2_pojmovi i ispitivanje svojstava

METALNE KONSTRUKCIJE IKARAKTERISTIČNE VELIČINE,INE,ISPITIVANJE I DEFINIRANJEOSNOVNIH SVOJSTAVA ČELIKAmr.scsc. Jurko Zovkić

3/30ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• vlačno ispitivanje• važnoststanja naprezanja materijala• statičko ispitivanje u uvjetima jednoosnog naprezanja• standardizirani uzorci (epruvete) i procedura ispitivanjar > 4A 0d 0d 1hL 0L phr > 4bA 0aL 0a2d 1• L 0 – mjerna dužina epruvete• Ao – površina suženog dijela presjekaLL00= 5.65 ⋅= 11.3⋅AAooL pzazaLL00≥ 25mm< 25mmIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

5/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKAKARAKTERISTIČNE VELIČINEINE• elastičnost• modul elastičnosti• poissonov broj• granicaelastičnosti• plastičnost• granicapopuštanja• gornja• donja• izduženje• čvrstoća• suženje pri lomuIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

6/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• granica elastičnosti(f E )• naprezanje pri kojem prvi puta nastaje zaostalo izduženje• tehnička granica elastičnosti(f 0.01 )• naprezanje pri kojem zaostale deformacije iznose 0.01%• plastičnost• područje trajne deformacije, nema povratne veze s-es• granica popuštanja(f y )• vidljivo plastičnoizduženjebez povećanja sile - granica plastičnosti• razlikuje se:• gornja granica (početakplastifikacije, , nominalna za propise)• donja granica (najniže e naprezanje u procesu plastifikacije)područje tečenjaenja(0.5-4%)Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

7/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• tehnička granica popuštanja(f y,0.2,0.2)• dogovorno utvrđena za čelike bez izražene granicepopuštanja (0.2%)područje očvrovršćivanja• područje očvrovršćivanja• nakon tečenja enja potrebno povećati silu za daljnje izduženjeIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

8/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• vlačnačvrstoća (f u )• do loma najveće nazivno naprezanje• izduženje(d g )• ukupno izduženjedo početka suženja presjeka• odnos f y /f u• zbog ocjenjivanja sposobnosti plastičnosti materijala (cca(cca.70%, za poboljšanečelike i do 90%• suženje poprečnog presjeka• pri najvećem em nazivnom naprezanju dolazi do suženjapoprečnog presjeka, te se štap produžuje uje do vrijednosti d e• izduženjepri lomu (d)• iznosi:• suženje pri lomu (y)δ = δ g+ δ eAo=L − LL0fu0⋅=P100• A u – najmanja površina poprečnog presjeka na slomljenojepruvetiAo− Auψ =maxAo[%]Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

9/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKAOBLICI LOMOVA EPRUVETE• lom klizanjem – posmični lom uslijed djelovanja posmičnihnaprezanja –a)• lom odvajanjem – krti materijal (normalna naprezanja doseglaprekidnu (kohezijsku) čvrstoću – b)• mješoviti lom - žilavi materijal (prije loma sužavanje uslijedposmičnih naprezanja, u sredini odvajanje uslijed normalnihnaprezanja) – c)žilavi materijalIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

10/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• uočiti:• nazivno naprezanje:σn• stvarno naprezanje: : Pσ; A - trenutnast=površina presjekaA=PAo• nazivno izduženjeenje:• stvarno izduženjeenje:(cijele epruvete)εεnst==L − LL∫L0L0dLL0=⎛ln⎜⎝L0L⎞⎟⎠• veza: tijekom plastične deformacije volumen ostajenepromijenjenA o⋅ L0= A⋅Lodnos između stvarnog i nazivnog naprezanja:P P AoP Lσst= = ⋅ ⇒ σst= ⋅ = σA A A A LooLn0L 0Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

11/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKAISPITIVANJE NA TLAK• uzorci cilindričnog nog oblika male duljine• veza stvarnih i nazivnih naprezanja slična kao kod vlačneprobe• nema neravnomjerne plastične deformacije• postoji efekat trenja na krajevima uzorkakarakteristika materijalaIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

