Leszek A. Dobrzański - Rozdział 5 - Zależność warunków pracu oraz mechanizmów zuzycia i dekohezji materiałów inżynierskich.pdf

(43955 KB) Pobierz

43548780 UNPDF

5 roz 8-11-02 12:23 Page 1

Zależność

warunków pracy

oraz mechanizmów

zużycia i dekohezji

materiałów

inżynierskich

43548780.348.png

5 roz 8-11-02 12:23 Page 378

5.1. Własności mechaniczne

materiałów inżynierskich

oraz ich badania

WŁASNOŚCI MECHANICZNE JAKO WIELKOŚCI KRYTERIALNE

W DOBORZE MATERIAŁÓW

Własności mechaniczne materiału są powiązane z jego reakcją na obciążanie

lub odkształcanie. Wartość obciążenia może być stała lub zmieniać się w sposób

ciągły, działając przez czas zmieniający się od ułamka sekundy do wielu lat. Mate-

riały metalowe mogą być obciążane lub odkształcane w ośrodku otaczającego je

powietrza, w niskiej lub wysokiej temperaturze, a także w ośrodku innych gazów

lub cieczy, z których wiele działa korodująco. Reakcją materiału na takie warunki

obciążenia jest odkształcenie sprężyste lub plastyczne oraz pękanie. Zjawiska te

mogą przebiegać bezpośrednio po przyłożeniu obciążenia lub po pewnym czasie.

Opracowano liczne metody badań własności mechanicznych, które zyskały bar-

dzo duże znaczenie praktyczne. W próbach tych symuluje się warunki obciążeń

występujących w praktyce w różnych elementach konstrukcyjnych i maszynowych,

chociaż niemożliwa jest pełna realizacja tego założenia.

Wyniki badań własności mechanicznych są wykorzystywane przez projektan-

tów w procesie projektowania elementów konstrukcyjnych. Porównuje się wówczas

naprężenia dopuszczalne, wyznaczone dla konkretnych materiałów na podstawie

wyników prób, z naprężeniami w elementach konstrukcyjnych, określonymi na

podstawie analizy teoretycznej lub doświadczalnie. Analogicznych obliczeń

dokonuje się w odniesieniu do innych własności, np. dotyczących ciągliwości mate-

riałów inżynierskich.

Zadaniem metaloznawców i inżynierów materiałowych jest opracowanie proce-

sów technologicznych i wytwarzanie materiałów inżynierskich, w tym metali i ich

stopów, o strukturze zapewniającej wymagania określone w wyniku znormalizowa-

nych prób, w szczególności wymagane własności mechaniczne. Badania własności

mechanicznych umożliwiają zatem postawienie wymagań odnośnie do tych wła-

sności i ich szybkie sprawdzenie w praktyce. Praktyczne stosowanie tych metod

umożliwia odbiór techniczny licznych materiałów inżynierskich, w tym metali

i stopów technicznych, pozwala na ich porównywanie i klasyfikowanie według

przewidywanych zastosowań oraz ocenę skuteczności zastosowanych procesów

technologicznych, w odniesieniu do metali i ich stopów, przede wszystkim obrób-

ki cieplnej oraz plastycznej, a także wielokrotnie procesów inżynierii powierzchni,

stosowanych w celu poprawy struktury i własności powierzchni, często powłok na-

noszonych na powierzchnie elementów wytworzonych z materiałów inżynierskich.

378

43548780.359.png

43548780.370.png

43548780.381.png

43548780.001.png

43548780.011.png

43548780.022.png

43548780.033.png

43548780.044.png

43548780.055.png

43548780.066.png

43548780.077.png

43548780.088.png

43548780.099.png

43548780.110.png

43548780.120.png

43548780.131.png

43548780.142.png

43548780.153.png

43548780.164.png

43548780.175.png

43548780.186.png

43548780.197.png

43548780.208.png

43548780.219.png

43548780.230.png

43548780.241.png

43548780.252.png

43548780.263.png

43548780.274.png

43548780.285.png

43548780.296.png

43548780.307.png

43548780.318.png

43548780.328.png

43548780.329.png

43548780.330.png

43548780.331.png

43548780.332.png

43548780.333.png

43548780.334.png

43548780.335.png

43548780.336.png

43548780.337.png

43548780.338.png

43548780.339.png

43548780.340.png

43548780.341.png

43548780.342.png

43548780.343.png

43548780.344.png

43548780.345.png

43548780.346.png

43548780.347.png

43548780.349.png

43548780.350.png

43548780.351.png

43548780.352.png

43548780.353.png

43548780.354.png

43548780.355.png

43548780.356.png

43548780.357.png

43548780.358.png

43548780.360.png

43548780.361.png

43548780.362.png

43548780.363.png

43548780.364.png

43548780.365.png

43548780.366.png

43548780.367.png

43548780.368.png

43548780.369.png

43548780.371.png

43548780.372.png

43548780.373.png

43548780.374.png

43548780.375.png

43548780.376.png

43548780.377.png

43548780.378.png

43548780.379.png

43548780.380.png

43548780.382.png

43548780.383.png

43548780.384.png

43548780.385.png

43548780.386.png

43548780.387.png

43548780.388.png

43548780.389.png

43548780.390.png

43548780.391.png

43548780.002.png

43548780.003.png

43548780.004.png

5 roz 8-11-02 12:23 Page 379

5.1. Własności mechaniczne materiałów inżynierskich

oraz ich badania

METODY BADAŃ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH

Badania własności mechanicznych można podzielić na służące określeniu:

własności technologicznych, decydujących o przydatności materiałów do okre-

ślonej obróbki,

własności wytrzymałościowych, do wyznaczenia których niezbędna jest znajo-

mość siły lub momentu sił, jako jednej z wielkości mierzonych podczas badania.

Zróżnicowane warunki pracy różnych elementów konstrukcyjnych wymagają

przeprowadzenia badań własności mechanicznych w różny sposób. Na przykład

wykonywane są próby rozciągania, skręcania, zginania, ścinania, a także badania

przy złożonym stanie naprężeń. Wyznaczane są własności statyczne – przy wolno

wzrastającym obciążeniu, dynamiczne – przy obciążeniu działającym gwałtownie,

zmęczeniowe – przy obciążeniach cyklicznych oraz własności przy obciążeniu sta-

łym i długotrwałym. Badania te są prowadzone zarówno w temperaturze pokojowej,

jak i w temperaturze podwyższonej i obniżonej.

Wiele metali, szczególnie o bardzo dużej wytrzymałości, lub materiałów kon-

strukcyjnych pracujących w obniżonej temperaturze wykazuje bardzo niewielką

ciągliwość, związaną ze znikomą zdolnością do odkształceń plastycznych. W tych

przypadkach pękanie materiałów jest kontrolowane przez rozprzestrzenianie się

pęknięć, z dużymi prędkościami, mimo że średnie naprężenie działające w elemen-

cie konstrukcyjnym jest stosunkowo małe, a obciążenie zewnętrzne nie ulega

zwiększeniu. W tych przypadkach zawodzi ocena własności materiałów na podsta-

wie klasycznych prób wytrzymałościowych. Dlatego też coraz większego znaczenia

nabierają metody badania wywodzące się z mechaniki pękania umożliwiające okre-

ślenie zdolności przeciwstawiania się materiału rozprzestrzenianiu pęknięć, czyli

ocenę odporności na pękanie (ciągliwości pękania).

Własności materiałów wyznaczane w wyniku badań mechanicznych nie są wiel-

kościami fizycznymi, ponieważ są silnie uzależnione od warunków, w których je

określono. Wyniki tych badań zależą między innymi od kształtu i wymiaru próbek,

zastosowanej maszyny wytrzymałościowej i uchwytów, a przede wszystkim od

sztywności całego układu oraz szybkości zmian obciążenia. Wyznaczone wielkości

mają więc charakter umowny. Wpływa na to również brak możliwości ustalenia sta-

nu naprężeń w badanej próbce przy określonym obciążeniu oraz niezbędne uprosz-

czenia w czasie tych prób, związane między innymi z nieuwzględnieniem zmian

wymiarów próbki podczas próby.

W celu ułatwienia ustalenia warunków prób i badań, które mają stanowić pod-

stawę odbioru materiałów inżynierskich, jak również podstawę obliczeń inżynier-

skich, wiele z omawianych prób i badań znormalizowano. W ostatnim okresie

wdrażane są normy PN-EN zgodne z systemem norm obowiązujących w Unii

Europejskiej *) , w wielu przypadkach odmienne od dotychczasowych uregulowań.

Każdorazowe wykorzystanie standardowych procedur dotyczących tych badań

wymaga zatem sprawdzenia ich zgodności z obowiązującymi normami.

*) W rozdziale 5, przy opisie podstawowych badań własności mechanicznych wykorzystano

zarówno normy europejskie PN-EN, jak i dotychczasowe (ale aktualnie obowiązujące) normy

krajowe PN. W przypisach podano informacje o projektach norm PN-EN przewidzianych do

wprowadzenia w kraju.

379

43548780.005.png

43548780.006.png

43548780.007.png

43548780.008.png

43548780.009.png

43548780.010.png

43548780.012.png

43548780.013.png

43548780.014.png

43548780.015.png

43548780.016.png

43548780.017.png

43548780.018.png

43548780.019.png

43548780.020.png

43548780.021.png

43548780.023.png

43548780.024.png

43548780.025.png

43548780.026.png

43548780.027.png

43548780.028.png

43548780.029.png

43548780.030.png

43548780.031.png

43548780.032.png

43548780.034.png

43548780.035.png

43548780.036.png

43548780.037.png

43548780.038.png

43548780.039.png

43548780.040.png

43548780.041.png

43548780.042.png

43548780.043.png

43548780.045.png

43548780.046.png

43548780.047.png

43548780.048.png

43548780.049.png

43548780.050.png

43548780.051.png

43548780.052.png

43548780.053.png

43548780.054.png

43548780.056.png

43548780.057.png

43548780.058.png

43548780.059.png

43548780.060.png

43548780.061.png

43548780.062.png

43548780.063.png

43548780.064.png

43548780.065.png

43548780.067.png

43548780.068.png

43548780.069.png

43548780.070.png

43548780.071.png

43548780.072.png

43548780.073.png

43548780.074.png

43548780.075.png

43548780.076.png

43548780.078.png

43548780.079.png

43548780.080.png

43548780.081.png

43548780.082.png

43548780.083.png

43548780.084.png

43548780.085.png

43548780.086.png

43548780.087.png

43548780.089.png

43548780.090.png

43548780.091.png

43548780.092.png

43548780.093.png

43548780.094.png

43548780.095.png

43548780.096.png

43548780.097.png

43548780.098.png

43548780.100.png

43548780.101.png

43548780.102.png

43548780.103.png

43548780.104.png

43548780.105.png

43548780.106.png

43548780.107.png

43548780.108.png

43548780.109.png

43548780.111.png

43548780.112.png

5 roz 8-11-02 12:24 Page 380

5.2. Własności wytrzy-

małościowe i plastyczne

określane metodami

badań statycznych

5.2.1. Własności mechaniczne przy rozciąganiu

WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE

Podstawową wielkością opisującą własności mechaniczne materiałów jest wy-

trzymałość na rozciąganie R m , czyli naprężenie normalne w próbce obliczone jako

stosunek największej siły rozciągającej F m , uzyskanej podczas przeprowadzania

próby, do pola powierzchni przekroju początkowego próbki S 0 :

R

= 0

F

m

.

(5.1)

m

S

GRANICA PLASTYCZNOŚCI

Wyraźną granicą plastyczności R e jest naprężenie rozciągające w próbce, przy

osiągnięciu którego następuje wyraźny wzrost jej wydłużenia przy ustalonej lub nie-

co zmniejszonej sile rozciągającej:

R e =

F e

.

(5.2)

S 0

Zgodnie z normą PN-EN 10002-1:2002U oblicza się wartość górnej lub dolnej

granicy plastyczności, oznaczonych odpowiednio jako R eH lub R eL . W przypadku

braku cech wyraźnej granicy plastyczności wyznaczane jest naprężenie graniczne

przy przyroście nieproporcjonalnym R p , określane zwykle w skrócie jako umowna

granica plastyczności *) . Naprężenie to definiuje się jako powodujące w próbce

umowne wydłużenie trwałe x . Wartość liczbową tego wydłużenia podaje się w in-

deksie i zwykle x = 0,2%:

R

F

0,2

(5.3)

p

0,2

S

0

Umowne wydłużenie trwałe jest obliczane jako odpowiedni ułamek długości

początkowej próbki L 0 :

L

x 100% ,

x

(5.4)

L

0

*) Zmiany oznaczeń umownej granicy plastyczności i wydłużenia wprowadzone normą PN-EN

10002-1+AC1:1998 obowiązują od niedawna, stąd w wielu innych normach przedmiotowych

oraz w literaturze źródłowej są jeszcze stosowane poprzednio obowiązujące oznaczenia.

W tym wydaniu książki stosowane są nowe oznaczenia: R p 0,2 , A i A 11,3 , które odpowiadają obo-

wiązującym poprzednio: R 0,2 , A 5 i A 10 .

380

43548780.113.png

43548780.114.png

43548780.115.png

43548780.116.png

43548780.117.png

43548780.118.png

43548780.119.png

43548780.121.png

43548780.122.png

43548780.123.png

43548780.124.png

43548780.125.png

43548780.126.png

43548780.127.png

43548780.128.png

43548780.129.png

43548780.130.png

43548780.132.png

43548780.133.png

43548780.134.png

43548780.135.png

43548780.136.png

43548780.137.png

43548780.138.png

43548780.139.png

43548780.140.png

43548780.141.png

43548780.143.png

43548780.144.png

43548780.145.png

43548780.146.png

43548780.147.png

43548780.148.png

43548780.149.png

43548780.150.png

43548780.151.png

43548780.152.png

43548780.154.png

43548780.155.png

43548780.156.png

43548780.157.png

43548780.158.png

43548780.159.png

43548780.160.png

43548780.161.png

43548780.162.png

43548780.163.png

43548780.165.png

43548780.166.png

43548780.167.png

43548780.168.png

43548780.169.png

43548780.170.png

43548780.171.png

43548780.172.png

43548780.173.png

43548780.174.png

43548780.176.png

43548780.177.png

43548780.178.png

43548780.179.png

43548780.180.png

43548780.181.png

43548780.182.png

43548780.183.png

43548780.184.png

43548780.185.png

43548780.187.png

43548780.188.png

43548780.189.png

43548780.190.png

43548780.191.png

43548780.192.png

43548780.193.png

43548780.194.png

43548780.195.png

43548780.196.png

43548780.198.png

43548780.199.png

43548780.200.png

43548780.201.png

43548780.202.png

43548780.203.png

43548780.204.png

43548780.205.png

43548780.206.png

43548780.207.png

43548780.209.png

43548780.210.png

43548780.211.png

43548780.212.png

43548780.213.png

43548780.214.png

43548780.215.png

43548780.216.png

43548780.217.png

5 roz 8-11-02 12:24 Page 381

5.2. Własności wytrzymałościowe i plastyczne

określane metodami badań statycznych

gdzie:

L x – wydłużenie bezwzględne (przyrost) odpowiadające założonemu umow-

nemu wydłużeniu trwałemu x , np. x = 0,2%.

Umowną granicę sprężystości R p0 ,05 można obliczyć analogicznie jak napręże-

nie R p 0,2 , przyjmując wydłużenie trwałe x = 0,05%.

WYDŁUŻENIE

Własności plastyczne materiałów wyznaczane w statycznej próbie rozciągania

określa się na podstawie wydłużenia i przewężenia. Wydłużenie procentowe jest

stosunkiem trwałego wydłużenia bezpośredniego próbki po rozerwaniu

L do dłu-

gości pomiarowej L 0 , wyrażonym w procentach:

L

A 100%.

0

(5.5)

Rysunek 5.1

Nomogram do obliczania

równomiernego wydłużenia

próbek okrągłych

Brak indeksu przy symbolu A oznacza, że badanie wykonano na próbkach pro-

porcjonalnych, których początkowa długość pomiarowa L 0 jest związana z począt-

kową powierzchnią przekroju S 0 zależnością: L 0 = 5,65 S 0 . Jeśli współczynnik

przed pierwiastkiem jest inny od 5,65, jego wartość podaje się w indeksie, np.

A 11,3 *) . W przypadku próbek nieproporcjonalnych oznaczenie A uzupełnia się w in-

deksie wartością początkową długości pomiarowej L 0 , np. A 50mm lub A 80mm dla pró-

bek o długości L 0 = 50 lub 80 mm. Można

obliczyć również wydłużenie równomierne

A r , niezależne od długości pomiarowej prób-

ki i mierzone poza obszarem wpływu prze-

wężenia. Przybliżoną wartość A r dla próbek

okrągłych można obliczyć z zależności:

A r %

A 11,3 %

50

60

A %

50

40

PRZEWĘŻENIE

60

d

2

0

d

2

A

r

100% ,

(5.6)

Z %

r

d

2

40

r

95

90

80

70

60

50

30

gdzie:

40

30

d 0 – średnica próbki początkowa,

d r – średnica próbki zmierzona po ze-

rwaniu na dłuższej części próbki,

w połowie odległości między

miejscem zerwania i końcem dłu-

gości pomiarowej.

Wydłużenie A r dla próbek okrągłych,

przy znajomości wydłużenia, np. A lub A 11,3 ,

i przewężenia można wyznaczyć z nomogra-

mu (rys. 5.1 ).

30

20

50

20

40

20

10

30

10

20

10

10

0

0

0

0

PRZEWĘŻENIE

Przewężenie to stosunek zmniejszenia pola powierzchni przekroju poprzeczne-

go próbki w miejscu zerwania do pola powierzchni jej przekroju początkowego, wy-

rażony w procentach:

*) Patrz przypis na stronie 380.

381

L

WYDŁUŻENIE

43548780.218.png

43548780.220.png

43548780.221.png

43548780.222.png

43548780.223.png

43548780.224.png

43548780.225.png

43548780.226.png

43548780.227.png

43548780.228.png

43548780.229.png

43548780.231.png

43548780.232.png

43548780.233.png

43548780.234.png

43548780.235.png

43548780.236.png

43548780.237.png

43548780.238.png

43548780.239.png

43548780.240.png

43548780.242.png

43548780.243.png

43548780.244.png

43548780.245.png

43548780.246.png

43548780.247.png

43548780.248.png

43548780.249.png

43548780.250.png

43548780.251.png

43548780.253.png

43548780.254.png

43548780.255.png

43548780.256.png

43548780.257.png

43548780.258.png

43548780.259.png

43548780.260.png

43548780.261.png

43548780.262.png

43548780.264.png

43548780.265.png

43548780.266.png

43548780.267.png

43548780.268.png

43548780.269.png

43548780.270.png

43548780.271.png

43548780.272.png

43548780.273.png

43548780.275.png

43548780.276.png

43548780.277.png

43548780.278.png

43548780.279.png

43548780.280.png

43548780.281.png

43548780.282.png

43548780.283.png

43548780.284.png

43548780.286.png

43548780.287.png

43548780.288.png

43548780.289.png

43548780.290.png

43548780.291.png

43548780.292.png

43548780.293.png

43548780.294.png

43548780.295.png

43548780.297.png

43548780.298.png

43548780.299.png

43548780.300.png

43548780.301.png

43548780.302.png

43548780.303.png

43548780.304.png

43548780.305.png

43548780.306.png

43548780.308.png

43548780.309.png

43548780.310.png

43548780.311.png

43548780.312.png

43548780.313.png

43548780.314.png

43548780.315.png

43548780.316.png

43548780.317.png

43548780.319.png

43548780.320.png

43548780.321.png

43548780.322.png

43548780.323.png

43548780.324.png

43548780.325.png

43548780.326.png

43548780.327.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin