1. Uvod i ključne riječi - ISPITIVANJE ZATEZANJEM

Ključne riječi:Mehanička ispitivanja, ispitivanje zatezanjem, zatezna čvrstoća, granica razvlačenja, tehnička granica razvlačenja, kontrakcija presjeka, procentualno izduženje, modul elastičnosti:

Cilj vježbe: Upoznavanje sa osnovnim pojmovima vezano za mehanička (statička) ispitivanja zatezanjem materijala. Praktično-Labaratorisko ispitavanje na zatezanje nza konkretan materijal.

Teoretska podloga vježbe

Da bi se pravilno izvršilo dimenzionisanje dijelova izrađenih od datih materijala, neophodno je poznavanje mehaničkih svojstava-osobina, kako pri dejstvu spoljnih sila ne bi došlo do neželjenih deformacija, a u nekim slučajevima i do lomova dijelova. Prema tome, mehanička svojstva-osobine materijala objašnjavaju povezanost između spoljnih sila i njima izazvanih deformacija.

Faktori koji se moraju uzeti u obzir pri mehaničkim ispitivanjem materijala, a koji direktno i određuje mehaničke osobine materijala pri različitim uslovima eksplotacije su:

- vrsta naprezanja (zatezanje, pritisak, savijanje, uvijanje, kombinacija datih opterećenja)

- način dejstva sila (statičko i dinamičko)- temperatura ispitivanja (niske, sobne, povišene).

1

Obzirom na date faktore mehanička opterećenja možemo podjeliti:

1. Prema vrsti:

- Zatezanje- Pritisak- Savijanje- Uvijanje- Smicanje- Izvijanje

2. Prema načinu dejstva sile:

- Statička- Dinamička- Udarna - Vibraciona

3. Prema dužini trajanja

- Kratkotrajna- Dugotrajna

Pri statičkom ispitivnju materijala zatezanjem epruvete se opterećuju silama čiji se pravci poklapaju sa njihovim osama (aksijalne sile) pri čemu se promjena njihovog intenziteta odvija određenom brzinom sve do prekida epruvete.

Ispitivanjem zatezanjem se određuju:

- svojstva otpornosti – čvrstoče (naponi)- granica razvlačenja, R1 (MPa)- modul elastičnosti, E (MPa)- zatezna čvrtoća, Rm (MPa)- svojstva deformacije – plastičnosti- procentualno izduženje, A(%)- procentualno suženje poprečnog presjeka, Z(%)

2

1.2 Epruvete

Epruvete za ispitivanje materijala zatezanjem izrađuju se rezanjem iz uzorka pri čemu njihov oblik i mjere zavise od oblika i dimenzija proizvoda čija se mehanička svojstva ispituju. Mogu biti kružnog, kvadratnog, pravougaonog, prstenastog ili nekog drugog poprečnog presjeka.

Slika 1. Oblik i mjere epruvete za ispitivanje zatezanjem

S obzirom na dimenzije epruvete mogu biti:- proporcionalneOdnos početne mjerne dužine L0 i početne površine poprečnog presjeka S0 dat je izrazom: Gdje je k koeficijent proporcionalnosti 5,65 ili 11,3

- neproporcinalne (definisano određenim standardima)

1.3 Mašine za ispitivanje

Mašine za ispitivnje zatezanjem mogu biti sa:- mehaničkim pogonom (za manja opterećenja, slika 2)- hidrauličnim pogonom (za veća opterećenja, slika 3)

3

Slika .2 Masine za ispitivanje na zatezanje mehanički pogon

Pozicije:

1. Navrtka pužnog prenosa2. Zavojno vreteno3. Donja čeljust mašine4. Gornja čeljust mašine5. Epruveta6. Uređaj za mjerenje sile7. Uređaj za crtanje dijagrama sila-izduženja8. Sajla9. Pisač

Slika. 3 Mašina za ispitivanje zatezanjem na hidraulični pogon

4

Pozicije:1. Klip sa ramom2. Epruvete3. Gornja čeljust4. Donja čeljust5. Uređaj za mjerenje sile6. Uređaj za crtanje dijagrama sila-izduženje

Slika. 4 Moderni sistem (sa kompjuterskom podrškom – CA) za ispitivanje istezanjem na hidraulični pogon

1.4 Postupak ispitivanja

Priprema epruvete obuhvata:- Provjeru prečnik d0 i početne mjerne dužine L0 epruvete,- Početnu mjernu dužinu L0 podijeliti na niz jednakih dijelova.

