(PODLOGE za vježbe iz područja materijala) Zagreb, 2012 - FSB

Materijalii proizvodni postupci Ak. god. 2012./2012.Vježba 1: KristalografijaZadatak 1. Za FCC jediničnu ćeliju odredite pripadni broj atoma, koordinacijski broj, te vezuizmeđu parametra a jedinične ćelije i radijusa R atoma koji tvore jediničnu ćeliju.PRIPADNI BROJ ATOMA (PBA) za FCC jediničnu ćeliju: ____KOORDINACIJSKI BROJ (KB) za FCC jediničnu ćeliju: ______Parametar a izražen polumjerom atoma R za FCC jediničnu ćeliju.a = _______1.1.2. PROSTORNO CENTRIRANA KUBIČNA (BCC - eng. body-centered cubic)jedinična ćelija. Primjeri: Cr, Mo, W, α - Fe , Nb, V, Na, KZadatak 2. Za BCC jediničnu ćeliju odredite pripadni broj atoma, koordinacijski broj, te vezuizmeđu parametra a jedinične ćelije i radijusa R atoma koji tvore jediničnu ćeliju.PRIPADNI BROJ ATOMA (PB) za BCC jediničnu ćeliju: _____KOORDINACIJSKI BROJ (KB) za BCC jediničnu ćeliju: ________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 2

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012/13Vježba 2: Dijagrami stanja i mikrostruktura Fe-C legurapreostali γ'-kristali mješanci, koji su upravo poprimili sastav od 0,8 %C, pretvaraju ueutektoid perlit (P) koji se sastoji od eutektoidnog ferita (α id ) i eutektoidnog cementita(Fe 3 C id ):723 o C: Eutektoidna pretvorbaγ' → α id + Fe 3 C id = PStruktura podeutektoidnih legura nakon završetka eutektoidne pretvorbe sastoji se od α', α idi Fe 3 C id i ostaje takva do sobne temperature, jer su daljnje promjene izazvane smanjenjemtopljivosti ferita tako malene da se mogu zanemariti.II.C Sekundarna kristalizacija nadeutektoidnih Fe-C legura legura počinje na granici D -E id , kada se zbog smanjenja topljivosti ugljika u austenitu počinje na granicama zrnaizlučivati sekundarni cementit (Fe 3 C''). Njegov se količinski udio povećava sve do 723 o Ckada preostali austenit poprima sastav od 0,8 %C i doživljava eutektoidnu pretvorbuidentičnu kao i kod podeutektoidnih legura. Struktura nadeutektoidnih legura nakonzavršetka eutektoidne pretvorbe sastoji se od Fe 3 C'', α id i Fe 3 C id i ostaje takva i nakonzavršetka hlađenja.II.D Sekundarna kristalizacija podeutektičkih i nadeutektičkih Fe-C legura legura traje odtemperature 1147 0 C do 723 o C pri čemu eutektički austenit otpušta atome ugljika koji tvoreFe 3 C''. Hlađenjem podeutektičkih Fe-C legura na 723 o C preostali γ e kristali mješancitransformiraju se u perlit (α id + Fe 3 C id ) i od tada dalje zadržava se struktura Fe 3 C e + Fe 3 C'' +α id + Fe 3 C id . Hlađenjem nadeutektičkih Fe-C legura na 723 o C nastaje ista strukturnapretvorba kao i za podeutektičke legure, uz dodatnu prisutnost primarnog cementita Fe 3 C' ,tako da se na sobnoj temperaturi struktura nadeutektičkih legura sastoji od Fe 3 C' + Fe 3 C e +Fe 3 C'' + α id + Fe 3 C id .Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale8

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012/13Vježba 2: Dijagrami stanja i mikrostruktura Fe-C legura2.3. ZADACI1. ZADATAKČelik s 2% C nalazi se na temperaturi 1300 o C.a) Odredite sastavne dijelove struktureb) Odredite njihov sastav (%C)c) Izračunajte njihove masene udjeled) Koliki su udjeli pojedinih sastavnih dijelova u masi od 60 kg čelika?2. ZADATAKIzračunajte maseni udio austenita u ledeburitu na 1147 o C.3. ZADATAKLijev s 6% C nalazi se na temperaturi 1200 o C.a) Odredite sastavne dijelove struktureb) Odredite njihov sastav (%C)c) Izračunajte njihove masene udjele4. ZADATAK5. ZADATAKČelik s 0,2% C nalazi se na temperaturi 800 o C.a) Odredite sastavne dijelove struktureb) Odredite njihov sastav (%C)c) Izračunajte njihove masene udjeleZa čelik s 0,2% C treba odrediti:a) Masene udjele sastavnih dijelova na temperaturi 20 o Cb) Skicirati i označiti dijelove mikrostrukture na slici 2.2Slika 2.2 Mikrostruktura čelika s ~ 0,2% C, povećanje 500:1Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale9

