PËRCAKTIMI EKSPERIMENTAL I KIC

Përcaktimi i parametrave të mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) për vlerësimin kuantitativ të sigurisë së materialeve, përkatësisht detaleve nga shkatërrimi është tejet i nevojshëm nga se mbi bazën e këtyre parametrave bëhet vlerësimi kuantitativ i sigurisë së materialeve, përkatësisht detaleve nga shkatërrimi në përgjithësi dhe shkatërrimi i brishtë në veçanti. Nëpërmjet këtyre parametrave, pra përcaktohet niveli i brishtësisë (frazhilitetit) të materialeve të caktuara, përkatësisht detaleve dhe objekteve tjera që janë pjesë përbërëse e ndonjë konstruksioni.

Nëpërmjet përcaktimit të parametrave të mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) bëhet edhe klasifikimi i materialeve në aspekt të rrezikut të thyerjes së brishtë (brishtësisë), ndonëse këtu duhet theksuar se aspekti përmasor është dominues në përcaktimin e këtij rreziku.

Siç është theksuar edhe më parë, puna (energjia) goditëse e thyerjes sipas Charp-it (CVN) është metoda tradicionale për këtë qëllim, por pasi që edhe kjo metodë jep rezultate orientuese deri në trashësinë 10mm, për trashësistë mbi 10mm, vlerësimi bëhet edhe më i ndërlikuar.

Parametrat e mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) karakterizojnë nga aspekti sasior rezistencën ndaj thyerjes së brishtë (egër, sertë, frazhile, të rryfeshme). Ky është, pra edhe qëllimi kryesor i mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) që mundëson përcaktimin e madhësive kritike të cilat nën veprimin e një gjendjeje të sforcuar të dhënë, provokojnë thyerje katastrofike.

Siç është thënë edhe më parë, MELSH supozon se sjellja e përgjithshme e materialit është elastike dhe në këtë zonë ndodh edhe shkatërrimi, përkatësisht thyerja e materialit.

Parametri kryesor i mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) është KIC që përcakton rezistencën përkatësisht aftësinë e materialit për ti rezistuar përhapjes katastrofike (brutale) të një plasaritjeje. Kjo karakteristikë ndryshe quhet edhe rezistenca ndaj thyerjes (shkatërrimit), përkatësisht faktori i intensitetit të sforcimit.

Vlen të theksohet se edhe ky parameter i mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH) ngjashëm si edhe energjia (puna) e goditjes sipas Charp-it, përvaç tjerash varet edhe nga efekti përmasor.

Përcaktimi i KIC realizohet nëpërmjet provave të rezistencës ndaj thyerjes të cilat përdorin mostra (kampione) të veçanta, të paraplasaritura në lodhje dhe që i nënshtrohen tërjeqjes ose përkuljes, duke matur ndryshimin e ngarkesës së zbatuar (aplikuar) në funksion të zhvendosjes ndërmjet dy pikave të ndodhura nga të dy anët e një plasaritjeje.

Vlen të theksohet që në fillim se këto prova janë shumë të ndërlikuara, kërkojnë pajisje të sofistikuara dhe kuadër të përgatitur profesional.

Përcaktimi i rezistencës ndaj thyerjes bëhet në kampione me trashësi të madhe, që e bën provën mjaft të kushtueshme, madje shpeshherë edhe të pamundur për tu realizuar nëse materiali nuk është i disponueshëm në trashësinë e kërkuar.

Për zbutjen e këtijë kriteri të trashësisë shpeshherë shkohet në kërkimin e korrelacioneve të mundshme me energjinë (punën) goditëse të Charp-it ose me ndonjë karakteristikë tjetër korrelative, si p. sh.: me temperaturën tranzitore të thyerjes (Tk) ose me kufirin e rrjedhshmërisë (Re).

Rëndësia praktike e këtij parametri të mekanikës elstike lineare të shkatërrimit (MELSH) qëndron në ate se ky parametër është përvetësuar si kriter i zgjerimit jostabil të plasaritjes dhe arritjes së një vlere kritike (Kc). Kjo vlerë (Kc) është pra madhësi karakteristike e brishtësisë (frazhilitetit. Vendosja e indeksit I, II ose III siç dihet ka domethënien e zgjerimit të plasaritjes.