Učvršćivanje epruvete u čeljusti mašine (mora se voditi računa da ne dođe do proklizavanja i gubitka prenošenja aksijalne sile)Ispitivanje na zatezanje i registrovanje dijagrama napon – izduženje.

5

Brzina promjene opterećenja u elastičnom području ne smije biti veće od brzine date u tebeli 1.

Modul elastičnosti materijala (MPa)

Brzina opterećivanja (MPa/s)

Najmanja Najveća< 150000 1 10> 150000 3 30

Tabela 1. Brzina promjene opterećenja

Sila sa kojom se opterećuje epruveta mjeri se tačnošću u odnosu na utvrđeno opterećenje

1.5 Svojstva otpornosti

Zatezna čvrstoća - Rm

To je maksimalni napon koji može da podnese jedan materijal prije nego što dođe do loma (kidanja).

Granica razvlačenja - Rv

To je napon pri kome dolazi do naglog prelaza iz elastičnosti u plastično područje, kod materijala koji pokazuje tu pojavu (izduženje se znatno povećava, a sila ostaje ista ili se smanjuje).

Slika 5. Dijagrami i i položaj karakteristika čvrstoće

6

Gornja granica razvlačenja – Rvg – predstavlja najveći napon pri prvog opadanja sile uz istovremeni porast izduženja

Donja granica razvlačenja – Rvd – predstavlja najmanji napon u područku tečenja, pri čemu se zanemaruju početni prelazni efekat.

Tehnička granica razvlačenja – R0.2 – Napon pri kojem trajno-plastično izduženje iznosi 0,2% prvobitne mjerne dužine (slika 6a.)

Slika 6. a) Položaj tehničke granice razvlačenja R0.2, b) Izražena gornja i donja granica razvlačenja Rvg i Rvd

-Primjeri za dva različita materijala-

Kod materijala kod kojih je vidno istaklnuta gornja i donja granica razvlačenja (u dijagramu napon-procentualo izduženje ili sila-izduženje) nije neophodno izračunavanje tehnile granice razvlačenja (jednio ako nije posebno zahtjevano) – (npr. Kod većine čelika, slika 6b.)

S druge strane, kod materijala kojih nije vidno istaknuta gornja i donja granica razvlačenja neophodno je izračunati tehničku granicu razvlačenja kao veličinu granice razvlačenja (npr. kod aluminijuma)

Granica elastičnosti – Rv

To je granični napon nekog materijala do kojeg ne nastajeu trajne (plastične) deformacije

Granica proporcionalnosti - Rp

7

Najveći napon pri kome još postoji proporcionalnosti iz,među napona i jediničnog izduženja

Modul elastičnosti – EPredstavlja odnos napona prema jediničnom izduženju u području elastičnosti:

odnosno

Kod materijala koji pokazuju linearnu zavisnost promjene napona u odnosu na promjenu izduženja, ugao ima konstantnu vrijednost u području proporcionalnosti, tada je proporcionalan Modulu elastičnosti – E (MPa)1.6 Svojstva deformacije

Izduženje – A(%)Trenutno izduženje, svedno na prvobitnu mjernu dužinu, predstavlja jedinično izduženje i može biti elastično i plastično.

Trajno izduženje definiše se kao procentualno izduženje poslije prekida:

1.7 Mjerenje procentualnog izduženja

Pri mjerenju krajnje dužine vodi se računa o mjestu prekida epruvete, koje može biti:U oblasti srednje trećine mjerne dužine mjerenje se vrši tako što se krajevi čvrsto sastave i izmjeri se rastojanje između mjernih oznaka. Pri kome je potrebno obezjediti da osa epruvete leži na pravoj liniji (slika 7a).

U jednoj od krajnji trećina; Poslije ispitivanja uoči se krajnja mjerna oznaka na kraćem dijelu prekinute epruvete i označi sa X. Na dužem dijelu prekinute epruvete odredimo tačku Y tako da mjesto prekid bude na okolini sredine rastojanja XY. Izmjerimo rastojanje između tačaka X i Y izbrojimo broj dijelova n na tom rastojanju.

Ako je (N-n) paran broj dijelova (slika 7b.) onda se definisanom broju dijelova n, dužine p, pridoda (N-n)/2 dijelova određenih tačkama Y i Z.

8

Nakon izmjerene dužine q korigovano procentualno izduženje se određuje pomoću izraza:

Ako je (N-n) neparan broj (slika 7c) na dužem dijelu epruvete označe se tačke Z i Z' koje su od tačke Y udaljene za N-n-1 dijeova za tačku Z i

dijelova za tačku Z'.

a)

b)

c)

Slika 7. Položaj mjesta prekida epruvete u odnosu na izvršenu podjelu mjerne dužine

9

Nakon izmjerenog rastojaja q i q1 procentualno izduženje nakon prekida se izračunava pomoću izraza:

Izvan mjerne dužine. Veličina deformacija epruvete ne može se uzeti kao mjerodavna za određivanje karakteristika otpronosti i deformacije.

Suženje poprečnog presjeka – Z(%)

Trenutno izduženje:

Na mjestu prekida:

1.8 Zadatak i kraći opis

Konstuisati dijagram napon procentualno izduženje čelika ako su nakon kidanja epruvete ustanovljene slijedeće karakteristične vrijednosti sile i izduženja:

Fk= 137 KNFm = 169 KNFvg= 100 KNFvd= 100,5 KNFp = 68,8 KNΔlg= 34 mmΔlm= 28,3 mmΔlvd = 6,3 mmΔlvg= 6 mmΔlp= 6 mm (vrijednost Fi i Δli očitane sa dijagrama F-Δl na koeficijent!)

I ako dodatno znamo ;d0= 20 mml0= 100 mm

Karakteristične vrijednosti čvrstoće računamo po formuli:

10

gdje nam je A0 (mm2) površina poprečnog presjeka, pa imamo:

Karakteristične vrijednosti plastičnosti (procentualno izduženje) računamo po formuli:

pa imamo:

Radi lakšeg pregleda dobijene vrijednosti ćemo prikazati u tabeli 1:

Tačka Pricentualno izduženje Napon

11

ε (%) R(MPa)P ε p 6 Rp 219,1Vg ε vg 6 Rvg 318,5Vd ε vd 6,3 Rvd 320m ε m 28,3 Rm 538,2k ε k 34 Rk 436,3

Tabela 1. Proračunate karakteristične vrijednosti čvrstoće i plastičnosti

Slika 1Dijagram napon-procentualno izduženje (σ-ε) za vrijednosti date u tabele

12

2. Uvod i ključne riječi – ISPITIVANJE PRITISKOM

Ključne riječi: Ispitivanje pritiskom, pritisna čvroća, granica gnječenja, tehnička granica gnječenja, tehnička granica gnječenja, proširenje presjeka, procentualno skraćenje, modul elastičnosti.

Cilj vježbe: Upoznavanje sa onovnim pojmovima vezano za mehanička (statička) ispitivanja pritiskom materijala. Praktično – labaratorisko ispitivanje na pritisak za konkretan materijal.

Teoretska podloga vježbe: Ispitivanje pritiskom uglavnom se primjenjuje za krte /sivi liv, mesing, beton i slicno), a tijeđe na plastične materijale. Dobijeni podatci se koriste pri određivanju potrebnih sila deformacije rada za postupke prerade metala u plastičnom stanju.

Ispitivanje pritiskom mogućuje određivanje:

- svojstava otpornosti (čvrstoće)- svojstava deformacije (plastičnosti)

2.1 Epruvete

Slika 1. Oblik osnovne mjere epruvete za ispitivanje pritiskoma) za određivanje pritisne čvrstoće, b) za određivanje konvencionalnih

napona, velikih skraćenja i modula elastičnosti

Za ispitivanje pritiskom najčešće se primjenjuju epruvete u obliku ravnostranog valjka prečnika: do=30 mm ili kocke a=20 mm ili a=30 mm (slika 1a.).

13

Za precizna mjerenje deformacije vsine epruvete se uzima 2,8 – 8 puta veća od njenog prečnika (slika 1b.). Čeone površine epruvete moraju biti paralelne i upravne na podužnu osu.

2.2 Mašine za ispitivanje

Za ispitivanje pritiskom koriste se univerzalne mašine za ispitivanje materiala (slika 3 i 4 – vježba ispitivanje zatezanjem) ili prese.Dodatno je neophodno postaviti odgovarajuće sferne zglobove (ploče) na krajeve epruvete da bi se izbjeglo izvijanje, odnosno neutralisala eksentričnost u toku ispitivanja (slika 2).

Slika. 2 Ispitivanje pritiskom a) prikaz toka informacija, b) mašina za ispitivanje pritiskom

2.3 Postupak ispitivanja

Epruveta se postavlja između pritisnih ploča, koje trebaju da budu ravne i vrlo tvrde, jedna od ploča obično gornja, treba da ima sferni zglob kako bi se mogla samopodešavati. Na taj način se eliminišu male nepravilnosti čeonih površina epruvete, obezbjeđuje koaksijalnosti epruvete i opterećenja, osigurava njeno ravnomjerno skraćivanje.Centrično postavljanje epruvete omogućuju koncentrični krugovi ucrtani u pritisnim pločama. Ukoliko se ne vrši precizno mjerenje deformacija,

14

početna mjerna dužina epruvete definisana je kao na slici 1a. U tom slučaju deformacije su određene razmakom između pritisnih ploča.Pri preciznom mjerenju deformacija koriste se eksenziometri i tada je početna mjerna dužina epruvete znatno veća, a sama epruveta ima proširene krajeve (slika 1b). Sila kojom se epruveta optrećuje mora biti mjerljiva tačnošću u odnosu na utvrđeno optrećenje. Prije nego se pristupi ispitivanju provjerava se početna mjerna dužia i početni prečnik epruvete.

2.4 Svojstva otpornosti

Pritisna čvrstoća - Rpm

Predstavlja maksimalni napon pritiska prije nego što dođe do loma materijala (odgovara maksimalnoj sili, slično kod zatezanja):

Pritisna čvrstoća se može odrediti samo kod krtih materijala, kod kojih će se u toku ispitivanja doći do loma epruvete. Kod plastičnih, po pravilu, ne dolazi do loma epruvete pa se njihova otpornost prema pritisku definiše tehničkom granicom gnječenja – Rp0.2, slično kao i za R0,2-tehničku granicu razvlačenja (napon pritiska pri 0,2% plastične deformacije).

