Zdroj : [2] - ateam.zcu.cz

Zkoušky založené na principu 

šíření defektů 

Zkoušky lomové houževnatosti

Houževnatost materiálu udává jeho odolnost proti křehkému lomu. 

Ten je nebezpečným druhem porušení, neboť při malé spotřebě 

energie a nepatrné tvárné deformaci se často šíří velkou rychlostí. 

Vznik křehkého lomu závisí na řadě faktorů. Nejvýznamnějšími jsou 

nízká teplota, rychlost zatěžování, tloušťka konstrukce, přítomnost 

vrubu či výskyt vad, ale i jakost materiálu [1] . 

S rozvojem používání vysoce pevných ocelí se ukázalo, že únosnost 

strojních součástí a konstrukcí neurčuje mez kluzu, ale odolnost proti 

iniciaci lomu z defektu [2] . 

Vzniká nová disciplína 

lomová mechanika. 

Respektuje významný vliv přítomnosti defektů v materiálu, pojednává 

o napjatosti kolem těchto defektů, o jejich chování při zatěžování 

statickém či dynamickém a definuje podmínky pro okamžik iniciace 

nestabilního lomu (z defektu). 

Objevuje se nový materiálový parametr lomová houževnatost.

HISTORIE 

Stále rostoucí požadavky na zlepšené a nové vlastnosti materiálů 

musí být splněné při zaručení bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti 

vyráběných strojů a strojních zařízení. 

Týká se to zejména letecké a automobilové dopravy, tisíců kilometrů 

tlakových potrubí na ropu a plyn, tlakových zařízení tepelné a 

jaderné energetiky, ocelových mostů, lodí, ocelových konstrukcí 

budov, stožárů apod., tj. zařízení, u nichž selhání materiálu může 

mít katastrofální následky spojené s ohrožením mnohých lidských 

životů. 

Neočekávané havárie konstrukcí se začali ve světě vyskytovat 

koncem 19. století. Již v té době se objevují zprávy o katastrofálních 

lomech potrubí, plynojemů, nádrží a jiných zařízení. 

Známý je případ porušení nádrže v lednu 1919 v Bostonu, kde se 

náhle roztrhla nádrž naplněná 10,5.10 6 l melasy – několik lidí a koní 

se utopilo v melase, 40 lidí bylo zraněno a bylo poškozeno několik 

budov v sousedství i železniční trať. Po dlouholetém vyšetřování 

soud vynesl rozhodnutí, že nádrž se roztrhla vlivem přetížení. Zdroj: [3] 

2 / 47

3 / 47 

Před druhou světovou válkou, když se ocelové konstrukce namísto 

nýtování začaly svářet, vzniklo v Evropě několik katastrofálních 

porušení mostů zhotovených z konstrukčních uhlíkových ocelí 

vyrobených ve vzduchových konvertorech. Mosty se porušily 

náhlým lomem při nižším provozním zatížení a po krátkém 

používání. 

Materiálová analýza ukázala, že jde o křehké lomy, které byli 

iniciovány z defektů ve svarech a většina materiálů měla při 

provozní teplotě nízkou vrubovou houževnatost. 

Avšak i při těchto častých výskytech křehkých lomů byly ještě 

dlouho ocelové konstrukce dimenzovány jen podle hodnoty meze 

statické pevnosti v tahu. Důkladnější inženýrský přístup k řešení 

tohoto problému nastal až po velkém počtu havárií svařovaných lodí 

v průběhu 2. světové války. 

Zdroj: [3]

4 / 47 

Od listopadu 1942 do dubna 1946 se na 976-ti svařovaných 

námořních plavidlech USA objevilo 1442 vážných poškození 

trhlinami různých velikostí. Do konce roku 1949 došlo k havárii 11 

lodí typu Liberty a 8 tankových lodí jejich úplných příčným 

rozlomením na dvě části. 

Většina těchto lomů vycházela z konstrukčních vrubů a z defektů ve 

svarech. Konstrukčními úpravami nosných dílů trupu lodi a 

vsazením zastavovačů trhlin v kritických místech se podstatně 

zredukoval výskyt křehkých lomů. Zkoušky materiálu lodí ukázaly, 

že kromě konstrukčních chyb byla jedním z primárních faktorů, které 

přispěly k porušení, i nízká kvalita použité oceli. 

Uvedené havárie a poškození lodí přinutily Americký úřad pro lodní 

dopravu v r. 1947 zavést určité normy pro chemické složení oceli 

používaných na stavbu lodí. I když byly používány zastavovače 

trhlin a došlo ke konstrukčním zlepšením i k úpravě chemického 

složení ocelí na stavbu lodí, křehké lomy se v omezené míře 

vyskytovaly i nadále. 


Zdroj: [3] 5 / 47 

V 50. letech se totálně rozlomily dvě poměrně nové zcela svařované 

nákladní lodě a jeden tanker s podélným rámem, vyrobené z 

vylepšené oceli s využitím nových konstrukčních filozofií a při 

zvýšené kvalitě svarů. I po roce 1960 se nadále vyskytovaly křehké 

lomy v různých částech lodí. 

Porušení konstrukce mostu Kings Bridge v Melbourne v r.1962 

křehkým lomem při teplotě 5 o C. K další velké katastrofě došlo 15. 

prosince 1967 při zřícení mostu Point Pleasant Bridge v Západní 

Virginii – tento most se zřítil bez předcházejících příznaků, přičemž 

zahynulo 50 lidí. 

Se zvyšováním pevnosti kovů se snižuje hmotnost vyráběných 

zařízení, čímž je dosahována úspora surovin a energie; růst 

pevnosti však nezaručuje souběžný růst odolnosti proti křehkému 

porušení, spíše naopak. 

Proto se problém optimálního využití kovových materiálů musí řešit 

komplexně s použitím klasické i lomové mechaniky, fyzikální 

metalurgie, výpočetní techniky, moderních experimentálních metod. 

Cílem studia mechanických vlastností materiálů je jejich stálé 

zlepšování a možnost poskytnout konstruktérovi kvantitativní údaje 

o chování materiálů v různých podmínkách namáhání na takové 

úrovni, aby se v maximální míře zabránilo poruchám zařízení 

způsobených selháním materiálu.

6 / 47 

Měření lomová houževnatosti umožňuje nový pohled na jakost 

materiálu a stanové přípustné velikosti defektu, který je v součásti 

za provozních podmínek [2] . 

• lineární (elastická) lomová mechanika 

• elasticko-plastická lomová mechanika 

Lomová houževnatost je funkcí [2] : 

• Chemického složení 

• Čistoty materiálu 

• Tepelného a mechanického zpracování 

• Teploty 

• Rychlosti deformace 

Zdroj : [2]

Lineární lomová mechanika [2] 

Uvažuje tuhé těleso (součást) jako kontinuum řídící se zákony 

lineární pružnosti (pružné chování), tedy přepokládá platnost 

lineárního vztahu mezi napětím a deformací. 

Součinitel intenzity napětí K 

Irwin prokázal, že lokální napětí blízko defektu v libovolném bodě 

(r, Ψ) závisí na součinu σ a druhé odmocniny délky trhliny a. 

– pro trhlinu v nekonečně široké desce 

K =σ⋅π⋅a [N⋅mm − 3 2] 

– pro tuhé těleso konečných rozměrů, trhliny různých tvarů a různé 

způsoby zatížení 

K =σ⋅π⋅a⋅f a ;w 

kde w je rozměr tělesa ve směru šíření trhlin; a délka trhliny 

Zdroj : [2] 

7 / 47

8 / 47 

Hnací síla trhliny G [2] 

Při zatěžování ideálně 

pružného tělesa s defektem 

(trhlinou) je závislost mezi 

silou F a prodloužením 

ΔL el. 

přímková (Hookeův zákon 

– přímka p – viz obr.2. 

Obr.1 Složky napětí v okolí čela trhliny. 

Sklon přímky p vyjadřuje 

tuhost tělesa s trhlinou 

c= ΔL el . 

F [ m⋅N −1 ] 



9 / 47

Nastane-li při dané síle F o 

zvětšení délky trhliny o da, potom pro 

těleso s délkou trhliny a+da je závislost mezi F a ΔL dána p’. [2] 

Vlivem změny délky trhliny o da při F o 

=konst. nastane uvolnění 

elastické (pružné) energie dE, vyjádřené plochou ΔOAB 

dE= 1 2 ⋅F o ⋅AB 

Protože platí: 

ΔL o 

=F o 

⋅c 

ΔL ' ⋅ o dc 

=F o 

⋅c' =F o 

c 

da ⋅da 

po dosazení: 

Rychlost uvolňování energie: 

dE= 1 2 ⋅F o 2 ⋅ dc 

da ⋅da 

dE 

da =G= 1 F 

2 ⋅ o 

2 

B ⋅dc da 


10 / 47

představuje sílu na jednotku délky čela trhliny, která se snaží 

způsobit šíření trhliny 

hnací síla trhliny [N/m]. 

G= dE 

da 

Je funkcí vnější síly F (i napětí σ) a změny poddajnosti dc/da. 

Irwin dále odvodil vztah mezi hnacísilou trhliny G a intenzitou napětí K: 

G= 1−υ 2 

E ⋅K 2 … rovinná deformace 

G= K 2 

E 

… rovinná napjatost 

Pozn. 

2. Stav rovinné deformace [2] 

Platí ε x 

> 0; ε y 

> 0; ε z 

= 0 


11 / 47

12 / 47 

Protože 

ε z = 1 E [ σ z −υ⋅ σ x σ y ]=0 ⇒ σ z =υ⋅ σ x σ y ≠0, 

a tedy v kořeni trhliny vzniká složitá trojosá napjatost. Prakticky 

nastane tento stav napjatosti (rovinná deformace) pod povrchem 

tlusté desky. Na povrchu přejde ve 

2. Stav rovinné (dvouosé) napjatosti [2] 

platí: 

potom: 

σ x 

≠0 ; σ y 

≠0;σ z 

=0 

ε z =− υ E ⋅ σ x σ y ≠0, 

Tento stav nastává v případě velmi tenké desky. 


13 / 47 

Kritériem nestabilního šíření defektu je okamžik, kdy působící síla F 

jako funkce ΔL dosáhne maxima nebo inflexního bodu, tedy kdy 

dF/d(ΔL) = 0. V tomto okamžiku je schopnost kontroly vnějšího 

zatížení ztracena a lom se šíří nestabilně [2] . 

Hodnotu hnací síly v tomto okamžiku označujeme Gc (či Kc) 

a považujeme za lomovou houževnatost materiálu [2] . 

Hnací síla trhliny v průběhu zatěžování roste. Proti této síle působí 

odpor materiálu proti šíření trhliny R u čela trhliny tak, 

že až do okamžiku nestability existuje rovnováha mezi G a R [2] . 

Pozn. Odpor proti šíření trhliny je analogický jako rostoucí odpor 

při plastické deformaci, jehož projevem je zpevňování [2] . 

Za bodem nestability roste G rychleji než R viz. obr na nasledující 

str. [2] . 



Obr. 3. Průběh hnací síly G a odporu proti šíření trhliny R v závislosti 

na délce trhliny a a napětí σ = σ FR 

[2]. 

R – křivka představuje odpor materiálu proti šíření trhliny. V bodě A 

nastává nestabilní rozběh defektu a vnější napětí σ se stává lomovým 

napětím σ FR 

. 

14 / 47

15 / 47 

Vliv tloušťky na G c 

(K c 

) a R [2] 

Pro daný materiál, teplotu a rychlost zatěžování bude záviset jak 

vzhled lomu, tak i hodnota G c 

(K c 

) na tloušťce, která vyvolává změny 

napjatosti na čele trhliny. 

Při menších tloušťkách se nedosáhne stavu rovinné deformace, ale 

jen stavu rovinné napjatosti. V této oblasti se lomová houževnatost 

označuje K c 

(G c 

), přičemž je závislá na tloušťce. 

Stav rovinné deformace se dosáhne, že tloušťka B a délka trhliny a 

se rovnají a nebo jsou větší než 

B ,a≥2,5⋅ K IC 

R e 

2 


16 / 47 

SRN - stav rovinné napjatosti 

SRD - stav rovinné deformace 


17 / 47 

Z obrázku dále vyplývá, že hodnota K c 

v oblasti stavu rovinné 

napjatosti se zvyšující se tloušťkou klesá a ustálí se na hodnotě 

K C 

=K IC 

, při tloušťce B KRIT 

. Dále je na tloušťce už nezávislá. 

Tuto na rozměru již nezávislou kritickou hodnotu, která odpovídá 

okamžiku iniciace nestabilního lomu značíme K IC 

a nazýváme 

lomovou houževnatostí. 

Je mírou odolnosti proti křehkému porušení tělesa s definovanou 

trhlinou. Je významnou materiálovou charakteristikou, zachycující 

vliv celé předchozí výrobní „historie“. 

Metodika zkoušení a vyhodnocení 

Je dána ČSN 42 0347. Užívá se zkušebních těles, opatřených 

vrubem, prodlouženým únavovou trhlinou. Tělesa se namáhají 

kvazistaticky tříbodovým ohybem (těleso A) nebo excentrickým 

tahem (těleso B) a registruje se závislost “zátěžná síla – rozevření“. 

Ze síly F Q 

, odpovídající okamžiku „rozběhu“ trhliny se vypočte 

předepsaným způsobem příslušná hodnota součinitele intenzity 

napětí K Q 

jako funkce rozměrů tělesa a délky trhliny. 


18 / 47 

Je-li splněna podmínka 

B , a≥m⋅ K IC 

R e 

2 

Je K Q 

hledanou lomovou houževnatostí K IC 

. 

F ⋅Y 

Q 

K Q = 

a⋅ B 

Y =6⋅ c b 

⋅[ 

1 

2 

1,93−3, 07⋅ c b 14 ,53⋅ c b 

2 

−25 ,11⋅ c 25 

b3 

,8⋅ c b4] 

a ,c≥2,5⋅ K Q 

R e 

2⇒ K IQ 

= K IC Zdroj : [2]

19 / 47 

Tvary a způsob zatížení těles při zkoušce K IC 

(a), určení síly F Q 

(b). 


RÁZOVÉ ZKOUŠKY 

V provozu působí často na strojní součásti síla, která se cyklicky 

mění, popř. Její působení je dynamického charakteru. Rázové 

působení síly je velmi nebezpečné, neboť to může iniciovat náhlou 

destrukci materiálu, ke které by při statickém zatížení nikdy 

nedošlo. 

Náhlý lom vzniklý rázovým působením síly má obvykle ve svém 

okolí jen nepatrné deformace (křehký lom). Zatímco u stejného 

materiálu, který je zatěžován statickou silou, dojde před porušením 

k rozvoji tvárné deformace (tvárný lom). 

Ke zjištění jak se chová materiál při náhlém vzrůstu namáhání 

slouží zkoušky rázem. 

Rázové zkoušky za normálních teplot 

Podle způsobu jakým působí síla při rázu lze tyto zkoušky rozdělit na: 

10.rázové zkoušky v tahu a tlaku 

11.rázové zkoušky v ohybu – tato zkouška má největší význam 

12.rázové zkoušky v krutu 

20 / 47 


21 / 47 

RÁZOVÉ ZKOUŠKY - CHARPY, IZOD [1] 

Rázová zkouška v ohybu má z rázových zkoušek největší význam. 

Používá se zejména u ocelí. Vzhledem k vysoké houževnatosti ocelí 

by někdy nedošlo k porušení (přeražení) zkušebního tělesa, ale jen 

k plastické deformaci. Proto se opatřují zkušební tyče vrubem. 

V jeho dně dochází při úderu ke koncentraci napětí a vzniká oblast 

složité napjatosti, což zvýší pravděpodobnost křehkého porušení 

tělesa. Jde tedy většinou o vrubovou zkoušku rázovou. 

Protože však i při geometrické podobnosti vzniká u tyčí různých 

rozměrů ve dně vrubu při rázu rozdílná napjatost, nelze výsledky 

získané na tyčích různých rozměrů srovnávat. Proto jsou tvar 

i rozměry zkušebních těles stanoveny normou. 

Podle způsobu uložení tyče, na niž dopadá ráz, rozdělujeme rázové 

zkoušky na zkoušky podle Charpyho (tyč je uložena na dvou 

podporách) a zkoušky podle Izoda (tyč uchycena letmo).

RÁZOVÉ ZKOUŠKY - CHARPY, IZOD [2] 

ZKOUŠKA VRUBOVÉ HOUŽEVNATOSTI 

K [J] - nárazová práce potřebná k přeražení vzorku měla by se 

vztahovat k deformovanému objemu – problém, vztahuje se k 

velikosti původního průřezu v místě vrubu => nemá fyzikální 

charakter 

KC = K / S o 

[J/cm 2 ] — vrubová houževnatost 

Faktory ovlivňující KC: 

– rychlost zatěžování: 4-7 m/s 

– způsob namáhání: trojbodý 

symetrický ohyb 

– stav napjatosti 

– tvar a rozměry tyče — dle ČSN 

– tvar a rozměry vrubu — dle ČSN 

– U-vrub, V-vrub 

– jakost povrchu 

– velikost zrna 

– orientace vrubu ke směru 

– tváření 

vzorek 

úhel 

vrubu 

30° 

60° 

90° 

120° 

150° 

180° 

KC 

[J/cm 2 ] 

61 

67 

64 

71 

115 

183 

174 

22 / 47

23 / 47 

CHARPYHO KLADIVO [4] 

energie rázu: 250-300 J

Jeho historie sahá do roku 1901, kdy v Budapešti na sjezdu 

Mezinárodního svazu pro technické zkoušení materiálu přednášel 

Francouz G. Charpy o svých zkušenostech stanovení houževnatosti 

přerážením prismatických tyčí opatřených vrubem. 

V roce 1909 bylo na kongresu v Kodani doporučeno normování 

Charpyho zkoušky, která se brzy na to ujala po celém evropském 

kontinentě. 

V Anglii navrhl Izod odlišný způsob provedení zkoušky. Izod vetknul 

tyč až ke vrubu obr. Rozdíl obou způsobů spočívá v tom, že 

u Charpyho zkoušky narazí kladivo na zkoušenou tyč v rovině lomu, 

zatímco u Izodovy zkoušky je ráz veden na místo od lomu vzdálené. 

Zkoušky Izodova byla zavedena v Anglii 

a částečně i v Americe. 

Zdroj: [3] 

Princip rázové zkoušky dle Izoda 

24 / 47

VELIČINY PRO URČENÍ ENERGIE 

CHARPYHO KLADIVO 

G - kývající hmota (kladivo a část závěsu) 

r - poloměr dráhy břitu kladiva 

H - původní výška kladiva 

h - výška vykývnutí kladiva 

W K 

- kinetická energie kladiva, která se spotřebuje na: 

W P 

- energie na deformaci a lom tělesa 

W p’ 

- energie na vychýlení kladiva do výšky h 

W p 

, = G . h 

K = W K 

- W p 

, 

= C ( H - h ) 

= G(h 1 

+ h 2 

) 

= G ( r . cos (180 - α) + r . cos β) 

= G r ( cos β - cos α ) 

Zdroj : [2] 25 / 47


PROVEDENÍ 

2. při pokojové teplotě – orientačně informativní význam 

3. při více teplotách – hodnocení přechodu z houževnatého lomu 

na křehký 

ZMĚNA MECH. VLASTNOSTI UHLÍKOVÉ OCELI S TEPLOTOU 

– při krátkodobých zkouškách 

Re 

Rm 

 

 

– má lokální maximum 

 

A, Z – mají lokální minimum 


LUDWIK - JOFFEHO TEORIE 

Joffe sestrojil diagram viz obr., který 

vysvětluje tzv. křehkost za studena. 

Tento diagram je sestrojen pro 

monokrystal kuchyňské soli. Jsou zde 

zakresleny dvě křivky v závislosti na 

teplotě. Křivka R K 

zachycuje tzv. mez 

pevnosti v kluzu a křivka R T 

mez 

pevnosti v kohezi. 

Z diagramu vyplývá, že hodnota R T 

zůstává při změně teploty stálá, kdežto 

hodnota R K 

s klesající teplotou rychle 

vzrůstá a protíná přímku R T 

v bodě a. 

Tento bod odpovídá tzv. kritické teplotě 

křehkosti. Při teplotách pod tímto 

kritickým bodem má na charakter 

porušení největší vliv křehký stav před 

lomem. Za teplot vyšších než je kritická 

teplota křehkosti nastává porušení 

v oblasti tvárné deformace. 


Diagram křehkosti za studena pro sůl kamennou 

R K 

mez pevnosti v kluzu, R T 

mez pevnosti v kohezi 

27 / 47

Lomy houževnatého a křehkého 

charakteru se mohou objevit u téže oceli, 

a ukazují na to, že otázka přechodu 

křehkého stavu do houževnatého, 

vysvětlená Joffem na monokrystalu NaCl, 

najde i zde svoji obdobu. 

Převedeme-li diagram z monokrystalu na 

polykrystalické materiály, pak má kritická 

teplota křehkosti určité rozmezí R Kmax 

R Kmin 

a R Tmax 

R Tmin 

obr. 

V tomto rozmezí se vyskytují oba druhy 

porušení, jak křehké tak tvárné. Jestliže 

se u některých materiálů, jako jsou např. 

slitiny hliníku a mědi se křivky R K 

a R T 

neprotínají, pak jsou tyto materiály 

necitlivé na pokles teploty při rázu, neboť 

jejím snižováním se nemění dynamická 

houževnatost. 


Diagram křehkosti pro polykrystalické struktury, 

b – změna dynamické houževnatosti v kritickém rozmezí křehkosti 

28 / 47

29 / 47 

Hlavním činitelem, který vedle deformační rychlosti a velikosti 

vrubu má zásadní vliv na vrubovou energii je teplota při které dojde 

k přeražení vzorku. Hlavní význam zkoušky rázem v ohybu spočívá 

v určení přechodové teploty T P 

, tj,. teplota pod níž se materiál chová 

křehce. Nad touto teplotou má lom tvárný charakter. 

Způsoby zjišťování přechodové teploty 

Pro stanovení přechodové teploty neplatí žádná závazná norma. 

Protože není přechodová teplota jednoznačně definována, existuje 

více kritérií jejího určování. Stanovení přechodové teploty lze zjistit 

některým z následujících způsobů: 

6. Nejnižší teplota, při níž je lom zkušební tyče v celém průřezu 

houževnatý. 

7. Teplota při níž houževnatý lom tvoří 50% celkového lomové plochy. 

8. Teplota odpovídající střední hodnotě vrubové houževnatosti (dle 

Daviděnka) 

9. Teplota odpovídající inflexnímu bodu křivky teplotní závislosti 

vrubové houževnatosti. 

10.Teplota odpovídající dohodnuté vrubové houževnatosti Zdroj: [5]

30 / 47 

Teplotní závislost vrubové houževnatosti 

a) schéma průběhu; b) způsoby stanovení přechodové teploty 


31 / 47 

Přehled nejdůležitějších vlivů na polohu 

přechodové teploty 


Neporušené a porušené zkušební tyče 

Neporušená zkušební tyč před experimentem – č. 1 a zkušební tyč po 

provedení experimentu (pouhé ohnutí tyče – č. 2, příp. její nalomení – č. 3 

v případě, že energie rázu nebyla dostatečná na přeražení tyče, a tyč 

porušená křehkým lomem – č. 4). 


32 / 47

33 / 47 

Tvárné porušení zkušební tyčky 

12 060 přeražené při teplotě 

100°C. 

Křehké porušení zkušební tyčky 

12 060 přeražené při teplotě 

20°C. 

Smíšené porušení zkušební 

tyčky 12 060 přeražené při teplotě 65°C. 


Transkrystalické dutinové tvárné porušení oceli 12 060 

přeražené při teplotě 100°C. 


Transkrystalické křehké porušení oceli 12 060 

přeražené při teplotě 20°C. 

34 / 47


VÝHODY: 

– jednoduchost 

– ekonomická a časová nenáročnost 

– porovnání různých stavů jednoho materiálu 

– porovnání různých materiálů navzájem 

– měření - při pokojové teplotě - orientačně informativní význam 

– při více teplotách => přechodová křivka => přechodová teplota 

NEVÝHODY: 

– t T 

- udává jen min. teplotu, při které může být materiál provozován 

• neudává krit. napětí, které při dané teplotě způsobí 

porušení 

• vztahuje se pouze na zkušební těleso určitých rozměrů 

– malá plocha pro vyhodnocení a posouzení charakteru lomu 


35 / 47

ZKOUŠKY ZALOŽENÉ NA PŘECHODOVÉ TEPLOTĚ 

VÝHODY: 

– stanovení teploty, nad kterou nemůže nastat nestabilní růst trhliny s 

přípustnou velikostí 

– korelace parametrů zkoušek a skutečných podmínek; 

DWTT 

• pro ocelové plechy t T 

• pro tlustostěnné části t ZT 

- podmínka pro konstrukční materiály: 

tz Tσopr. 

= t pr 

- t B 

tz Tσopr. 

– teplota zastavení trhliny při provozním napětí σ pr. 

a při dovolené velikosti defektu c dov. 

t pr 

– provozní teplota 

t B 

- přídavek teploty na bezpečnost 


NEVÝHODY: 

- hodnotí odolnost materiálu proti křehkému porušení z hlediska šíření 

defektu, ale nevyjadřuje odolnost materiálu proti iniciaci křeh. trhliny 

- odolnost proti křehkému porušení není vyjádřena kvantitativně 

příslušným napětím, které by umožnilo dimenzování konstrukcí 

- nelze aplikovat na materiály, které nemají přechod z houževnatého 

stavu do křehkého (austenitické oceli, vysokopevné hliníkové slitiny) 

36 / 47

37 / 47 

Zkoušky rázem v ohybu provádíme za různých teplot – dostaneme 

tak velké množství údajů o hodnotách nárazové práce při různých 

teplotách. 

Po grafickém zpracování těchto experimentálních výsledků získáme 

tzv. přechodové křivky (ilustrační příklad přechodové křivky je 

uveden na obr). Čím více údajů máme k dispozici, tím jsou tyto 

křivky přesnější. 

Pro některé materiály má uvedená závislost dramatický průběh 

(křivka a), pro některé vcelku nezajímavý (křivka b). 

Naneštěstí výraznou závislost nárazové práce na teplotě vykazují 

právě běžně používané konstrukční materiály – uhlíkové oceli 

s prostorově centrovanou kubickou mřížkou (bcc). Naopak materiály 

s kubickou plošně centrovanou mřížkou (fcc) některé kovy 

s hexagonální mřížkou vykazují jen velmi pozvolný a hlavně 

relativně plynulý nárůst nárazové práce s rostoucí teplotou. 


38 / 47 

Na křivce bcc materiálu je možno vysledovat přechodovou 

(tranzitní) oblast, v níž dochází v relativně úzkém intervalu teplot k 

velkému poklesu nárazové práce – dá se říct, že materiál při 

poklesu teploty přes uvedený interval zkřehne. 

Šířka teplotního intervalu a jeho poloha na teplotní ose stejně jako 

velikost poklesu nárazové práce závisí na materiálu. 

Poloha tranzitní oblasti na teplotní ose je specifikována pomocí tzv. 

přechodové neboli tranzitní teploty T T 

. Je to teplota charakteristická 

pro daný materiál. 

PRACOVNÍ TEPLOTA SOUČÁSTI – V OBLASTI TVÁRNÉHO 

(HOUŽEVNATEHO) LOMU!!! 


39 / 47 

ZKOUŠKA TEPLOTY NULOVÉ HOUŽEVNATOSTI 

NDT - nil ductility temperature 

- vyjadřuje odolnost materiálu proti nestabilnímu šíření trhliny 

ZKUŠEBNÍ TĚLESO - ploché ocelové těleso 1 

- navařený křehký návar - tvrdá elektroda 2 

- s vyfrézovaným vrubem - tj. iniciátor lomu 

NAMÁHÁNÍ TĚLESA. 

- trojbodový ohyb dynamickou silou s omezeným průhybem pomocí 

narážky 3, tak, že při max. průhybu y k 

se na tahové straně napětí 

rovná mezi kluzu R e 

. 


PROVEDENÍ ZKOUŠKY 

rázové namáhání při snižujících se 

teplotách 

NDT 

– nejvyšší teplota, při které přechází 

lom z návaru do základního 

materiálu 

– koreluje s přechodovou teplotou: 

nachází se v oblasti dolního ohybu 

přechodové křivky 

– materiálová charakteristika při daném 

stavu napjatosti pro b > b 0 

VÝHODY: 

- přiblížení skutečným poměrům: napětí, složitá napjatost, 

vrubové účinky defektů 

- určení teploty, při které nastává křehké porušení (σ < Re) 

- pomocné hledisko: hodnota spotřebované energie odpovídá 

přibližně energii pro šíření trhliny (díky snadné iniciaci) 


40 / 47

ZKOUŠKA VELKÝCH TĚLES NA RÁZOVÝ OHYB 

DROP WEIGHT TEAR TEST - DWTT 

t T 

DWTT 

– přechodová teplota ocelových 

plechů na tlakové potrubí 

ZKUŠENÍ TĚLESO 

– velké zkušební tyče se skutečnou 

tloušťkou plechu 

– ostrý lisovaný V vrub 

NAMÁHÁNÍ TĚLESA 

– trojbodý ohyb rázem 


- padostroj nebo velkokapacitní kyvadlové kladivo – energie rázu 

musí stačit k přeražení jedním úderem 

- různé zkušební teploty 

- i pro vzorky se svarem (v ose vrubu) 


41 / 47

PHL – podíl houževnatého lomu 

PKL = 100 – PHL …. podíl křehkého lomu 

t T DWTT - přechodová teplota odpovídající PHL = 75% 


- koreluje s přechod. teplotami naměřenými na skutečných 

potrubích 

- pokud se vyhodnotí pro PHL = 85% odpovídá zkoušce vrubové 

houževnatosti (Charpy) na tělesech s V vrubem 

42 / 47

Zkouška teploty zastavení trhliny podle Robertsona 

TZT - teplota zastavení trhliny 

CAT - crack arrest temperature 

ZKUŠEBNÍ TĚLESO 

- ploché těleso se skutečnou tloušťkou s 

vrubem 

- přivaří se k upínacím hlavám 

NAMÁHÁNÍ TĚLESA 

- tahové napětí - dle provozu (např. tlakové 

nádoby) 


- teplotní gradient 

- ochlazování - strana s vrubem 

- ohřev - druhá strana 

- úder na straně s vrubem => iniciace trhliny, 

šíření trhliny kolmo na směr tahového 

napětí 

- oblast s nízkou teplotou (podtranzitní): šíření 

velkou rychlostí- 1000 m/s 

- oblast s vyšší teplotou: zpomalení šíření, 

zastavení trhliny při t = t ZT 


43 / 47

44 / 47 

t ZT 

- charakterizuje schopnost materiálu 

zastavit šíření trhliny při daném 

nominál. napětí σ 

~ na působícím napětí σ 

~ na velikosti trhliny c 

~ na tloušťce materiálu B 

σ 0 

- mezní napětí: σ < σ 0 

=> nešíří se 

křehká trhlina 

FTE - fracture transition elastic 

přechodová teplota lomu v elastické 

oblasti deformace t >FTE => nešíří 

se křehká trhlina 

LTTR - limiting transition temperature 

range 

- hranice rozsahu teplot zastavení 

trhliny 

Robertsonova přechodová 

křivka teploty zastavení 

trhliny Zdroj : [2]

DIAGRAM ANALÝZY PORUŠENÍ 

FAD - fracture analysis diagram 

- závislost charakteru porušení na napětí σ, teplotě t a velikosti defektu c 

- analyzuje podmínky vzniku lomu 

- platí pro jeden materiál 

SESTROJENÍ - 2 Robertsonovy křivky pro tloušťky b 1 



> 75 mm 

- 2 části: 


45 / 47

46 / 47 

1. tNDT: 

uplatňuje se princip přechodu: stabilita trhliny ~ na t 

čára B 1 

– FTP b1 

- odpovídá napětí na mezi kluzu při c 1 

= c krit 

FTP b1 

- fracture transition plastíc - přechodová teplota 

plastického lomu, tj. maximální teplota, pod kterou 

mohou vznikat lomy v elasto-plastické oblasti při σ < Rm 

body B 2 

, B 3 

, B 4 

- počátky ínterpolačních čar pro b 1 

pro b 2 

odpovídajících kritickým délkám trhliny c2, c3, c4 

body B 2 

, B 3 

, B 4 

- určují σ a t, při kterých začíná nestabilní růst trhliny 

příslušející kritickým délkám trhliny c 2 

, c 3 

, c 4. 

σ < R o 

- nenastává křehké porušení ani při max. velikosti defektů 

T > TZT b1 

- nenastává křehké porušení pro tloušťku b 1 

T > TZT - nenastává křehké porušení pro tloušťku b 


LITERATURA 

[1] Macek K., Zuna P.: Strojírenské materiály. ČVUT 2003. 

[2] Podklady pro cv ze Strojírenských materiálů v letech 2000-2005. 

KMM. ZČU v Plzni. 

[3] 

http://www.fme.vutbr.cz/opory/pdf/umvi/zk.raz.ohybu.pdf#search=%22zko 

[4] http://mujweb.atlas.cz/www/pk80/pub/st/data/st1/zk3_2.htm 

[5] Doc. Dr. Ing. A. Kříž: Podklady pro cv z NM.

Zdroj : [2] - ateam.zcu.cz

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?