Rugalmas állapotban τ Gγ Csavarás M τ I p r 9 zakítóvizsgálat zakítóiagram, N m eh u el I. II. III. L, mm LL-L I. Rugalmas alakváltozás II. Egyenletes képlékeny alakváltozás III. Kontrakció 1

6 zabványos mérőszámok eszültségi mérőszámok Alakváltozási mérőszámok olyáshatár [MPa] e Re R R eh p, R eh m, p, m R el zakítószilárság [MPa] el Kontrakció u Z Lu L A L 1 1 [%] zakaási nyúlás [%] 11 Mechanikai mennyiségek Mérnöki renszer l l ε l ε 1 Alakváltozás Valói renszer ϕ ln l l ϕ ln σ E eszültség σ T W c ε u σ ε E ajlagos törési munka [J/cm 3 ] W c ϕ u σ ϕ T 1

7 eszültségi és alakváltozási állapot a kontrakciónál σ σ zz rr r σ 1 + ln 1+ r σ σ σ ϕz ln z zz ϕr ϕϕ ln ϕ ϕ ϕϕ min min min r R min g σ egyenértékű feszültség, ϕ egyenértékű alakváltozás 13 eszültség alakváltozás görbék σ σ T E ϕ ln ( 1+ ε ) σ σ T E ( 1+ ε ) eszültség σ T -ϕ m u e σ E -ε u Alakváltozás 14

8 Lineáris rugalmas tulajonságok Rugalmassági moulusz: E (Young-moulusz) Hooke- törvény: σ E ε Poisson-tényező, ν: ε r ν ε fémek: ν ~,33 kerámiák : ν ~,5 polimerek : ν ~,4 Egységek: E: [GPa] vagy [MPa] ν: imenzió nélküli σ ε r E 1 ε Lineárisan rugalmas -ν 1 ε r - raiális alakváltozás ε Egytengelyű igénybevétel E kerámia > E fém >> E polimer 15 Csúsztató rugalmassági moulusz, G Hooke- törvény: τ G γ Térfogati rugalmassági moulusz, K p -K V Vo E K 3(1 ν ) G τ 1 G γ E (1+ν) p V -K Vo 1 csavaróvizsgálat Hirosztatikus nyomás alkalmazása kezeti térfogat : V o térfogat változás: V p M M p p p 16

9 Képlékeny / rieg viselkeés rieg Mérnöki feszültség képlékeny Mérnöki alakváltozás ha a maraó alakváltozás közel nulla, akkor rieg, ha a maraó alakváltozás jelentős, akkor képlékeny 17 zívósság Az anyag törésig tartó energiaelnyelő képessége. kerámia: kis szívósság (nagy szilárság, rieg viselkeés) fém: nagy szívósság (közepes szilárság, képlékeny viselkeés) polimer: kis szívósság (kis szilárság, képlékeny viselkeés) Mérnöki feszültség Mérnöki alakváltozás 18

10 19 Különböző anyagok mechanikai tulajonságai o C-on Anyag Acél E [GPa] 19-1 R p. [MPa] -17 R m [MPa] 4-18 A 5 [%] 65- Alumínium-ötv Réz és ötv Titán és ötv Kerámiák Gyémánt Polimerek 1,4-3, Karbonszál Kevlárszál

11 orrás: Ashby 1 Nyomóvizsgálat h Erő növekvő súrlóás h e súrlóás nélkül h elmozulás

12 Ieális súrlóási viszonyok Alakváltozások h h ε, ϕ ln h ε& v zöm h h h nagyviszkozitású kenőanyag Nyomó folyáshatár: eszültségek σ R T e e 4, π σ E 4 π 3 Horósoás jelensége R g min h h σ σ zz σ 1 ln σ ϕϕ σ rr σ + max zz R R max g max g 4 + r max max ϕz ln, ϕr ϕϕ ln, ϕ ϕz max 4

13 Csavaróvizsgálat A l M max M θ B Z,z t ε & ε t 1 r θ 3 l t 1 3 r l θ t t R, r σ ϕ z Csavaró folyáshatár R e σ 3 3M π r e 3 max Csavarónyomaték M e θ e Elcsavaroás szöge 5 Hajlítóvizsgálat x L/ L/ x x 3 max x 1 M x 3 M a b L/ L/ x 1 L 1 M L 1 τ M e τ 3 pontos hajlítás 4 pontos hajlítás M e L L κ Re rmax L1 3L 4L1 E + I E 4 fmax 1I A M 48Ifmax e Re b I f max ( ) 6

14 Lemezanyag alakíthatóságának vizsgálata ØD s l α A hajlítást a lemez repeéséig végezzük, és mérjük a töréshez tartozó α hajlítási szöget. 7 Keménységmérés A (statikus) keménység fogalma: A vizsgált anyag ellenállása az aott geometriájú szúrószerszám behatolásával szemben. A keménység kapcsolata más tulajonságokkal: Keménységi aatokból becsülhetők a szilársági és technológiai tulajonságok. A keménységmérés kivitelezése: Alakváltozás létrehozásával izikai hatások alkalmazásával 8

15 Brinell-keménységmérés HBW A Dπ h πdd D ( ( )) terhelőerő A [ N] lenyomat felület mm D golyóátmérő lenyomat átmérő h lenyomat mélység [ mm] [ mm] [ mm] Átlagos keménység értéket a (inhomogén anyag vizsgálatánál előnyös). Következtetni lehet az anyag szilárságára. Öntöttvasak, színes- és könnyűfémek, lágyacélok mérésére alkalmazható. 9 Vickers-keménységmérés keményfémgolyó gyémántgúla.1 HV.189 A terhelőerő A [ N] lenyomatfelület mm lenyomat átló [ mm] Lokális keménység pontos meghatározása. Tetszőleges anyagminőség laboratóriumi vizsgálata. A kis terhelésű és mikro-vickers eljárás vékony lemezek, rétegek és szövetelemek vizsgálatára használható. 3

16 Knoop-keménységmérés gyémánt gúla,1 1,14487 HK A l terhelőerő l [ mm] [ N ] A lenyomat felület átlója [ mm ] a lenyomat hosszabbik Pontos eljárás. Hasonló a Vickers-eljáráshoz. émek és nagyon rieg anyagok (üveg, műszaki kerámiák) vizsgálatára alkalmas. 31 Rockwell-keménységmérés a lenyomat mélysége az előterhelésnél - a lenyomat mélysége az + 1 terhelésnél 3 - a rugalmas visszarugózás az 1 főterhelés levétele után 4 - a maraó lenyomat h mélysége 5 - a mintaarab felülete 6 - a mérés referenciasíkja 3

17 Rockwell-eljárások Jel zúrószerszám Előterhelés őterhelés Keménység HRA 1 98,7 N 49,3 N 1-h/, HRB 1,5875 mm 98,7 N 88,6 N 13-h/, HRC 1 98,7 N 1373 N 1-h/, HRH 3,175 mm 98,7 N 49,3 N 13-h/, HR15N 1 9,4 N 117,7 N 1-h/,1 HR45T 1,5875 mm 9,4 N 411,9 N 1-h/,1 Gyors, egyszerű, e kevésbé pontos, minen anyagminőségre és geometriai formára. - gyémántk ntkúp - acél- vagy keményf nyfém m golyó 33 Dinamikus keménységmérő eljárások Gyors, lökésszerű erőhatással végzett mérések Kivitelezés szúrószerszámmal lenyomatot mérve rugalmas visszapattanást mérve 34

18 Mérés Poli-kalapáccsal minta etalon m x m x HB m x HBx m HB a minta keménysége HB a próbatest keménysége az etalon keménysége a lenyomat átmérője a mintán az etalonon a lenyomat átmérője a próbatesten próbatest 35 Eljárások a rugalmas visszahatás alapján Mérés elve A vizsgált tárgy felületére aott energiával ráejtett kalapács vagy golyó visszapattanásának magassága arányos a tárgy keménységével. Berenezések zkleroszkóp Duroszkóp 36

19 zkeloroszkóp 1. Ejtősúly (gyémántvéggel). Üvegcső 3. Libella 4. Mérenő tárgy Roncsolásmentes, egyszerű és gyors mószer. A mérenm renő tárgy tömege t befolyásolja a mérési m ereményt : kis tömeg t rezgések kisebb visszapattanás. 37 Duroszkóp 1. Mérőkalapács. Doboz 3. Mérenő tárgy 4. Mutató A tömeg és felület minősége befolyásolja. 38

20 Műszerezett keménységmérési eljárások Erő - benyomóás görbe felvétele Erő µn αh p Etanβ β terhelés h tehermentesítés a(h-h ) m benyomóási mélység nm Vékony rétegek mérésére 39 Keménység konverzió 4 35 HB 3 HRB, HRC, HB5,HB HB 5 HRB HRC HV 1 4

21 ogalmak Rugalmas alakváltozás Képlékeny alakváltozás Mérnöki / valói feszültség Mérnöki / valói alakváltozás olyáshatár, egyezményes folyáshatár zakítószilárság Kontrakció ajlagos törési munka zívósság Rugalmassági moulusz Nyíró rugalmassági moulusz Poisson-tényező Térfogati rugalmassági moulusz Nyomó folyáshatár Csavaró folyáshatár Hajlító folyáshatár tatikus keménység Brinell-keménység Vickers-keménység Knopp-keménység Rockwell-keménység Dinamikus keménység Műszerezett keménységmérés 41