I II III

Ngjashëm si edhe për vetitë tjera mekanike të zakonshme (Re, Rm), u paraqit nevoja edhe e përcaktimit të KIC, andaj në kuadër të ASTM (American Society for Testing and Materials-ASTM) dhe grupit 24 (ASTM E-24-Komisioni për shkatërrim) u shqyrtua mundësia e definimit të formës, përmasave të kampioneve dhe procedurës për përcaktimin e vlerave konsistente të KIC. Kjo përpjekje në fund rezultoi me hartimin e një satndardi për përcaktimin e KIC (ASTM Standard E-399-83)- Standard Test Method for Plane Strain Fracture Toughness of Metallic Materials.

Vlen të theksohet se pas këtij standardi edhe:

- Byroja për standardizim e Britanisë së Madhe (BSI),

-Shoqata japoneze e inxhinierave të makinerisë (JSME),

-Shoqata evropiane për integritetin e konstruksioneve (European Structural Integrity Society-ESIS), kanë përgatitur standarde përkatëse për përcaktimin e rezistencës ndaj thyerjes-KIC.

Për shkak të kërkesave specifike të definuara me konceptin e mekanikës elastike-lineare të shkatërrimit (MELSH), përcaktimin eksperimental te KIC duhet të plotësohen këto kondita:

dimenzionet e mostrës (kampionit) duhet të jenë më të mëdha se madhësa e zonës plastike në majë të plasaritjes,në çastin e përhapjes jostabile të plasaritjes duhet të ekzistojë mundësia e regjistrimit preciz të ngarkesës,për formën (trajtën) përkatëse të kampionit duhet të dihet ekuacioni adekuat, gjegjësisht raporti ndërmjet faktorit të intensitetit të sforcimit, sforcimit dhe gjatësisë së plasaritjes.

rp

B

a W-a

W

P

P

Trashësia B >> rp

Gjatësia e plasaritjes, a >> rp

ligamenti, W-a >> rp

pys

IC

pys

IC

pys

IC

rK

aW

rK

a

rK

B

255.2

255.2

255.2

2

2

2

≥

≥−

≥

≥

≥

≥

σ

σ

σ

Forma dhe dimensionet e mostrave (kampioneve) për përcaktimin e K IC

Provat shpeshherë realizohen me kampione kompakte të cilët i nënshtrohen tërheqjes (CT-Compact Tension Specimen) ose me kampione të cilët i nënshtrohen lakimit në tre pika (SENB-Single Edge Notched Specimen for Bending).

Mostra për tërheqje

Mostra për lakim

Vlen të theksohet se përveç mostrave të dhëna më parë (CT dhe SENB), për përcaktimin e KIC mund të përdoren edhe mostra tjera siç prezantohen në vazhdim:

Prova realizohet në dy faza:krijimi i plasaritjes reale nëpërmjet ngarkesës ciklike në pulzator,ngarkimi me ngarkesa statike deri në thyerje duke e regjistruar edhe diagramin forca-zgjerimi i plasaritjes në pajisjen universale.

Në pajisjen servo-hidraulike për provë ekziston mundësia që të dy fazat e provës të realizohen në të njejtën pajisje. Regjistrimi i diagramit forca-zgjerimi i plasaritjes (faza e dytë e provës) skematikisht është prezantuar në fig. ne vazhdim.

Në mostrat (kampionet) provuese siç është theksuar edhe më parë duhet të krijohet një paraplasaritje me thellësi minimale prej 1.5mm.

Pajisja për krijimin e paraplasaritjes me lodhje

1-matësi i zgjerimit të plasaritjes 2-pajisja për lakim 3-regjistruesi x-y

Gjatë provës në pajisjen përkatëse regjistrohet diagrami që prezanton varësinë e ngarkesës me çvendosjen, përkatësisht zgjerimin e plasaritjes.

Gjatë realizimit të provës për përcaktimin e KIC është me rëndësi të përcaktohet ngarkesa e cila i korespondon (përgjigjet) zgjerimit prej 2% të plasaritjes, që përcaktohet duke iu shmangur pjesës lineare të kurbës.

