51
Prof.dr Darko Bajić Mašinski fakultet Podgorica [email protected] Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila – izduženje Dijagram sila - skraćenje

Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

Prof.dr Darko BajićMašinski fakultet [email protected]

Svojstva materijalaVrste ispitivanjaDijagram sila – izduženjeDijagram sila - skraćenje

Page 2: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

2

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Svojstva (osobine) materijala:

A.Fizičkasvojstva - gustina, temperatura topljenja, specifična toplotna kapacitativnost, toplotna provodnost, koeficijent linearnog širenja, električna i magnetna svojstva

B.Mehaničkasvojstva - čvrstoća, elastičnost, žilavost, tvrdoća ...C.Hemijskasvojstva - definišu hemijski sastav materijala, otpornost prema koroziji,

toksičnost ...D.Tehnološkasvojstva – mogućnost deformisanja, zavarivanja, lemljenja, livenja,

obrade rezanjem i termičke obrade.

Page 3: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

3

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

FIZIČKASVOJSTVAMATERIJALA

Gustina, ρ, kg/m3

Gustinamaterijalasedefinišekaoodnosmasepremajedinicizapremine:

Gustina materijala zavisi od:- atomske težine- prečnika atoma i- pakovanja atoma u kristalnoj rešetki.

Gustina ima veoma značajnu ulogu pri definisanju konstruktivnih parametara nekog materijala:- specifične čvrstoće - Rm/- specifične krutosti - E/

Specifična čvrstoća i specifična krutost ako imaju visoku vrijednost, to je posebno značajno zaautomobilsku, vazduhoplovnu i raketnu industriju – lake konstrukcije.Legirajući elementi imaju mali uticaj na gustinu materijala legure.

Temperatura topljenja, T, °C

- Vrijednost temperature topljenja zavisi od energije koja je potrebna da bi se razdvojili atomi u kristalnoj rešetki.

- Vrijednost temperature topljenja materijala je bitna pri izboru materijala za konstrukciju, a takođe i pri definisanju potrebne termičke obrade.

- Legirajući elementi imaju uticaj na vrijednost temperature topljenja legure.

𝜌𝑚𝑉 , kg/m

Page 4: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

4

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Koeficijent linearnog širenja, , °C-1

Promjenom temperature, materijal prostorno (3D) mijenja svoje dimenzije - zapreminska promjena.Pokazatelji ovih promjena su:

- koeficijent linearnog širenja - , °C-1

- koeficinet zapreminskog širenja - , °C-1

Koeficijent linearnog širenja je obrnuto proporcionalan temperaturi topljenja Ttop.

=3

Dilatacija na mostuIzvijanje šina – sunčeve strane

Bimetal

Legirajući elementi imaju relativno mali uticaj na koeficijent linearnog širenja legure.

Page 5: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

5

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Toplotna provodnost, k, W/mK

- Sposobnost materijala da provodi toplotu.- Materijali sa metalnom vezom (metalni materijali) imaju dobru toplotnu provodnost.- Materijali sa jonskom i kovalentnom vezom (plastika i keramika) su slabi provodnici toplote.- Legirajući elementi imaju značajan uticaj na toplotnu provodnost legure. - Al – visoka toplotna provodnost- Ti – niska toplotna provodnost

Specifična toplotna kapacitativnost, c, J/kgK

- Potrebnaenergijadabisetemperaturajediničnemasematerijalapovećalaza1°C.- Legirajući elementi imaju relativno mali uticaj na specifičnu toplotnu kapacitativnost materijala.- Što je manja vrijednost c, pri obradi materijala dolazi do većeg porasta temperature.

Page 6: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

6

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Električna svojstva

Električni otpor – R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnogpresjeka (A).Specifičnaelektričnaotpornost() – još jednostavnije električnaprovodljivost- .

Provodljivost provodnika koji ima električni otpor od 1.

Sa porastom temperature raste otpor, a opada provodljivost provodnika.

Magnetna svojstva

Magnetostrikcija– sposobnost feromagnetnih materijala da mijenjaju svoje dimenzije (do 0,01%), kada su izložena promjenjivom magnetnom polju.

