ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam

Átírás

1 ME ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam BSc 7. előad adás 2010/2011. tanév, 2. félévf C) KEMÉNYS NYSÉGMÉRÉSEK D) FÁRASZTF RASZTÓVIZSGÁLATOK Előad adó: : Dr. Lukács János J egyetemi tanár Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszék

2 Az előad adási anyag elérhet rhetősége az Interneten edu.uni-miskolc.hu/

3 Informáci ciók k a fólif liák k olvasásához A tananyag tagolása a (fejezetek, részek r számoz mozása, címek, alcímek) az előad adásokon és s a fólif liákon azonos Az alkalmazott színek segíts tséget kívánnak k nyújtani a tananyag megért rtéséhez azzal, hogy felhívj vják k a figyelmet egy-egy részletkr szletkérdésre (a a zárójelben z sárga s színnel írott rész r példp ldát t jelent) (a a zárójelben z zöld z színnel írott rész r korábban alkalmazott és/vagy rokon értelmű,, illetve idegen nyelvű jelölést, kifejezést jelent) a piros színnel írott és/vagy bekarikázott rész r figyelemfelhívást jelent, amelyhez az előad adáson általában szóbeli magyarázat is kapcsolódik a fehér r hátterh tterű dia tájékoztatt koztató,, magyarázó,, szemléltet ltető jellegű Az előad adási anyag végén v n megtalálhat lhatók azok a források sok,, amelyek az anyag összeállításánál felhasználásra kerültek a felkész szüléshez shez ajánlott tankönyv nyv vonatkozó részeinek oldal- számai, a tananyag tagolásához rendelve

4 1. előad adás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK A tantárgyr rgyról l II. témakörök Az anyagvizsgálat feladatai, az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása sa A szakítóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai A nyomóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai A keménys nységmérések és s alkalmazásaik Ismétl tlődő igénybev nybevételek, fárasztf rasztóvizsgálatok, biztonsági diagramok Az állapottényezők, ridegség és s szívóss sság A kúszk szásvizsgálat Az ütővizsgálat és s alkalmazásai A hajlítóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai Vizuális vizsgálatok Ultrahangvizsgálatok latok Radiográfiai vizsgálatok Mérések és s mérőszm számok: matematikai-statisztika az anyagvizsgálatban

5 C) 5. A keménys nységmérés s alkalmazásai 5. (Gyárt rtás)technológiák 1. előad adás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK anyag technológia konstrukció egysége ge a technológi giák k csoportosítása sa gyárt rtási folyamat szemléletben letben (fémek( és ötvözeteik) alapanyaggyárt rtás s (koh( kohászat) előgy gyártmányok,, félgyf lgyártmányok alakadása (öntés, képlékenyalakítás,, porkohászat szat) gyártm rtmány elemek alakadása, tulajdonságainak beáll llítása (képl( plékenyalakítás,, forgácsol csolás, s, hőkezelés,, felületkezel letkezelés) gyártm rtmányok létrehozl trehozása (hegeszt( hegesztés,, forrasztás, s, ragasztás, s, szerelés)

6 C) Hegesztett kötések k keménys nységvizsgálata indok: : a hegesztett kötés k s különbk nböző részei különböző tulajdonságúak ak eltérő kemény nység értékek példák a mérési m helyekre (E) acélok esetén: tompakötés merőleges kötésk

7 C) 5.2. Sormérések, keménys nység g profilok C) Felületi leti rétegek r vizsgálata indok: : a szerkezeti elem tulajdonságai a felülett lettől l befelé haladva eltérőek ek eltérő keménys nységek keménys nység g függvf ggvény sajátoss tosságok: pontos eljárásra van szüks kség g (HV, HVM, HK) vonal mentén n kell mérnim a lenyomatok felülett lettől l való távolságára ügyelni kell a lenyomatok egymást stól l való távolságára ügyelni kell

8 C) 5. A keménys nységmérés s alkalmazásai 5. (Gyárt rtás)technológiák 1. előad adás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK anyag technológia konstrukció egysége ge a technológi giák k csoportosítása sa gyárt rtási folyamat szemléletben letben (fémek( és ötvözeteik) alapanyaggyárt rtás s (koh( kohászat) előgy gyártmányok,, félgyf lgyártmányok alakadása (öntés, képlékenyalakítás,, porkohászat szat) gyártm rtmány elemek alakadása, tulajdonságainak beáll llítása (képl( plékenyalakítás,, forgácsol csolás, s, hőkezelés,, felületkezel letkezelés) gyártm rtmányok létrehozl trehozása (hegeszt( hegesztés,, forrasztás, s, ragasztás, s, szerelés)

9 C) Hegesztett kötések k keménys nységvizsgálata indok: : a hegesztett kötés k s tulajdonságai különböző irányokban (különb( nböző vonalak mentén) eltérőek ek példák lenyomatsorokra (R) acélok esetén: tompakötés merőleges kötésk

10 C) Hegesztett kötések k keménys nységvizsgálata (folytatás)

11 C) 6. A keménys nységmérő eljárások (skálák) k) alkalmazási területei Eljárás/sk s/skála Brinell Poldi Vickers Miko-Vickers Knoop Rockwell felületi leti- Rockwell szkleroszkóp Leeb Shore Jellemző alkalmazási körülmk lmények; anyagminőségek gek átlagkeménység g igény, felületi leti benyomódás s megengedhető; lágyacélok, öntöttvasak, ttvasak, színes nes-,, könnyk nnyűfémek és ötvözeteik helyszini mérések; ugyanaz mint Brinell pontos mérés m s igénye, kis felületi leti roncsolódás s engedhető meg, vékony egyedek; minden anyagminőség helyi keménys nység érték k igény, pontos mérés m s igénye, vékony v vizsgálati egyedek; minden anyagminőség helyi keménys nység érték k igény, pontos mérés m s igénye, vékony v vizsgálati egyedek; minden anyagminőség gyors és s egyszerű mérés s igénye, nincs komoly pontossági követelmény; minden anyagminőség vékony vizsgálati egyedek, gyors és s egyszerű mérés s igénye, automatizálhat lhatóság; minden anyagminőség helyszini mérések, nagy méretm retű és s nagy tömegt megű vizsgálati egyedek; fémek és ötvözeteik helyszini mérések, nagy méretm retű és s nagy tömegt megű vizsgálati egyedek, gyors és s automatizálhat lható mérések; fémek f és ötvözeteik gyors és s egyszerű mérés s igénye; polimerek, textíli liák

12 Skála HRA HRB HRC HRD HRE HRF HRG HRH HRK HRL HRM HRP HRR HRS HRV HRN HRT HRW HRX HRY C) 6. A Rockwell eljárások (skálák) k) alkalmazási területei Jellemző alkalmazási területek Általános eljárások keményf nyfémek, vékony v acéllemezek, vékony v kéregben k betétben tben edzett acélok lágyacélok, temperöntv ntvények, Al ötvözetek, Cu ötvözetek acélok, kemény öntöttvasak, ttvasak, perlites temperöntv ntvények,, Ti, vastag kéregben k betétedzett tedzett acélok vékony acéllemezek, közepes k keménys nységű betétedzett tedzett acélok, perlites temperöntv ntvényeknyek öntöttvasak, ttvasak, Al és s Mg ötvözetek, csapágyf gyfémek lágyított Cu ötvözetek, vékony v lágy l fémlemezekf foszfor-bronzok, berillium-bronzok, bronzok, temperöntv ntvényeknyek Al, Zn,, Pb csapágyf gyfémek, egyéb b nagyon lágy l vagy vékony v anyagok mindig azt a legkisebb golyóá óátmérőt és legnagyobb terhelő erőt t kell választani, v amelyeknél l az alátámaszt masztás s befolyásol soló hatása nem jelentkezik (a benyomódás s mélysm lysége ne haladja meg a vizsgálati egyed vastagságának tizedét) t) Felületi leti eljárások (szuper Rockwell eljárások) ugyanaz, mint A, C és s D skálák, k, de vékonyabb v vizsgálati egyedek ugyanaz, mint B, F és s G skálák, k, de vékonyabb v vizsgálati egyedek nagyon lágy l anyagok