Vlera prej 2% e zgjerimit të plasaritjes gjatë përcaktimit të KIC i përgjigjet vlerës kufitare të deformimit elastik (dmth se deri në këtë vlerë të ngarkesës nuk shfaqet efekti i deformimit plastik, pra gjendemi akoma në zonën e deformimeve plastike, përkatësisht në zonën që i korespondon MELSH:

Fazat e realizimit të provës për përcaktimin e KIC

Krijimi i paraplasaritjes

Ngarkimi

Shkatërrimi-Thyerja

Përcaktimi i KIC me mostrën SENB

Matësi i zgjerimit të plasaritjes përforcohet mekanikisht nga të dy anët e kanalit të punuar me gëdhendje (përpunim me prerje-heqje ashkle) dhe ndryshimi i gjërsisë së plasaritjes së bashku me signalin elektrik të forcës bartet në regjistruesin e diagramit forca-zgjerimi i plasaritjes. Varësisht nga lloji i materialit dhe i konditave të provës (p.sh. temperatura e provës) mund të paraqiten tre tipe karakteristik të diagramit forca-zgjerimi i plasaritjes, figura ne vazhdim:

Te diagrami tip 2 pas qëndresës (sjelljes) elastiko-lineare në kohëzgjatje relativisht të gjatë, të materialit, pas arritjes së forcës FQ vjen deri te ramja e përkohshme e forcës (ngjashëm si te forca në kufirin e rrjedhshmërisë gjatë provës statike të tërheqjes).

Diagramin tip 3 e karakterizon sjellja elastike -lineare e materialit, ndërsa gjatë llogaritjes merret forca FQ =Fmax

Pas llogaritjes së ngarkesës FQ, përcaktohet edhe KIC , varësisht prej llojit të mostrës (kampionit) të shfrytëzuar:

-Mostra (kampioni) CT

=W

af

WB

LOADK I *

* 21

23

432

1

6.572.1432.1364.4886.02

−

−

+

−

+

+

=

Wa

W

a

W

a

W

a

W

a

W

a

W

af

Loads-Ngarkesa FQ

-Mostra (kampioni) SENB

=W

af

WB

SLOADK I *

*

*23

Loads-Ngarkesa FQ

23

221

1212

7.293.315.2199.13

−

+

+

−

−−

=

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

W

af

Gjërësia e kampionit dhe gjatësia e tij duhet të maten në planin (rrafshin) e plasaritjes në tre vende (pozicione) me saktësi prej 0.1%.

Vlera e gjatësisë së plasaritjes merret si mesatare algjebrike e tri matjeve.

Llogaritja e KIC sipas prezantimit të mësipërm, pra janë vlera kritike të rezistencës ndaj thyerjes, përkatësisht të faktorit të intensitetit të sforcimit sipas mekanikës elastike lineare të shkatërrimit (MELSH). Këto vlera, pra shfaqin rezistencën e materialit ndaj thyerjes në mjedis joagresiv (jokorrodues) dhe në prani të një plasaritje me majë të mprehtë. Gjithashtu duhet theksuar se këto vlera vlejnë për gjendjen e deformuar planare dhe për modelin e hapjes së plasaritjes I. Poashtu vlen te theksohet se në këtë rast supozohet se vlera e deformimit plastik është minimale.

Mundësistë e përdorimit të përcaktimit eksperimental të KIC sipas udhëzimeve të prezantuara më lartë janë:Gjatë hulumtimit dhe zhvillimit të materialeve për përcaktimin e faktorëve metalurgjikë, si psh.:

-përbërjes kimike,

-përpunimit termik,

-saldimit, etj.Gjatë vlerësimit për shfrytëzim (eksploatim) të përshtatshmërisë së materialeve për qëllime të veçanta (specifike) dhe në kondita të caktuara të gjendjes së sforcuar,

Gjatë pranimit dhe kontrollit të cilësisë të materialeve të caktuara, por vetëm në kondita paraprakisht të caktuara dhe kur trashësia e materialit i përmbush kërkesat e caktuara të standardit.

Vlerat e përfituara të KIC varen edhe nga:

-temperatura,

-shpejtësia e deformimit,

-mjedisi rrethues,

-gjeometria e mostrës (kampionit).

Ndikimi i drejtimit të marrjes së mostrave

Për dallim nga provat tjera mekanike të materialeve, përcaktimi i KIC është shumë më preciz (më i saktë) dhe kërkon një përkushtim dhe analizë më të detajuar të rezultateve të fituara.

Gjithë ky aktivtet dhe përkushtim duhet të bëhet në të gjitha fazat e realizimit të provës (para, gjatë dhe pas realizimit).

Vetëm nëse prova realizohet me përkushtim të plotë, mund të fitohen rezultate të vlefshme dhe të besueshme për materialin të cilit i përcaktohet rezistenca ndaj thyerjes shkatërrimit.

Intervali i ndryshimit të vlerave të KIC për çeliqe të ndryshme të karbonit dhe të përlidhur: