IMK-14 OKTOBAR A.D. KRU[EVAC

Adresa:1) Fakultet tehničkih nauka, Kosovska Mitrovica

2) Vojnotehnički institut, Beograd

Kategorizacija rada:PREGLEDNI RAD

1. UVODZa zavarivanje ploča izabrana je, kao

Za ispitivanje ponašanja osnovnog metala dodatni materi-jal, bazična niskovodonična i zavarenog spoja izabran jeniskolegirani čelik, elektroda TENACITO-75, prečnika3,25 i 4,0 visoke čvrstoće, Nionikral 70. IzraĊen u mm.Izbor dodatnog materijala je izvršen na elektropeći, odliv-en u brame, prevaljan u osnovu osobina i debljineosnovnog materijala i slabove, a potom u lim debljine 18mm. na osnovu izabranog postupka zavarivanja [2],Ojačanja je izvršeno kombinacijom klasičnog prema pre-

porukama definisanim katalogom poboljšanja (kaljenje iotpuštanje) uz dodatnih materijala proizvoĊača ACRONIusitnjavanje zrna podesno izabranim hemijskim Jesenice.Mehaničke osobine i hemijski sastav sastavom, mikrolegi-ranjem i odgovarajućim korišćene elektrode prikazane suu Tabeli 2 [2]. taloženjem. Mehanička svojstva i hemijskiZavareni spoj je sučeoni 2/3 X-šav. Priprema sastavdostavljenih limova dati su u Tabeli 1 [2]. žleba izvršena jeprema standardu SRPS C. Isporučilac materijala su"ACRONI-Slovenske T3.030. Železarne" Jesenice.

2. ISPITIVANJA PROMENLJIVIM OPTEREĆENJEMDelovi konstrukcija i mašina su izloženi, u radu,

najčešće promenljivom opterećenju, Slika 1. Za određi-vanje veka, tako opterećenog dela, potrebno je da naponi,koji se zadaju pri ispitivanju, imaju isti tok promena kao iu eksploataciji. Za poređenje različitih materijala sobzirom na njihove osobine pri zamoru, kao i za osnovnaistraživanja pri periodičnom opterećenju, obično se koristiuprošćen način ravnomernog opterećivanja.Amplituda napona Sa definisana je sa:

a srednji napon Sm sa:

Uvodi se i pojam odnosa napona u obliku:

Rezime: Veliki broj delova mašina i konstrukcija izložen je, u toku rada, opterećenjima promenljivim po veličini, a čestoi po smeru. Posle dugotrajnog dejstva, periodično promenljivih, opterećenja može da nastane postepeno razaranjematerijala. Ta pojava naziva se zamor, a tako izazvan lom, lom usled zamora. Oštećenja konstrukcija, izazvana zamorommaterijala, predstavljaju 60-90 % svih oštećenja konstrukcija u eksploataciji [1]. Značaj zamornih oštećenja, čak i akosu na donjoj granici ove procene, je očigledan, posebno kada se zna da veliki broj ovakvih oštećenja dovodi do katas-trofalnih havarija. Kako bi se sigurnost delova konstrukcije, a time i konstrukcije u celini, obezbedila u potpunosti nanivou već dostignute sigurnosti, ili čak i poboljšala, detaljno proučavanje mehaničkih i eksploatacijskih svojstava kakokonstrukcijiskih materijala tako i zavarenih spojeva treba da prethodi njihovoj praktičnoj primeni. Zbog toga se prouča-vanju zamornih lomova i uslova u kojima dolazi do pojave i rasta zamornih prslina posvećuju obimna istraživanja.Ključne reči: zamor, lom, prslina, zavareni spoj,osnovni metal, trajna dinamička čvrstoća

ODREĐIVANJE TRAJNE DINAMIČKE ČVRSTOĆE EPRUVETA OSNOVNOGMETALA I ZAVARENOG SPOJA NISKOLEGIRANOG ČELIKA POVIŠENE

ČVRSTOĆEIvica Čamagić1), Nemanja Vasić1), Zlatibor Vasić1), Zijah Burzić2), Aleksandar Todić1)

IMK-14 Istra`ivanje i razvoj, Godina XVII, Broj (38) 1/2011. 53

IMK-14 OKTOBAR A.D. KRU[EVAC

IMK-14 Istra`ivanje i razvoj, Godina XVII, Broj (38) 1/2011.54

S obzirom na veličine Sm i Sa, odnosno Sg i Sd, definišuse različita karakteristična promenljiva opterećenja:

Posebni slučaj naizmeničnog opterećenja sa Sm=0 nazivase čisto naizmenično opterećenje, Slika 2.

Umesto između dva konstantna napona, naiz-menično opterećenje može da osciluje i između dve kon-stantne dilatacije: gornje εg i donje εd. U tom slučaju se nasličan način definišu amplituda dilatacije εa i srednjadilatacija εm.

Rezultati ispitivanja unose se u koordinatni sis-tem na kome su, kao ordinate, nanete amplitude napona,uz naznačenje srednjeg napona, a kao apscise odgovara-jući brojevi ciklusa do loma. Na osnovu ispitivanja unosese tačke i spajaju se u kontinualnu krivu, Slika 3, kojanajpre strmo pada, a zatim postepeno prelazi u horizontal-nu pravu. Ovako dobijen dijagram naziva se dijagramzamaranja ili Velerova kriva (S-N kriva [3]). Napon kojiodgovara horizontalnom delu Velerove krive predstavljadinamičku čvrstoću. Prema tome, dinamička čvrstoća Sfmože se iskazati kao napon sastavljen od zbira srednjegnapona Sm i najveće amplitude napona Sa, koji epruvetamože da izdrži bez loma i pri neograničenom broju ciklusa.

Dinamička čvrstoća pri Sm≠ 0 ima oblik:Sf = Sm + Sa. (4)

Za ilustraciju su na Slici 3 prikazane dve karakterističneS-N krive, dobijene ispitivanjem jednog istog materijala, ito bez korozije i sa korozijom, pri srednjem naponu Sm=0.Kod krive "a" postignut je granični broj ciklusa, odnosno

amplituda napona je dostigla graničnu vrednost, koja senaziva trajna dinamička čvrstoća Sf [4]. Kod krive "b"granični broj ciklusa ne postoji, odnosno amplituda se tra-jno smanjuje sa povećanjem broja promena opterećenja.

Slika 2. Shema naizmenično promenljivog opterećenja.R = -1

IMK-14 OKTOBAR A.D. KRU[EVAC

IMK-14 Istra`ivanje i razvoj, Godina XVII, Broj (38) 1/2011. 55

Ispitivanje promenljivim opterećenjem može seizvesti, umesto do graničnog broja ciklusa, do nekog odre-đenog broja ciklusa. Na taj način može se odrediti dina-mička čvrstoća za N ciklusa, koja se zove i vremenskačvrstoća. Dinamičku čvrstoću za N ciklusa treba shvatitikao napon sastavljen od zbira srednjeg napona Sm inajveće amplitude napona Sa koji materijal može da izdržisamo za određeni broj ciklusa, odnosno samo određenovreme. Po isteku tog vremena, odnosno broja ciklusa,treba računati sa lomom. Dinamička čvrstoća za N ciklusaveća je od trajne dinamičke čvrstoće, i od značaja je ako zavreme procenjenog veka trajanja neke mašine pojedinidelovi treba da izdrže samo ograničeni broj promenaopterećenja [5].

Rezultati ispitivanja na zamor pokazuju čestorasipanja, veća nego kod ostalih mehaničkih ispitivanjametala, pa je zato, u cilju dobijanja što pouzdanijih podata-ka, potrebno ispitati veliki broja epruveta i rezultateinterpretirati statistički.

Na rezultate ispitivanja zamora utiče veliki brojfaktora, tako da je od značaja izbor tipa i režimaopterećenja (u kontroli sile ili pomeranja, savijanje ilizatezanje), parametara ciklusa (amplituda, znak, opseg,

učestalost i dijagram promene opterećenja u ciklusu),oblik epruvete (pravougaonog ili kružnog preseka, glatkeili zarezane), broja ciklusa, kriterijuma za ocenu (pojavaprvih makroprslina, smanjenje opterećenja, lom) [6].

3. REZULTATI ISPITIVANJASamo ispitivanje je rađeno na visokofrekventnom

pulzatoru, AMSLER, na sobnoj temperaturi i pri vlažnostivazduha od 70%. Visokofrekventni pulzator može da ost-vari sinusoidalno, naizmenično, promenljivo opterećenje uopsegu od -100 do 100 kN. Srednje opterećenje i amplitu-da opterećenja je registrovana sa tačnošću ±50 N.Ostvarena učestanost se kretala od 140-150 Hz, u zavis-nosti od veličine opterećenja. U cilju potpunije ocene pon-ašanja materijala pri dejstvu promenljivog opterećenja, aimajući u vidu debljinu epruvete, rađen je najkritičnijislučaj delovanja promenljivog opterećenja, i to naiz-menično promenljivo opterećenje R = -1 (zatezanje – pri-tisak). Shema delovanja promenljivog opterećenja je datana Slici 2 [2].

Postupak ispitivanja, kao i epruvete za ispitivan-je definisane su standardom ASTM E466 [3]. Skica iizgled epruveta za ispitivanje promenljivim opterećenjem-je prikazan na Slici 4 [2].

Rezultati ispitivanja promenljivim opterećenjem su prikazani grafički, u obliku S-N (Velerove) krive, za zavareni spojna Slici 5, a za osnovni metal na Slici 6 [2].

Broj ciklusa, NSlika 5. S-N dijagram epruveta zavarenog spoja

Broj ciklusa, NSlika 6. S-N dijagram epruveta osnovnog metala

IMK-14 OKTOBAR A.D. KRU[EVAC

IMK-14 Istra`ivanje i razvoj, Godina XVII, Broj (38) 1/2011.56

4. ZAKLJUČAKPri ovom se ispitivanju utvrđuje broj promena

opterećenja do loma pri dejstvu opterećenja konstantnograspona i standardom se zahteva podatak o veličini naponapri kojoj ne dolazi do inicijacije prsline ili loma posleodređenog broja ciklusa. Ovo je ispitivanje izuzetno skupoi opravdano je kada su potrebni podaci za projektovanje saaspekta zamora i mehanike loma delova koji su izloženidugotrajnom promenljivom opterećenju u ukupnom pro-jektnom veku konstrukcije [1]. Standard ASTM E 468-82definiše trajnu dinamičku čvrstoću, Sf, za čelične materi-

jale posle 107 ciklusa [5]. Dobijene vrednosti trajnedinamičke čvrstoće, Sf, ispitivanjem epruveta zavarenog

spoja i osnovnog metala, pri približno 107 ciklusa, sudosta bliske. Trajna dinamička čvrstoća, Sf, zavarenogspoja je 516 MPa, a osnovnog metala je 507 MPa. Naime,kod oba ispitivanja do inicijacije i do loma je došlo uosnovnom metalu, što i objašnjava dobijene vrednosti,koje u stvari predstavljaju trajnu dinamičku čvrstoćuosnovnog metala i ukazuju da je osnovni metal u uslovimadelovanja promenljivog opterećenja najlošija komponentazavarenog spoja [2].

LITERATURA[1] BURZIĆ, Z., Ispitivanje promenljivim opterećenjemglatkih i zarezanih epruveta, 7. Tematski zbornik radova,Eksperimentalne i numeričke metode u oceni integritetakonstrukcije, V. Plana, str. 75-92, 1997.[2] Ivica Čamagić, Analiza napona i deformacija zavarenihspojeva niskolegiranih čelika povišene čvrstoće u prisus-tvu prslina, magistarski rad, Fakultet tehničkih nauka,Kosovska Mitrovica, 2009.[3] ASTM E466-82, Standard Practice for ConductingConstant Amplitude Axial Fatigue Tests of MetalicMaterials, Annual Book of ASTM Standards 1986, Vol.03.01, str. 571.[4] GRIFFITH, A. A., The Phenomena of Repture andFlow in Solids, Trans R. Soc, London 1920, Vol. A221, str.163.[5] IRWIN, G. R., Fracture, Handbuch der Physic VI,Springerverlag, 1958.[6] ASTM E466-89, Standard Practice for ConductingConstant Amplitude Axial Fatigue Tests of MetallicMaterials, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 03.01,p. 571, 1989.[7] ASTM E468-82, Standard Practice for Presentation ofConstant Amplitude Fatigue Test Results for MetalicMaterials, Annual Book of ASTM Standards 1986, Vol.03.01, p. 582.

DETERMINATION OF THE HIGH STRENGTH LOW ALOYED STEELSPECIMENS ENDURANCE LIMIT IN THE BASE METAL AND THE WELDED

JOINT

Summary: A number of machine parts and structures, in exploitation, is exposed to loads variable by size and often bydirection. Gradual deterioration of the material can appear after long term exposure to periodically variable loads. Thatphenomenon is called fatigue, and the fracture it caused fatigue fracture. Fracture damages, caused by fatigue, present60-90 % of all damages of structures in exploitation [1]. The importance of fatigue damages, even if they are on the bot-tom line of this estimation, is obvious, especially when we know that great number of this damages leads to catastroph-ic breakdowns. In order to fully ensure the safety of structure parts, and the safety of whole structure, on the level ofreached safety, or even to improve it, detail study of mechanical and exploitation properties of structure materials aswell as welded joints should precede its practical application. Therefore, extensive research is devoted to the study offatigue fractures and conditions under which fatigue cracks initiate and propagate.Key words: fatigue, fracture, crack, welded joint, base metal, endurance limit