Page 7: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

7

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Piezoelektričniefekat– pojava elektromotorne sile kada se na kristal (feroelektrični materijal) djeluje silom pritiska.

Kristal postaje električki polarizovan. Polarizacija kristala jenajveća kada je naprezanje usmjereno u pravcu piezoelektričneose kristala. Promjenom smjera deformacije (pritisak-zatezanje)dolazi do polarizacije obrnutog smjera.Najznačajniji piezoelektrični materijal je kvarc (SiO2), a tu su jošturmalin (silikati), kost, svila, drvo, vještački materijali: nekevrste keramike, plastike i kristala.

Konstrukcioničelici– svojstva ili konstante koje su karakteristične za čelike ove klase: Modul elastičnosti E= 207 kN/mm2

Modul klizanja G= 81 kN/mm2

Poasonov koeficijent ν = 0,3 Specifična masa γ = 7850 kg/m3

Page 8: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

8

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

MEHANIČKASVOJSTVAMATERIJALA

Mehanička svojstva materijala čine skup njegovih osobina koje definišu njihovo ponašanje kadaje izloženo dejstvu spoljašnjih sila.Mehanička svojstva određuju (ne)mogućnost njihove primjene u izradi neke konstrukcije.Važna mehanička svojstva materijala su:

ČvrstoćaTvrdoćaŽilavostOtpornost na zamorOtpornost na puzanje.

Pri određivanju mehaničkih svojstava, neophodno je uzeti u obzir sledeće faktore: Vrstu naprezanja (zatezanje, pritiskanje, smicanje, savijanje, uvijanje ili njihova

kombinacija) Način dejstva sile (statičko, dinamičko i tehnološko).

Kod statičkog dejstva sile (zatezanje, pritiskanje, smicanje, savijanje, uvijanje) materijal jeizložen mirnom naprezanju koje se kontinualno povećava,Kod dinamičkog dejstva sile (zamorom, utiskivanjem, udarom) sila koja djeluje na materijalispoljava se u obliku udara ili menja intenzitet i smjer (veliki broj promjena u jedinici vremena).

Page 9: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

9

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Tehnološko dejstvo sile (duboko izvlačenje limova, savijanje, uvijanje, namotavanje žice) stvarauslove veoma slične onima kojima će materijal (element) biti izložen tokom prerade i/ilikonkretne primjene.

Temperatura ispitivanja (niska, sobna ili povišena temperatura).Mehanička svojstva određujemo metodama sa razaranjem. Materijal nakon ispitivanja jeneupotrebljib, izuzev kao sirovina za pretapanje (metalni materijali).

ISPITIVANJAMATERIJALA

- Prvi pisani tragovi o ispitivanjima materijala potiču od Leonara da Vinčija – 1519. godineispitivanje zatezne čvrstoće žice.

- Od vremena Leonarda da Vinčija (XVI vijek) do danas se kontinuirano usavršavaju tehnike ipostupci ispitivanja materijala.

- Razvoj tehike i informatike omogućavaju unapređenje postupaka ispitivanja svih materijala.Prva ispitivanja materijala:- 1638. godine – Galileo Galilej, određivao loma materijala savijanjem- 1807. godine – Thomas Young, određivanje modula elastičnosti- 1867. godiene – Tomas Woeler, ispitivanje materijala zanaranjem .....