13 C) 6. A Leeb (Equotip)) keménys nységmérők k jellegzetességei gei Típus (HL _) Maximális egyenért rtékű HRC keménys nység Az egyed minimális tömege, kg Leírás; jellemző alkalmazási terület D 68 5 alap készk szülék; kovácsolt és öntött tt acélok, Al és Cu ötvözetek, öntöttvasakttvasak DC 68 5 speciális készk szülék k szűk k helyekre; mint D D speciális készk szülék k nagyon vékony v egyedekhez; mint D G speciális készk szülék, nagyobb mérettel m és ütési energiával, nagy és s nehéz egyedekhez; kovácsolt és öntött tt acélok, öntöttvasakttvasak C 68 1,5 speciális készk szülék, kis ütési energiával; betétedzett tedzett acélok, bevonatok, vékony v acél l egyedek E 70 5 speciális készk szülék; nagy keménys nységű kovácsolt és öntött tt acélok

14 C) 6. A duroszkópok (durométerek)) jellemzői és alkalmazási területeik Típus (Shore _) A Szerszám Rugóer erő, gramm Jellemző alkalmazási terület csonka kúp k p (30 ) 822 lágy, vulkanizált lt gumik, elaszto- merek,, természetes gumik, bőrb B kúp p (35 ) 822 mérsékelten kemény gumik C csonka kúp k p (30 ) 4540 közepesen kemény gumik és műanyagok D kúp p (35 ) 4540 közepesebb kemény gumik és műanyagok D0 gömb (2,38 mm) 4540 nagy sűrűségűs textíli liák 0 gömb (2,38 mm) 822 lágy nyomtató hengerek, közepes k sűrűségű textíli liák 00 gömb (2,38 mm) 113 szivacsok, kis sűrűségűs textíli liák 000 gömb (12,7 mm) 113 nagyon lágy l szivacsok T gömb (2,38 mm) 822 közepes sűrűségűs textíli liák

15 C) 7. A keménys nység értékek átszámítása: sa: acélok Vickers keménység, HV Brinell keménység, HB Rockwell keménység, HRA Rockwell keménység, HRB Rockwell keménység, HRC Knoop keménység, HK Szkleroszkóp keménység Keménység

16 C) 7. A keménys nység értékek átszámítása: sa: acélok

17 C) 7. A keménys nység értékek átszámítása: sa: polimerek Durometer A skála (Shore A) Shore B Shore C Shore D Shore 0 Shore Durométer skála (Shore _)

18 C) 8. A keménys nység és s a szakítóvizsg vizsgálati mérőszm számok összefüggése az R m = c*hb, illetve R m = c*hv összefüggések állandói Anyagminőség lágyított állapotú ötvözetlen acélok hőkezelt ötvözetlen és ötvözött tt acélok acélok: lemez, szalag, cső ausztenites Cr-Ni acélok minden acél alumínium ötvözetek: rudak, extrudált profilok alumínium ötvözetek: lemez, szalag, cső alumínium nium-réz öntvényeknyek alumínium nium-szilícium öntvényeknyek alumínium nium-szilícium-nikkel öntvényeknyek foszfor-bronz öntvényeknyek sárgaréz öntvényeknyek Keménys nység Az állandó (c) értéke minimum maximum HB 3,55 3,86 HB 3,24 3,55 HV 2,85 3,71 HV 3,09 3,32 HB 3,09 3,55 HB 2,94 4,48 HV 2,85 4,17 HV 3,24 4,01 HB 1,70 2,94 HB 2,32 2,94 HB 2,63 3,71 HB 2,32 3,24 HB 3,24 4,63

19 1. előad adás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK A tantárgyr rgyról l II. témakörök Az anyagvizsgálat feladatai, az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása sa A szakítóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai A nyomóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai A keménys nységmérések és s alkalmazásaik Ismétl tlődő igénybev nybevételek, fárasztf rasztóvizsgálatok, biztonsági diagramok Az állapottényezők, ridegség és s szívóss sság A kúszk szásvizsgálat Az ütővizsgálat és s alkalmazásai A hajlítóvizsg vizsgálat és s alkalmazásai Vizuális vizsgálatok Ultrahangvizsgálatok latok Radiográfiai vizsgálatok Mérések és s mérőszm számok: matematikai-statisztika az anyagvizsgálatban

20 D) I. AZ ISMÉTL TLŐDŐ IGÉNYBEV NYBEVÉTELEK D) I.1. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jelentősége különböző szerkezet-típusok károsodk rosodásasa töréshez vezető káresetek statisztikája

21 D) I.1. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jelentősége mérnöki szerkezetek károsodk rosodása sa túlterhelés 11% korrózió 29% ridegtörés 16% SCC, korróziós fáradás, HE 6% fáradás 25% kopás, erózió 3% korrózió magas hőmérsékleten, kúszás 10% SCC = Stress Corrosion Cracking feszülts ltségkorróziós s repedés HE = Hydrogen Embrittlement hidrogén n okozta elridegedés

22 D) I.1. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jelentősége repülőgép p szerkezetek károsodk rosodása sa SCC, korróziós fáradás, HE 7% ridegtörés 0% túlterhelés 14% korrózió 16% korrózió magas hőmérsékleten, kúszás 2% kopás, erózió 6% fáradás 55% SCC = Stress Corrosion Cracking feszülts ltségkorróziós s repedés HE = Hydrogen Embrittlement hidrogén n okozta elridegedés

23 D) I.1. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jelentősége töréshez vezető káresetek statisztikája A törést t előid idéző okok megoszlása sa a terhelés s sajátoss tosságai szerint statikus törés 13% feszültségkorrózió 5% korróziós lyukadás 3% egyéb fáradás (korróziós, kontakt stb.) 12% kisciklusú fáradás nagyciklusú fáradás, fáradásos repedésterjedés 59% 8%

24 D) I.1. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jelentősége töréshez vezető káresetek statisztikája A töréseket t előid idéző okok megoszlása sa a terhelés s sajátoss tosságai szerint, összevonva a kvázistatikus és s az ismétl tlődő igénybev nybevételeket kvázistatikus igénybevétel 21% ismétlődő igénybevétel 79%

25 D) I.2. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek csoportosítása sa bonyolultság g alapján: egyszerű (M, T, K igénybev nybevételi típust pus) összetett egy igénybev nybevételi típuson t belül l (M:( húzás h és s hajlítás) igénybev nybevételi típusok t között k (M( M + T: kúszk szás) az időbeli változv ltozás s alapján: állandó terhelésamplit samplitúdó változó terhelésamplit samplitúdó blokkszerűen en változv ltozó üzemállapotnak megfelelően en változv ltozó szerkezet, illetve szerkezeti elem függf ggőség véletlenszerűen en változv ltozó (random)

26 D) I.2. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek csoportosítása sa példa az időbeli változv ltozásra és s annak modellezésére

27 D) I.2. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek csoportosítása sa (folytatás) a károsodk rosodás s módja m ciklusszám alapján: kisciklusú fáradás s (LCF( = Low Cycle Fatigue): (5*10 4 ) nagyciklusú fáradás s (HCF( = High Cycle Fatigue): 10 4 (5*10 4 )-10 7 (10 9 ) ultra nagy ciklusú fáradás s (UHCF( = Ultra High Cycle Fatigue): >10 7 (10 9 ) fáradásos repedésterjed sterjedés s (FCG( = Fatigue Crack Growth): ebben az értelemben nem köthetk thető ciklusszámhoz

28 D) I.3. A károsodk rosodási si folyamat szakaszai repedések keletkezése repedések terjedése mikrorepedések terjedése makrorepedések terjedése törés

29 D) I.4. Az ismétl tlődő igénybev nybevételek jellemzői az igénybev nybevétel leírása minimális és s maximális feszülts ltség: σ min, σ max középfeszültség és s feszülts ltség g amplitúdó: σ m (σ k ), terhelés s aszimmetria tényezt nyező (feszültségar a feszülts ltségek közötti k kapcsolatok az igénybev nybevételek változv ltozásának típusait lüktető nyomó lengő lüktető húzó ), σ a garány): R

30 D) I.5. Kifárad radási görbg rbék k (Wöhler( görbe, g S-N S N görbeg rbe) mit szeretnénk nk tudni? adott terhelés s esetén n mennyi az elviselt terhelési ciklusok száma? változik-e, és s ha igen, akkor hogyan, az elviselt ciklusszám m a terhelés s nagysága ga függvf ggvényében? van-e e olyan terhelés, amelynél l az elviselt terhelési ciklusok száma végtelen?; v illetve mennyi is a végtelen? a meghatározhat rozható mennyiségek közül k l melyik lehet méretezési alapadat?

31 D) I.5. Kifárad radási görbg rbék k (Wöhler( görbe, g S-N S N görbeg rbe) a klasszikus Wöhler W görbeg a klasszikus Wöhler W görbe g szakaszának kiegész szítésese a teljes Wöhler W görbe g (1) a teljes Wöhler W görbe g (2) élettartam

32 D) I.5. Kifárad radási görbg rbék: A teljes Wöhler W görbe g (2) Kisciklusú fáradás Nagyciklusú fáradás Feszülts ltség, σ Extra kisciklusú fáradás Élettartam Ultra nagyciklusú fáradás Kifárad radási határ Normál l kisciklusú fáradás Törésig elviselt ciklusszám, N

33 D) II. VIZSGÁLATI EGYEDEK 1. előad adás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK 6.3. Az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása sa a vizsgálati egyed méretei m alapján mikropróbatest vizsgálata normál l próbatestes vizsgálatok nagyméret retű próbatestes vizsgálatok szerkezeti elem vizsgálatok teljes szerkezet vizsgálata

34 D) II. VIZSGÁLATI EGYEDEK próbatestek vizsgálata cél: : az (alap)anyag anyag fáradási tulajdonságainak meg- határoz rozása követelmények: kiindulási alapanyag azonos előélete lete kiindulási műveletek m veletek és s paraméterek egyezősége ge méretek szerkezeti elemek, szerkezetek vizsgálata cél: : a szerkezeti elem,, illetve a szerkezet fáradási tulajdonságainak meghatároz rozása

35 Források jegyzéke I. 10. dia: A megjelenítés sorrendjében POHLE, C. Zerstörende Werkstoffprüfung in der Schweisstechnik. Deutscher Verlag für Schweisstechnik, Düsseldorf, Bild p. 87. POHLE, C. Zerstörende Werkstoffprüfung in der Schweisstechnik. Deutscher Verlag für Schweisstechnik, Düsseldorf, Bild p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Table 2 p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Fig. Table 2 p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Table 3 p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Table 5 p dia: POHLE, C. Zerstörende Werkstoffprüfung in der Schweisstechnik. Deutscher Verlag für Schweisstechnik, Düsseldorf, Bild p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Fig. 8 p dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, Table 15 p dia: Findlay, S. J., and Harrison, N. D., 2002, Why Aircraft Fail, Materials Today, (11), pp dia: Findlay, S. J., and Harrison, N. D., 2002, Why Aircraft Fail, Materials Today, (11), pp

36 Források jegyzéke II. 23. dia: Gál, I.; Kocsisné, B. M.; Lenkeyné, B. Gy.; Lukács, J.; Marosné, B. M.; Nagy, Gy.; Tisza, M.: Anyagvizsgálat. Szerk.: Tisza, M. Miskolci Egyetemi Kiadó, ábra. 24. dia: Gál, I.; Kocsisné, B. M.; Lenkeyné, B. Gy.; Lukács, J.; Marosné, B. M.; Nagy, Gy.; Tisza, M.: Anyagvizsgálat. Szerk.: Tisza, M. Miskolci Egyetemi Kiadó, ábra. 26. dia: A megjelenítés sorrendjében BROEK, D.: The Practical Use of Fracture Mechanics. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London, dia: Newman, J. C. Jr., 1997, The Merging of Fatigue and Fracture Mechanics Concepts: A Historical Perspective, Fatigue and Fracture Mechanics: 28th Volume, ASTM STP 1321, Underwood, J. H., Macdonald, B. D., and Mitchell, M. R., eds., ASTM, pp

37 A felkész szüléshez shez ajánlott tankönyv nyv és s a vonatkozó oldalszámok Gál, I.; Kocsisné,, B. M.; Lenkeyné,, B. Gy.; Lukács, J.; Marosné,, B. M.; Nagy, Gy.; Tisza, M.: Anyagvizsgálat. Szerk.: Tisza, M. Miskolci Egyetemi Kiadó,, C) p C) 6. p C) 7. p C) 8. p D) I.1. p. 37. D) I.2. p D) I.4. p D) I.5. p D) II. p

38 ME ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam BSc 7. előad adás 2010/2011. tanév, 2. félévf C) KEMÉNYS NYSÉGMÉRÉSEK D) FÁRASZTF RASZTÓVIZSGÁLATOK Köszönöm m a figyelmet!