Energija Udara

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMADinamičke metode ispitivanja

v.a. Mr.sci. Branka MuminovićAk.god. 2015./2016.

Ispitivanje udarne radnje loma mašinski obrađene epruvete sa zarezom po Charpyju je jedno od najstarijih mehaničkih ispitivanja materijala u eksploatacionim uslovima, a služi za utvrđivanje njegove otpornosti prema krtom lomu

Prema JUS standardima: JUS C.A4.004 i JUS C.A.025 upotrebljavani termin je utrošena energija udara

Na Charpy-i klatnu ispituje se jednim udarcem sa brzinom obično 5 do 5,5 m/s epruveta sa zarezom (U-zarez ili s V-zarez)

Radnja (energija) utrošena za lom epruvete (u J) je mjera žilavosti materijala.

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Referentni uređaj za karakterizaciju Charpy referentnih epruveta

Uređaji za ispitivanje udane radnje loma

ISPITIVANJE UDARNE RADNJE LOMA

Epruvete za ispitivanje udarne radnje loma

Epruveta sa 5U zarezom

Epruveta sa 2V zarezom

Ostale epruvete žilavosti za metalne materijale

Položaj ispitne epruvete na osloncima u mašini

BAS EN 10045-1,

BAS ISO 148-1

U početnom položaju potencijalna energija Charpy-a klatna iznosi: Epot = Fg ⋅ h1, obično 300, 150 i/ili 100 J gdje su: Fg - sila teže, N i h1 - početna visina, m.

Nakon puštanja klatna njegova potencijalna energija pretvara se u kinetičku. Dio te energije utrošen na lom epruvete naziva se udarna radnja loma:KU ili KV=G(h1-h2), J Eurl=Fg(h1-h2), J G=mg, N (težina bata)

gdje je h2 - visina koju postigne klatno poslije loma epruvete, m.

Ispitivanje udarne radnje loma

J=Nm

N=mkgs-2

Za utvrđivanje važnog svojstva-žilavosti materijala ispituju se tri iste epruvete na propisanoj temperaturi, pri čemu ne smije biti veće rasipanje vrijednosti od 30% u odnosu na minimalnu propisanu vrijednost,

Pošto je udarna radnja loma samo mjera za žilavost materijala, nekada se traži i brojčano iskazivanje žilavosti u jedinicama J/cm2. Tako npr. za udarnu radnju loma KU=47 J, odgovarajuća žilavost iznosi 94 J/cm2, a za udarnu radnju loma KV=27 J, žilavost je 34 J/cm2 ili općenito žilavost K se izračunava po jednačini:

2cm/J ,S

KV)(iliKUK =

gdje je S - površina lomnog presjeka epruvete, cm2. Kod epruvete sazarezom 5U površina iznosi:S = 1. (1 - 0,5) = 0,50 cm2

a kod epruvete s zarezom 2V:S = 1. (1 - 0,2) = 0,80 cm2


U slučaju kada je debljina materijala ispod 10 mm koriste se debljine od 7,5 ili 5 mm, a odgovarajuća oznaka udarne radnje loma KV dopunjava se oznakama potencijalne energije klatna i debljine epruvete, na primjer:

KV 300/7,5 ili KV 150/5 Slično tome kada se koriste epruvete sa manjim U-

zarezom, dopunjava se oznaka udarne radnje loma KU odgovarajućim oznakama potencijalne energije i dubine zareza, na primjer:

KU 300/3 ili KU 150/2 i ...


Uticajni faktori na žilavost materijala temperatura ispitivanja, mikrostruktura (osobito veličina zrna), oblik i dimenzije zareza, dimenzije epruvete, brzina udara, ...

I - legure s PCK rešetkomII - legure s VCK rešetkomIII - visokočvrsti materijali


Ispitivanje udarne radnje lomaTemperatura ispitivanja ima najveći uticaj na žilavost, odnosno naudarnu radnju loma materijala. Žilavost materijala općenito opadasa snižavanjem temperature ispitivanja. To je zbog toga što sesnižavanjem temperature snižava i plastičnost, odnosnodeformabilnost materijala. Kod vrlo žilavih metala s površinskicentriranom kubnom kristalnom rešetkom (Al, Cu, Ni, austenitničelici - kriva I) to opadanje žilavosti je neznatno i postepeno, te suoni zato deformabilni u širokom temperaturnom intervalu, a imaju ivisoku vrijednost izduženja (A5). Krti materijali (npr. visokočvrstičelici, staklo i keramika), imaju malu žilavost i deformabilnost bezobzira na temperaturu ispitivanja (kriva II), a legure metala sprostorno centriranom kubnom rešetkom, kao što su većinakonstrukcionih čelika, polimeri i keramika imaju vrlo karakterističnukrivu III s jasno izraženom prelaznom temperaturom ispitivanja.

Ispitivanje udarne radnje lomaPrelazna temperatura ispitivanja (Tp) na dijagramu K (ili KU, KV) -T, odvaja područje žilavog od područja krtog ponašanja materijala.Prema tome ona je vrlo važan kriterij ponašanja materijala, jer seiznad nje očekuje žilavo, a ispod nje krto ponašanje. Određuje sekao prelomna tačka (tačka infleksije) na krivoj u obliku izduženogintegrala. Kod običnih konstrukcionih čelika, npr. tipa S235J2 iliS355J2 mora, na temperaturi ispitivanja od -20 °C biti minimalnaudarna radnja loma u tački infleksije KV=27 J (kao srednjavrijednost od 3 epruvete). Slično tome kod S235J0, odnosnoS355J0 mora biti zagarantovana ista vrijednost udarne radnje lomana 0 °C, a kod S235JR, odnosno S355JR kod temperature od +20°C. Ispitivanje udarne radnje loma vrši se po pravilu na temperaturi23 ± 5 °C ukoliko to nije precizirano u posebnim standardima zaisporuku proizvoda

Druge metode ispitivanja udarne radnje loma

po Pelliniju, po Izodu po Bruggeru, tehnološko

ispitivanje,...

98

28 +

0,4 2

0,25 r + 0,025

28 +

0,42

45

o+2 o

1 0 +

0 ,11

10 + 0,11

+ 0,11 8 0040

a)

98

28 +

0,4 2

0,25 r + 0,025

28 +

0,42

45

o+1 o

1 0 +

0 ,05

10 + 0,05

+ 0,025 8 0041

b)

75 o 5 o

2

28

22

2 8

10

Metoda po Izodu

http://www.marlcobroaches.co.uk/izod_charpy.htm

Ispitivanje po Izodu

Standardizovana metoda, Amerika i Engleska

Ispitivanje po Bruggeru

Nije standardizovana

Njemačka, Švicarska,

Čelik koji služi za izradu zupčanika za mjenjače

Epruvete promjera 25 mm i dužine 60 mm sa zubima na krajevima 7x20 mm

Zubi odgovaraju zubima zupčanika tako da se pri ispitivanju dobiju uporedivi rezultati za propisanu dinamičku silu loma


Krti lom američkog ratnog broda Liberty

Vrste preloma

Krti lom – lijevo

Žilavi lom - desno

Results of the Charpy test for modern steel and Titanic steel [Gannon, 1995]. When a pendulum struck the modern steel, on the left, with a large force, the sample bent without breaking into pieces; it was ductile. Under the same impact loading, the Titanic steel, on the right, was extremely brittle; it broke in two pieces with little deformation

http://www.writing.eng.vt.edu/uer/bassett.html

Nitronic Charpy Impact Test Speciems - Room Temperature (left) vs. LN2

http://docs.exdat.com/docs/index-44039.html

Literatura:

1. I. Vitez, M. Oruč, R. Sunulahpašić: Ispitivanje metalnih materijala, Fakultet za metalurgiju i materijale, Zenica, 2006.

2. M. Oruč, B. Muminović: Kalibracija mjernih uređaja za mehanička ispitivanja, Fakultet za metalurgiju i materijale, Zenica, 2015.

Documents

Energija Udara