Granica gnječenja - Rpe

Predstavlja napon u poprečnom presjeku koji odgovara sili na granici gnječenja:

Određivanje sile na granici gnječenja Fpc kod materijala sa istaknutim područjem tečenja vrši se u toku ispitivanja, pri čemu se njena vrijednost očitava u momentu kada kazaljka (slično kao kod zatezanja), poslije ravnomjernog kretanja, prvi put zastane ili, pto rijeđi slučaj, krene unazad.Kod materijala kod kojih nema jasno izražene granice gnječenja određuje se (gore pomenuta) tehnička granica gnječenja – Rp0,2

2.5 Svojstva deformacije

Skraćenje -

15

Pod dejstvom sila pritiska u bilo kom trenutku ispitivanja, mjerna dužina epruvete se smanjuje za veličinu koja se naziva (procentualno) trenutno skraćenje:

L0 (mm) – početna mjerna dužina- skraćenje – promjena dužine epruvete

Procentualno skraćenje - Predstavlja (pri lomu) procentualn skrađenje svedeno na početnu mjernu dužinu:

Mjerenje prekinute epruvete vrši se pomičnim mjerilom sa tačnošću

Proširenje - Pod dejstvom sile pritiska u toku ispitivanja dolazi do proširenja epruvete, pa tako kao karakteritičnu veličinu proširenja računamo (procentualno lomno) proširenje:

- proširenje – promjena površine poprečnog presjeka epruveteMjerenje prečnika d na mjestu proširenja, vrši se u dva međusobno normalna pravca (d1 i d2) i uzima se njihova srednja vrijednost

Jedinično skraćenje – εp(%)Slika 3. Promjena oblika pri ispitivanju pritiskom

2.6 Oprema potrebna za izvođenje vježbe – samo za labaratorijske vježbe!

16

- Epruvete od čelika i sivog liva poznatog kvaliteta (oznake po EN ili po DIN-u) odgovarajućih dimenzija shodno standardu DIN 50106 za ispitivanje pritiskom

- Mašina za ispitivanje na istezanje: hidraulična kidalica (0-400Kn, slika 3 – Ispitivanje zatezanjem)

- Pomično mjerilo

2.7 Tok vježbe

1. Priprema epruvetaOva faza podrazumjeva isjecanje epruveta ispitivanog materijala iz polufabrikata datog materijala (cijevi, limovi) definisanih dimenzija (DIN 50106), tj. Isjecanje (rezanja i naknadno brušenje, na neophodne mjere i toleranicje) čeličnih i epruveta sivog liva.

2. Ispitivanje pritiskomU ovoj fazi se ispituju epruvete (na hidrauličnoj kidalici i to prema slijedecim operacijama:

- postavljanje epruvete u čeljusti (pakne) kidalice- podesavanje przine ispitivanja, tj brzine pomjeranja čeljusti (shodno

standardu DIN 50106 za statičko ispitivanje pritiskom),- pritiskivanje, pri čemu je neophodno uočiti karakteristične vrijednsti

sile, i to redom, Fpes, F0,2, Fpm. Ova operacija završava lomom (krtog materijala) epruvete, odnosno izvijanjem (plastičnog materijala) epruvete.

- Vađenje krajeva prekinute epruvete iz čeljusti (pakni) kidalice.

3. Određivanje karakteristika čvrstoće i plastičnostiPrema predhodno datim obrascima izvršiti proračun karakteritičnih vrijednosti za oba materijala:

- pritisne čvrstoće- granicom gnječenja (ili tehničke (0,2) na osnovu uvida u dijagram

,- procentualnog skraćenja (plastične – trajne i elastične – trenutne

deformacije), - procentualnog proširenja.

Na osnovu izračunatih vrijednosti karakteristika plastičnosti i čvrstoće konstruisatu dijagram napon-procentualnih skaćenja .Dati komentar, tj poređenje otpornosti na pritisak oba materijala

17

2.8 Rezultati

Odrediti svojstva otpornosti i deformacija na pritisak. Od probnog uzorka je izrađena epruveta od mesinga u obliku ravnostranog valjka. Poznato je:

- početni prečnik epruvete - početna mjerna dužina, te u toku ispitivanja izmjerena

- maksimalna sila pritiska, te nakon ispitivanja - dužina slomljene epruvete,

i - prečnici epruveta.

Pritisna čvrstoća

Procentualno skraćenje

Procentualno proširenjeSrednji prečnik loma:

Lomna površina:

18