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012/13Vježba 2: Dijagrami stanja i mikrostruktura Fe-C legura6. ZADATAKZa čelik s 0,7% C treba odrediti:a) Masene udjele sastavnih dijelova na temperaturi 20 o Cb) Skicirajte mikrostrukturu čelika i označite prisutne faze i konstituenteSlika 2.3 Mikrostruktura čelika s ~ 0,7% C, povećanje 500:17 ZADATAKZa čelik s 1,7% C treba odrediti:a) Masene udjele sastavnih dijelova na temperaturi 800 o Cb) Masene udjele perlita i cementita (sekundarnog) na 20 o Cc) Skicirati i označiti dijelove mikrostrukture na slici 2.4Slika 2.4 Mikrostruktura čelika s ~ 1,7% C, povećanje 500:1Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013 Vježba 3: Statičko vlačno ispitivanje__________________________________________________________________________ 12Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013 Vježba 3: Statičko vlačno ispitivanje__________________________________________________________________________ 13Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012./2013 Vježba 4: Ispitivanje tvrdoće i žilavosti4.1. Osnove metode ispitivanja tvrdoće__________________________________________________________________________ 14Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012./2013 Vježba 4: Ispitivanje tvrdoće i žilavosti4.2. Ispitivanje udarnog rada lomaKU(V) = G • (h 1 –h 2 ), Nm=Jh2h1OslonacEpruvetaSlika 1. Shematski prikaz Charpyevog bataOslonacIspitni uzorakOslonacVisina ispitnoguzorkaOs udara bataPomoćni oslonciŠirina ispitnoguzorkaDuljina ispitnoguzorkaSlika 2. Položaj epruvete na osloncima__________________________________________________________________________ 15Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2012./2013 Vježba 4: Ispitivanje tvrdoće i žilavostia) b)Slika 3. Normirane epruvetea) s U-utorom ib) s V-utoromTablica1. Rezultati ispitivanja udarnog rada lomaMaterijalDimenzijeepruvetemmTemperatura°CUdarni rad lomaJ__________________________________________________________________________ 16Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaNaziv tribologija dolazi od grčkogšto znači trenje trošenje.TRIBOLOGIJA je interdisciplinarna znanost o trenju i trošenju. Istraživanja na područjutribologije usmjerena su na smanjivanje negativnih posljedica trenja i trošenja, koja se očituju udirektnim gubicima (energije, materijala) i indirektnim gubicima (zastoji, održavanje,pouzdanost, sigurnost, utjecaj na okoliš).• 1966. Jostov izvještaj na europskoj konferenciji – prvi put se spomije termin tribologija• ~ ½ proizvedene energije utroši se na savladavanje trenja• ~ ½ industrijskih proizvoda za zamjenu istrošenih proizvoda (dijelova)• izravni troškovi izazvani trenjem i trošenjem ~ 7% BND.TROŠENJE je progresivni gubitak materijala s radnih površina tijela, uslijed dinamičkogkontakta s drugim tijelom ili fluidom. Sustavi u kojima se pojavljuju procesi trošenja nazivajuse TRIBOSUSTAVI. Takvi su svi sustavi kod kojih postoji relativno gibanje izmedupojedinih dijelova.Slika 1. Shema tribosustavaRaznovrsnost uvjeta kontakata (geometrijski oblik, stanje površine, materijal, način i brzinarelativnog gibanja, temperatura...) uzrokuje veliki broj pojavnih oblika trošenja.Kod svakog od njih dolaze do izražaja različita svojstva materijala pa zatootpornost trošenju ne predstavlja jedinstveno svojstvo već naziv za grupu svojstava.Postoje četiri osnovna mehanizma trošenja: abrazija, adhezija, umor površine i tribokorozija.Mehanizmi trošenja opisuju se pomoću jediničnog dogadaja, tj. slijeda dogadaja koji prethodeotkidanju jedne čestice trošenja s radne površine tijela. Svaki realni proces trošenja sastoji se odjednog, dva ili više osnovnih mehanizama trošenja koji djeluju u vremenskom slijedu iliistovremeno.Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 17

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaABRAZIJAFaza I - Abraziv "a" tvrdoće H a pod djelovanjemnormalne komponente sile F n prodire u materijalali samo u konstituent "β" koji je mekši odabrazivaFaza II - Djelovanjem tangencijalnekomponente sile F t ostvaruje se mikrorezanje.Čestice trošenja su spiralne strugotine (duktilnimaterijali) ili krhotine (krhki materijali)ADHEZIJAFaza I - Nastajanje adhezijskog spoja različitogstupnja jakosti na kontaktu izbočinaFaza II - Raskidanje adhezijskog spoja.Čestica trošenja ostaje spontano "nalijepljena" najednom članu kliznog paraFaza III - Otkidanje čestice (eventualno).Oblik čestica trošenja ovisi o uvjetima a uglavnomje lističastFakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 18

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaTribološka kompatibilnostStrukturaFCC/FCC – najlošijaSastavFe/Fe – najlošijaUMOR POVRŠINEFaza I - Stvaranje mikropukotine, redovitoispod površineFaza II - Propagacija mikropukotineFaza III - "Ispadanje" čestice trošenja,obično oblika pločice ili iverkaFakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 19

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaDinamička izdržljivost površine:F + P = lošePopušteni martenzit = dobroTRIBOKOROZIJAFaza I - Stvaranje (ili obnavljanje) slojaprodukata kemijske reakcije s okolinomFaza II - Mjestimično razaranje slojaprodukata kemijske reakcije.Čestice trošenja su u obliku praha (najčešćeoksidnog)Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 20

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaPrimjeri:KOČNE PAPUČE - VlakUzrok:Adhezija. Udio ferita u mikrostrukturi iznosi više od 5%Rješenje:Sivi lijev bez ferita.Grafit + steadit + perlit (~ 1% P)Steadit – eutektik s fosforom.ZUPČANIK REDUKTORAUzrok:Piting zbog neodgovarajuće toplinske obrade (umor površine)Rješenje:Cementiranje zupčanikaFakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 21

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaISPITIVANJE OTPORNOSTI TROŠENJU1. Laboratorijsko ispitivanje uzoraka materijala- testovi u kojima se ispituju laboratorijski pripremljeni uzorci2. Laboratorijsko ispitivanje gotovih dijelova- za razliku od prethodnog ispitivanja, u ovome se koriste gotovi dijelovi3. Eksploatacijsko ispitivanje- ispitivanje tijekom eksploatacijeLABORATORIJSKA ISPITIVANJA UZORAKA MATERIJALAOvaj način ispitivanja je najzastupljeniji. Provodi se na tipiziranim uređajima sasvrhom da se usporedi otpornost pojedinih materijala određenom tipu ili mehanizmu trošenja.Ispitivanje materijala u uvjetima ABRAZIJEMetoda "suhi pijesak/gumeni kotač", ASTM G 65-85Fakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 22

Materijali i proizvodni postupci Ak. god 2012./2013Vježba 5: Ispitivanje triboloških svojstavaIspitivanje materijala u uvjetima EROZIJEIspitivanje materijala u uvjetima ADHEZIJEFakultet strojarstva i brodogradnjeZavod za materijale 23

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013Vježba 6: Ispitivanje mehaničkih i toplinskih svojstava polimera6.0 PODJELA POLIMERNIH MATERIJALA PREMA PONAŠANJU PRIZAGRIJAVANJU6.1 MEHANIČKA SVOJSTVA POLIMERNIH MATERIJALAPrema trajanju ispitivanja i načinu opterećenja mehanička svojstva polimernih materijala ispitujuse slijedećim ispitivanjima:__________________________________________________________________________ 24Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013Vježba 6: Ispitivanje mehaničkih i toplinskih svojstava polimera6.2 ISPITIVANJE ŽILAVOSTI6.3 ISPITIVANJE TVRDOĆE__________________________________________________________________________ 25Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013Vježba 6: Ispitivanje mehaničkih i toplinskih svojstava polimera6.4 ISPITIVANJE ČVRSTOĆE6.5 ODREĐIVANJE MODULA ELASTIČNOSTI__________________________________________________________________________ 26Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013Vježba 6: Ispitivanje mehaničkih i toplinskih svojstava polimera__________________________________________________________________________ 27Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale

Materijali i proizvodni postupci Ak. god. 2012./2013Vježba 6: Ispitivanje mehaničkih i toplinskih svojstava polimera6.6 ISPITIVANJE TOPLINSKO-MEHANIČKIH SVOJSTAVA POLIMERNIHMATERIJALA6.6.1 Toplinsko-mehanička svojstva plastomera6.6.2 Toplinsko-mehanička svojstva duromera__________________________________________________________________________ 28Fakultet strojarstva i brodogradnje-ZagrebZavod za materijale