12/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• ispitivanje na savijanje, posmik i torziju• rijetko se izvode i nemaju veće e praktično značenje• ispitivanje tvrdoće čelika• mjera otpora deformaciji pri utiskivanju tvrđeg predmeta upovršinu• vrijednost tvrdoće e kao odnos sile utiskivača i površine utiska• moguća korelacija tvrdoće e i čvrstoće materijala (empirijski !)• metode ispitivanja:• Brinellova – a)• Vickersova – b)• Rockwellova –c)PHB = 2[ MPa]HV = 0.185 [ MPa ]π 2 22⋅ D D − ddIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelikaP

13/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKAISPITIVANJE UDARNE ŽILAVOSTIČELIKA• brzo nanošenje opterećenjaenja – otpornost na dinamičkaopterećenjaenja• ocjena žilavosti materijala (opasnost od krtog loma)• žilavimaterijali - s površinski centriranom mrežicom (Al, Cu)• Scharpy-jevametoda s udarnim čekićem em i standardnomepruvetom• mjera udarne žilavosti– udarni rad (A) za lom epruveteϕ =AAo2[ J / cm ]A o – površina presjekaepruvete namjestu zarezaIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

14/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKA• udarni bat (m=20kg) s visine H, poslije prekida epruvetevisina h:( )A = G H − h• udarna žilavost ovisi o temperaturi (ostali se utjecajni faktoripri pokusu drže konstantnim)•niža a temperatura – mala žilavosttema: ŽILAVOST I KRTOSTIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

15/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČELIKAMETALOGRAFSKA ISPITIVANJA ČELIKA• dodatna ocjena mehaničkih i tehnoloških svojstava čelika• makrografska (uvećanje do 20:1) i mikrografska ispitivanja(50-3000:1)• uzorci se izbruse, ispoliraju i nagrizu otopinom kiseline (sumporna i sl.)• otkrivanje pukotina, plinskih mjehurića, nemetalnih primjesa,veličina ina i oblik zrna, debljine pojedinih slojeva pri termičkojobradi i sl.• predviđanje mehaničkih i drugih svojstava, pogodnosti zaprimjenu različitih itih mehaničkih i termičkih obrada i sl.princip rada metalografskog mikroskopaIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

16/30OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA ČELIKASVOJSTVA ČELIKA PRI POVIŠENIM TEMPERATURAMA• temperaturni koeficijent:• na sobnoj temperaturi α t = 0.0000117 cm/cm/ o C• na povišenim temperaturama do 600 o C α t = (11.0+0.0034t)10 -6 ; (t u o C)1.0•0.83modul elastičnostinosti:• smanjuje se kodpovišenih temperatura• na 800 o C iznosi cca.83% početnogEEto0.80.60.40.200200 400 600 800 1000temperatura oCIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

17/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVASVOJSTVA ČELIKA PRI POVIŠENIM TEMPERATURAMA• čvrstoća a i granica razvlačenja•kod 500 o C čvrstoća padne cca. 50%•iznad600o C se smatra da čelik više e ne nosiIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

18/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA• puzanječelika• ponašanje čelika pod dugotrajnim opterećenjem• pri povišenoj temperaturi konstrukcija se ugrije pa ondaopteretiεεpovišena temperaturanormalna temperaturadeformacijadeformacijaD lomCBsuža va nje presjekaAzona 1 zona 2 zona 3vrijemetvrijemet• zona 1: 1 nelinearna deformacija, ovisno o naprezanju itemperaturi• zona 2: 2 faza jednolikog puzanja• zona 3: 3 ubrzano povećanje deformacija i lomIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

19/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVAUTJECAJ HLADNE OBRADE NA ČELIK• brzo provedeno opterećenje enje i rasterećenjeenje• pri ponovljenim opterećenjima enjima i rasterećenjima enjima nemapromjene vanjske konture dijagrama s-es• unutarnje prigušenje– energiju materijal pretvara u toplinuunutarnje prigušenjeIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

20/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA• starenje čelika• rasterećenjeenje uzorka i mirovanje na sobnoj temperaturi(nekoliko dana)• ponovno opterećenjeenje – povećanačvrstoća, smanjenjedeformabilnosti• prirodno (sobna temperatura) i umjetno starenje (povišenatemperatura)• ponavljanjem postupka –potpuni gubitakdeformabilnosti – štetnapojava!• povećanje nosivosti čeličnihžica, vijaka, armature (uzrazumno smanjenje svojstvaplastičnosti)Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

21/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA• Bauschingerov efekt• Bauschinger, , 1886.g.• naizmjeničnono naprezanje vlakom (u području velikihizduženjaenja), rasterećenje enje te tlačenje• slijedeći i ciklusi opterećenja enja slijede put drugog ciklusa• uočiti:E 1 < E• granica gnječenja enja niža od granice tečenjaenjaσVlak1.ciklusEE1 22.ciklusgranica popuštanjaε1.ciklusgranica gnječenjaenjaTlakIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

22/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVALOKALNI UTJECAJI (ZAREZI)• naponski vrhovi u zoni zareza ( dA—> 0 )• ovisno o obliku zareza• lokalno tečenjeenje(1)• prostorno stanje naprezanja – spriječeno eno tečenjeenje (4)lokalno tečenjeenjeIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

23/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA• statička trajna čvrstoća (f u )•najveća sila pri kojoj još ne dolazi do izduženjauzorka• područje 1: 1 pri zaustavljanjuprirasta sile deformacija ostajenepromijenjena• područje 2: 2 nekontrolirani rastdeformacije i pri zaustavljanjuprirasta sileIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

24/30 OSTALA KARAKTERISTIČNA SVOJSTVABRZINA PRIRASTA OPTEREĆENJAENJA• vrijeme nanošenja opterećenja enja teži i nuli (udarac(udarac)• povećanječvrstoće e i granice popuštanja,pad izduženjaprilomukrti lom• opasnost od pojavekrtog lomapri brzom prirastuIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

25/30SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• krti lom• lom bez plastične deformacije (f(y=f u)• element općenito još u “elastičnom” području (prosječna naprezanja)• gubitak svojstva plastičnosti uslijed:• metalurških razloga (rezanje, zavarivanje, i sl. - promjene ustrukturi)• eksploatacijskih razloga :• prostorno stanje naprezanja (R)• niska temperatura (T)• brzina prirasta naprezanja (V) σ (N/mm 2)1000fufu500fyf y =f ufy0-200 -150 -100 -50 0temperatura oCglatki štapšta p sa zarezomIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

26/30 SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• lokalne greške u materijalu – zarezi• uzrokuju lokalne koncentracije naprezanja• promjene presjeka, greške pri zavarivanju, ošteotećenja enja priobradivrlo opasnegreške ustrukturimaterijala• osiguranje od pojave krtog loma krozIZBOR OSNOVNOG MATERIJALA

27/30 SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• umaranje materijala• do loma elementa dolazi ispod tzv. . statičkečvrstoće ako jeizloženučestaloj promjeni naprezanja dovoljan broj puta (padčvrstoće!)• do ošteotećenja enja dolazi uslijed širenja pukotine uzrokovanogučestalom promjenom opterećenjaenja• lokalne alternativne plastifikacije materijala prikoncentracijamatema: UMARANJE MATERIJALAIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

28/30 SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• Wöhlerovalinija• karakteristična područja:σumaranje nemautjecajavisokocikličniumorniskocikličniumortrajna čvrstoćana umor (bez loma)prijelaznopodručjeNIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

29/30 SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• lamelarno kidanje• kod valjanih proizvoda opterećenih enih okomito na ravninuvaljanja• najčešće e se javlja kod zavarenih konstrukcija• posljedica pukotina koje se javljaju ispod zone utjecajatoplinenastanak kidanjasmjer valjanjaσdekohezije zbognečistoćaσotvaranje i povezivanjepukotinaIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika

30/30SMANJENJE NOSIVOSTI ČELIKA• smanjenje opasnosti• izborom materijala• pravilnim oblikovanjem detaljapukotinepukotineDetalji osjetljivi nalamelarno kidanjePoboljšano rješenje detaljaIspitivanje i definiranje osnovnih svojstava ččelika