Page 10: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

10

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

MEHANIČKAISPITIVANJA

Svoj

stva

otp

orno

sti

Zatezna čvrstoća

Granica tečenja

Granica proporcionalnosti

Granica elastičnosti

Modul elastičnosti

Svoj

stva

def

orm

acije Izduženje

Kontrakcija

Ravnomjerna deformacija

Pritiskanjem

Savijanjem

Uvijanjem

Smicanjem

Zatezanjem Druga Određivanje dinamičke čvrstoće

Određivanje žilavosti

Zamor materijala

Udarna žilavost

Udarna čvrstoća

Zatezna

Savojna

Specijalna

Razdvajanje energije loma

Temperatura hladnog loma

KOD

Osciloskopska

Standardna Tvrdoća Specijalna ispitivanja Sila promjenjive vrijednosti

Udarom

PREMA TEMPERATURI ISPITIVANJA DINAMIČKA ISPITIVANJA STATIČKA ISPITIVANJA

snižena sobna povišena

Stat

ički

m d

ejst

vom

sile Brinelova metoda

Vikersova metoda

Rokvelova metoda

MikrotvrdoćaDi

nam

ički

m d

ejst

vom

sile

Poldijeva metoda

Šorova metoda

Mehanika loma

Koeficijenti intenziteta

Otvaranje prsline

Energija prsline

Page 11: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

11

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

S0 F

FZatezanje

L0 L1

F

F

S0

Pritisak

L0 L1

S0 F

F

Smicanje

Torzija

• Deformacija – promjena dimenzija materijala usled dejstva spoljašnje sile.

Page 12: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

12

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Δl

F

Elastičnadeformacija

• Deformacija može biti:

- elastičnadeformacija– po prestanku dejstva spoljašnje sile nestaju i dimenzije tijela se vraćaju u svoj prvobitni oblik

l0

Δl

F

l1(= l0)

l1=l0+Δl0

Page 13: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

13

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Δl

F

Plastičnadeformacija

- plastična deformacija– trajna jer po prestanku dejstva spoljašnje sile dimenzije tijela su trajno promijenjene

l0

F

l1=l0+ΔlElastičnadeformacija

l0

ΔlΔ

Page 14: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

14

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

• Veza između sile (spoljašnje) i napona u opterećenom materijalu!• Odnos intenziteta spoljašnje sile i površine poprečnog presjeka materijala na koji djeluje ta

sila izražava se izrazom:

𝜎 𝑅𝐹𝑆

N/mm2(=MPa)

Standardima definisano: oblik i dimenzije epruveta (uzoraka za ispitivanje), metodologija i mjesto uzorkovanja, način dejstva spoljašnje sile, temperaturu na kojoj se izvodi eksperiment, način prikaza rezultata.

Page 15: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

15

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

ISPITIVANJEZATEZANJEMNajznačajniji postupak ispitivanja materijala sa razaranjem.Intenzitet sile se mijenja određenom brzinom sve do prekida epruvete.Određujemo: Svojstva otpornosti - naponi

• Napon tečenje - Re, N/mm2– najznačajnije svojstvo materijala pridimenzionisanju elemenata; max. nivo napona kojim se elementsmije opteretiti mora biti niži od napona Re , a to se definišestepenom sigurnosti.

• Zatezna čvrstoća - RM,N/mm2

Svojstva deformacijeo Procentualno izduženje – A5,65; A11,3, % - dobar je reper ocjene

metalurškog kvaliteta čelika, jer ukoliko je izražena poroznostmaterijala ili postojanost nemetalnih uključaka, izduženje nagloopada.

o Procentualno suženje poprečnog presjeka (kontrakcija) - Z,%-dobar je pokazatelj obradljivosti metala plastičnim deformisanjem.

o Modul elastičnosti - E,N/mm2 – otpornost materijala prema deformaciji (određen silama međuatomskih veza).

S0 F

F

L0 L1

Page 16: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

16

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Ispitivanje zatezanjem se izvodi na:• Sobnojtemperaturi(18± 3°C)

određivanje svojstava otpornosti, određivanje sposobnosti deformacije,

• Povišenim temperaturama kratkotrajnom zagrijavanje, dugotrajno zagrijavanje,

ispitivanje na puzanje ispitivanje na relaksaciju

• Sniženim temperaturama (temperature<0°C)

MEST EN ISO 6892-1:2018 - Metalni materijali - Ispitivanje zatezanjem - Dio 1: Metodaispitivanja na sobnoj temperaturiMEST EN ISO 6892-2:2012 - Metalni materijali - Ispitivanje zatezanjem - Dio 1: Metodaispitivanja na povišenim temperaturama

Page 17: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

17

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Epruvete se uzorkuju: sječenjem (rezanjem) iz materijala, presovanjem iz materijala, livenjem ....

L0 – početna mjerna dužina, mmLc – prelaz između mjernog dijela i radijusa, mmLt – ukupna dužina epruvete, mmMjerna dužina podijeljena je na mjerne značke – obilježavanje se vrši bez mehaničkih oštećenja.Prema dimenzijama:

Proporcionalne - odnos L0 i S0 𝐿 𝑘 · 𝑆a) zak= 5,65 L0=5d0 - normalno kratke epruveteb) za k= 11,3 L0=10d0 - normalno duge epruvete

Neproporcionalne – kada nije moguće napraviti proporcionalnu (užad, lanci itd) –tehničkaepruveta

b:a=4:1

Page 18: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

18

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Metal šava

Zona uticaja toplote

Uzorkovanje epruveta

Tehničke epruvete

Sl.1

Sl.2

Sl.3

Sl.4

Page 19: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

19

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Brzina opterećenja zavisi od modula elastičnosti materijala:- Za E<150 N/mm2 brzina opterećenja je od 1 - 10 N/mm2 s- Za E≥150 N/mm2 brzina opterećenja je od 3 - 30 N/mm2 s.

Gornja stezna glava (čeljusti)Epruveta

Donja stezna glava (čeljusti)

Upravljački dio

Page 20: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

20

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Page 21: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

21

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

P - granica proporcionalnostiE - granica elastičnosti (trajna deformacija od

0,05% od početne dužine epruvete)T - granica tečenja - gornja i donja

trajna plastična deformacija (0,2% od početne dužine epruvete – konvencionalninapontečenjaRp0,2)

M – maksimalni naponK – lom epruvete

Hukov zakon – linearna zavisnost jedničnoizduženje‐napon

ε, %

P

M

KTH

TL

R MR e

R p

Napon

𝜀 · 100% ∆ · 100%

E

- Trenutno izduženje ΔL=Lt - L0, mm- Ukupno izduženje ΔLu=Lu - L0, mm- Jedinično izduženje ε, %

a)b) c)

d)

Page 22: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

22

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Тrajna plastična deformacija od 0,2% od početne dužine epruvete – konvencionalninapontečenja(Rp0,2)

Rp0,2

0,2

Napon, MPa

ε, %

M

P

Plast.def.

Elast.def

Napon, MPa

Deformacija Δ, mm

rasterećenje

opterećenje

Elast.oporavak

Plast.deformacija

Sl.1

Sl.2 A          B

Page 23: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

23

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

ε, %

P

E

M

KTH

TLR MR e

HR p

Napon, MPa

R eL

𝑅𝐹𝑆

Re, N/mm2 – napon tečenja

Konvencionalni napon tečenja Rp, N/mm2

Rp0,01, Rp0,2 ili Rp1, N/mm2 – za 0,01%, 0,2% i 1% početne dužine

𝑅 ,𝐹 ,

𝑆

Page 24: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

24

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Određivanje konvencionalnog napona tečenja: - grafička metoda- metoda ekstenzometra

Napon, MPa

ε, %

R p0,2

0,2

Napon tečenja realnog mašinskog dijela se razlikuje od napona tečenja standardne epruvete:Rrm=ψRe

Rrm‐ napon tečenja mašinskog dijelaψ - faktor uticaja veličine poprečnog presjekaRe - napon tečenja

Page 25: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

25

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

𝑅𝐹𝑆RM, N/mm2 – zatezna čvrstoća

Obilježavanje: sa dvije decimale za izmjerenu vrijednost 0-100 N/mm2 - pr. 78,65 N/mm2

sa jednom decimalom za izmjerenu vrijednost 100-1,000 N/mm2 - pr. 687,6 N/mm2

cjelobrojna vrijednost za izmjerenu vrijednost >1,000 N/mm2 - pr. 1247 N/mm2

Izduženje

Zavisno od momenta mjerenja, tj. u odnosu na trenutak ispitivanja, razlikujemo:• Elastično izduženje – gubisepoprestankudejstvasile(dotačkeE)• Trajno izduženje – negubisepoprestankudejstvasile(odtačkeE)• Neproporcionalno izduženje – silamavećimodtačkeP•Ukupno izduženje ‐ nakonprekidamjerisedužinaioduzimaodpočetneLu‐L0.

Page 26: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

26

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Promjena mjerne dužine Lu - L0 zaokružuje se na 0,25 mm, a procentualno izduženje na 1%.

Metodologija mjerenje dužine nakon prekida epruvete (Lu) zavisi od mjesta prekida:- u oblasti srednje trećine mjerne dužine,- u oblasti jedne od krajnjih trećina,- izvan mjerne dužine.

𝐴 , ,𝐿 𝐿

𝐿 · 100%

ε, %

Nap

on M

K

Procentualno izduženjenakon prekida epruvete (A)

Procentualno ukupno izduženje pri prekidu epruvete (At)

Elastična deformacijaε, %

Nap

on

MK

Plast.deformacija

Elast.deformacija

Ukupnadeformacija

Procentualno izduženjenakon prekida epruvete (A)

Zona elastičnosti materijala

Zona ojačanja

materijala

Zona formiranja

vrata

Sl.1Sl.2

A B C C D

Page 27: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

27

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Mjerni pribor:- Kljunasto pomično mjerilo

- Mikrometarski zavrtanj

Page 28: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

28

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Određivanje početne mjerne dužine L0, mm

Određivanje dužine nakon loma Lu, mm

Početna mjernadužina

Plastična deformacija

Dužina nakon loma

Početni prečnik d0

Smanjenjeprečnika d0

Prečnikanakon loma du

Duktilan (žilav) lom

https://dokumen.tips/documents/nacini-ispitivanja-materijala.html

Page 29: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

29

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

- Mjeri se dužina pi utvrđuje se broj repera (n) - broj repera sa kraće i druge (duže) strane loma trebaju biti jednak (X-Y).

- Ako je N-n paran broj (I slučaj), dužini p se doda sa lijeve i desne strane dužina q(Y-Z).

Lu

n= 4

p qq

L'u

𝑝 2𝑞L'u – korigovanamjerenadužina

𝑝 2𝑞

Nrepera 𝐴 , ,𝑝 2𝑞 𝐿

𝐿 · 100%

- Prekid u sredini ili u okolini sredine broja repera.

𝐴 , ,𝐿 𝐿

𝐿 · 100%- Prekid u jednoj od krajnjih trećina.

Lu‐korigovanamjerenadužina

Nreperap(n‐repera) qq

X Y Z

Sl.1

Sl.2

Sl.3

Page 30: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

30

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

p q

Lu

Nrepera

q1X Y Z Z'

- Ako je N-n neparan broj (II slučaj)

𝐴 , ,𝑝 𝑞 𝑞 𝐿

𝐿 · 100%𝑞𝑁 𝑛 1

2𝑞

𝑁 𝑛 12

Kontrakcija (suženje)

• Kontrakcija ili prekidno suženje je procentualna razlika površine poprečnog presjeka epruvete S0 (prije prekida) i površine poprečnog presjeka na mjestu prekida epruvete Su.

𝑍𝑆 𝑆

𝑠 · 100%𝑆

𝑑 · 𝜋4

𝑆𝑑 · 𝜋

4

Page 31: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

31

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Određivanje početnog prečnika d0, mm Određivanje prečnika nakon loma epruvete du, mm

d0 du

𝑑𝑑 𝑑

2𝑆 𝑎, · 𝑏,

https://dokumen.tips/documents/nacini-ispitivanja-materijala.html

Sl.2Sl.1

Sl.3

Sl.4

Page 32: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

32

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Žilav (duktilan)

Krt

Krt

Deformacija

Nap

on

Duktilan

Duktilnost – svojstvo materijala da se pod uticajem spoljašnjeg naprezanja plastično deformiše prije loma.

Duktilnost = količina apsorbovaneenergije po jedinici zapremine materijala

(J/m3).Površinaispodkrive

Izduženje i kontrakcijapoprečnog presjeka supokazatelji duktilostimaterijala.

Sl.2Sl.1

Sl.4Sl.3

Page 33: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

33

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Veoma duktilni:- Staklo na povišenim

temperaturama- Pb na sobnoj

temperaturi- Polimeri

Krti:- Keramika- Livena gvožđa

Tipična duktilnost kod ugljeničnih čelika

Visoka plastična deformacija i duktilni lomVisoka plastična deformacija i duktilni lom

R,MPa

ε, %

Al legure

Čelik niske čvrstoće

Kaljeni čelik

Čelik visoke čvrstoće

Sl.2Sl.1

Sl.4Sl.3

Page 34: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

34

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Promjena poprečnog presjeka u plastičnoj zoni (T-M) je značajno.

Stvarninaponistvarnoizduženje

Veza između stvarnog i inženjerskog napona i deformacije:

𝑅𝐹𝑆

Rs, N/mm2 – stvarni napon

𝜀 ln ln - stvarna deformacija

𝑅 𝑅 · 1 𝜀

𝜀 ln 1 𝜀

Deformacija

Nap

on

Inženjerski napon-deformacija

Stvarni napon-deformacija

Prekid

Prekid

K- koeficijent ojačanjan - eksponent ojačanja

𝑅 𝐾 · 𝜀

Page 35: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

35

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Tačka presjeka krive sa ordinatom – napon

tečenja.

Page 36: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

36

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Deformacija

Nap

on

t1 t2 t3t4

t1< t2< t3< t4t1< t2< t3< t4

Uticaj temperature na dijagram napon-izduženje

plastičnost i žilavost - rastuRe, Rm i E - opadaju

Modul elastičnosti ili Jangov (Young) modul elastičnosti (E) predstavlja odnos napona (zatezanje,pritiskanje i savijanje - R) i jediničnog izduženja (ε) u oblasti elastičnih deformacija. Odnos napona(R) i jediničnog izduženja (ε) izazvanog torzijom, naziva semodul klizanja (G).

, MPa , MPa𝐸𝑅𝜀𝐸𝑅𝜀

𝑅𝐹𝑆𝑅𝐹𝑆 𝜀

∆𝑙𝐿𝜀∆𝑙𝐿 𝐸

𝐹 · 𝐿𝑆 · ∆𝐿𝐸𝐹 · 𝐿

𝑆 · ∆𝐿

Page 37: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

37

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

, MPa Eje napon koji je potreban da se dužinaepruvete poveća duplo.

R

Vrijednost modula elastičnosti definiše nivo otpornosti materijala prema pojavi deformisanja.

Materijal Modul elastičnosti pri 20C, MPaAl 70 300Cu 112 500W 421 900Fe 210 000Mg 44 300Pb 182 80Sivi liv 100 000

Određivanje E:• Grafička metoda• Metoda ekstenzometra.

𝐸𝐹𝑆𝐸𝐹𝑆∆𝐿 𝐿

𝐸𝑅𝜀 ≡ tan 𝛼

𝐸 tan 𝛼 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

Page 38: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

38

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Ispitivanje pritiskanjem se uglavnom primjenjuje za krte materijale,kao što su sivi liv, mesing, beton, kamen itd.Sila (aksijalna) se mijenja određenom brzinom sve do loma epruvete.Određujemo: Svojstva otpornosti - naponi

o Granica gnječenja (granica velikih skraćenja) – Rpe, N/mm2 –max. nivo napona u poprečnom presjeku epruvete kojiodgovara granici gnječenja.

o Pritisna čvrstoća - Rpm, N/mm2 - određuje se samo kod materijala koji pretrpe lom, a sila Fpm se očitava sa uređaja u trenutku loma.

Svojstva deformacijeo Skraćenje – , %o Proširenje - , %.

F

F

S0

Pritisak

L0 L1

ISPITIVANJEPRITISKANJEM

Page 39: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

39

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

• Ispitivanje na pritiskanje je manjeg značaja za ispitivanje metalnih materijala u odnosu nazetezno ispitivanje.

• Fundamentalne važnosti je za ispitivanje građevinskih materijala: prirodni kamen, cigla, beton, drvo itd.

• Standardom definisani uzorak (epruveta) poznatog poprečnog presjeka se jednolikoopterećuje u uzdužnom pravcu (pravac ose).

• U uzorku prevladava jednoosno stanje napona.• Odnos napona i kompresije uzorka može se pokazati u vidu dijagrama dijagram sile-

skraćenje.

Page 40: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

40

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Raspodjela napona pri ispitivanju pritiskanjem je ravnomjerno jednoosno naponsko polje sanormalnim naponima u ravnima upravnim na podužnu osu epruvete.Smičući naponi se javljaju u svim drugim ravnima, a maksimalna vrijednost je u ravnima poduglom od 45° u odnosu na podužnu osu epruvete tj. pravac pritiskanja.

Ispitivanje se prekida kada se postigne visina epruvete:• h0/3 – za vruće stanje epruvete,• h0/2 – za hladno stanje epruvete.

Page 41: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

41

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

41

d0= 10 – 30 mmL0= (1-3) d0

Page 42: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

42

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Page 43: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

43

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Karakteristične tačke:P – granica proporcionalnosti,E – granica elastičnosti.T – granica gnječenja,M – maksimalna sila,

PET

M

T EP

M

ΔL, mm ΔL, mm

F, N

F, N

elasto‐plastičan materijal

R, MPa

ε, %

P

ET

M (K)

R, MPa

ε, %Sl.2

Sl.1

Sl.3

Page 44: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

44

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Pritisnačvrstoća

- Pritisna čvrstoća je nominalni napon u poprečnom presjeku epruvete - odgovara maksimalnojsili.

- Određuje se samo kod materijala koji pretrpe lom (krti materijali), a sila Fpm se očitava sauređaja u trenutku loma.

Kod plastičnih materijala, kako ne dolazi do loma epruvete, otpornost prema pritisku se definišekao granica gnječenja – Rp0,2.

, N/mm2𝑅𝐹𝑆

Page 45: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

45

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Granicagnječenja

- Kod materijala, kod kojih nije jasnoizražena granica gnječenja,otpornost prema pritisku se definišekao konvencionalna ili tehničkagranica gnječenja – Rp0,2 .

- Vrijednost sile Fpe se očitava sa uređaja u trenutku kad kazaljka prvi put zastane ili krene unazad.

, N/mm2𝑅𝐹𝑆

, N/mm2𝑅 ,𝐹 ,

𝑆

- Granica gnječenja je nominalni napon u poprečnom presjeku epruvete kada dolazi do značajnedeformacije epruvete i bez povećanja vrijednosti sile pritiska.

Page 46: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

46

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Skraćenje

Trenutno skraćenje predstavlja razliku između trenutne i početne mjerne visine epruvete.

Jedinično skraćenje - trenutno skraćenje svedeno na vrijednost početne mjerne visine epruvete.

Lomno skraćenje – nepovratno ili trajno skraćenje visine epruvete, predstavlja razliku početne i krajnje mjerne visine epruvete.

Jedinično lomno skraćenje – lomno skraćenje svedeno na vrijednost početne mjerne visine epruvete izraženo u procentima.

∆𝐿 𝐿 𝐿 , mm

𝜀∆𝐿𝐿

𝐿 𝐿𝐿 , mm

∆𝐿 𝐿 𝐿 , mm

𝛿∆𝐿𝐿 · 100%

𝐿 𝐿𝐿 · 100%

Page 47: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

47

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Proširenje

Lomno proširenje – nepovratno ili trajno proširenje, predstavlja razliku krajnje i početne površine poprečnog presjeka epruvete.

Jedinično lomno proširenje – lomno proširenje svedeno na vrijednost početne površine poprečnog presjeka epruvete.

Mjerenje maksimalnog prečnika epruvete se vrši na mjestuloma u dva upravna pravca i usvaja se aritmetička sredina.

∆𝑆 𝑆 𝑆 , mm2

𝜓∆𝑆𝑆 · 100%

𝑆 𝑆𝑆 · 100%

𝑑𝑑 , 𝑑 ,,

2

Page 48: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

48

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Page 49: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

49

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Page 50: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

50

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić

Page 51: Svojstva materijala Vrste ispitivanja Dijagram sila ... · Električni otpor –R. Zavisi od prirode materijala provodnika, dužine (l) i površine poprečnog presjeka(A). Specifična

51

M a š i n s k i m a t e r i j a l i

Prof. dr Darko Bajić