a1.pdf

Badania wþasnoĻci materiaþw konstrukcyjnych

Materiaþami konstrukcyjnymi nazywamy materiaþy inŇynierskie, ktre sĢ

wykorzystywane do budowy maszyn i urzĢdzeı. Do materiaþw konstrukcyjnych

zaliczamy metale i ich stopy, polimery, ceramikħ i kompozyty.

Metale sĢ to materiaþy, ktre w stanie staþym charakteryzujĢ siħ nastħpujĢcymi

wþaĻciwoĻciami:

- dobre przewodnictwo ciepþa i elektrycznoĻci,

- poþysk,

- plastycznoĻę,

WþaĻciwoĻci te wynikajĢ z wiĢzania metalicznego wystħpujĢcego pomiħdzy atomami

tworzĢcymi metal i budowy krystalicznej. Dzielimy je na dwie grupy, Ňelazne i

nieŇelazne (kolorowe).

Polimery sĢ nazywane takŇe tworzywami wielkoczĢsteczkowymi. DzielĢ siħ na

naturalne i sztuczne. Naturalne nazywane biopolimerami otrzymuje siħ poprzez

obrbkħ i czħĻciowĢ modyfikacje surowcw naturalnych. Sztuczne powstajĢ w

wyniku þĢczenia najczħĻciej wiĢzaniami kowalencyjnymi wielu identycznych

niewielkich ugrupowaı atomw, zwanych monomerami.

Ceramika sĢ to nieorganiczne zwiĢzki metali z tlenem, azotem, wħglem, borem

i innymi pierwiastkami. Atomy sĢ poþĢczone wiĢzaniem jonowym i kowalencyjnym.

Po zaformowaniu materiaþy ceramiczne wygrzewane sĢ w wysokich temperaturach.

Kompozyty sĢ poþĢczeniem dwch lub wiħcej odrħbnych nie rozpuszczajĢcych

siħ w sobie faz, z ktrych kaŇda odpowiada innemu podstawowemu materiaþowi

inŇynierskiemu zapewniajĢcymi lepszy zespþ wþasnoĻci i cech strukturalnych, od

wþaĻciwych dla kaŇdego z materiaþw skþadowych oddzielnie. Materiaþy

kompozytowe znajdujĢ zastosowanie m. in. w sprzħci kosmicznym , samolotach,

samochodach, þodziach, jachtach.

Zaprojektowana, a nastħpnie wykonana konstrukcja powinna odpowiadaę

wymaganiom eksploatacyjnymekonomicznymoraz technologicznym.

Wymagania eksploatacyjne obejmujĢ przystosowanie konstrukcji do

niezawodnej realizacji okreĻlonych zadaı, wytrzymaþoĻę mechanicznĢ i odpornoĻę na

zuŇycie, odpornoĻę na korozyjne dziaþanie Ļrodowiska, zabezpieczenie przed

przeciĢŇeniem itd. Wymagania ekonomiczne sprowadzajĢ siħ do rentownoĻci

osiĢganej dziħki niskim kosztom wytwarzania przy wysokiej wydajnoĻci urzĢdzenia,

oraz maþemu zuŇyciu materiaþu. Wymagania technologiczne obejmujĢ warunki

dotyczĢce prostoty procesw technologicznych, þatwy montaŇ i demontaŇ oraz moŇli-

woĻę dokonywania napraw urzĢdzenia prostymi sposobami.

We wszystkich trzech grupach wymagaı moŇemy zauwaŇyę warunki,

ktre bezpoĻrednio odnoszĢ siħ do materiaþu, z ktrego ma powstaę urzĢdzenie.

Konstruktor odpowiedzialny za prawidþowe opracowanie projektu powinien dokonaę

peþnej analizy materiaþw, biorĢc pod uwagħ ich wþasnoĻci mechaniczne,

technologiczne, plastyczne, cieplne, elektryczne, magnetyczne oraz chemiczne.

WþasnoĻci mechaniczne, sĢ to cechy zwiĢzane z wytrzymaþoĻciĢ materiaþu na

dziaþanie rŇnego rodzaju siþ zewnħtrznych, sĢ kryterialnymi wielkoĻciami w doborze

materiaþw. Poznanie wþasnoĻci materiaþw nie jest wystarczajĢce do oceny ich

przydatnoĻci do okreĻlonego celu. Niezbħdne jest tu jeszcze poznanie wpþywu rŇnych

czynnikw, np. temperatury, czasu, sposobu i wielkoĻci obciĢŇenia, ksztaþtu i

wymiarw przedmiotu, na zmiany tych wþasnoĻci.

Metody badaı wþasnoĻci mechanicznych moŇemy podzielię na dwie grupy:

- wþasnoĻci technologiczne, decydujĢce o przydatnoĻci materiaþw do okreĻlonej

obrbki

- wþasnoĻci wytrzymaþoĻciowe, do wyznaczania, ktrych niezbħdna jest znajomoĻę

siþy lub momentu siþ, jako jednej z wielkoĻci mierzonych podczas badania. Wyniki

badaı sĢ wykorzystywane przez konstruktorw w procesie projektowania elementw

konstrukcyjnych.

WþasnoĻci technologiczne:

Cechy materiaþu charakteryzujĢce jego zachowanie siħ w czasie procesw

produkcyjnych. W celu zbadania wþasnoĻci technologicznych okreĻlonego materiaþu na-

leŇy przeprowadzię tylko te prby, ktrych wyniki bħdĢ informowaę o moŇliwoĻci

realizacji przewidywanej obrbki. np. materiaþy stosowane na odlewy poddaje siħ prbie

lejnoĻci, obrabiane zaĻ przez skrawanie Ïprbie skrawalnoĻci, obrabiane plastycznie Ï

badaniom wþasnoĻci plastycznych itd.

WþasnoĻci odlewnicze. Podstawowymi wþasnoĻciami charakteryzujĢcymi

przydatnoĻę metalu lub stopu do celw odlewniczych jest czyli zdolnoĻę do

wypeþniania form, nastħpnie scpodczas stygniħcia oraz s

ccw caþej masie odlewu.

L e j n o Ļ ę zaleŇna jest od pþynnoĻci materiaþu w temperaturze zalewania formy i

decyduje nie tylko o þatwoĻci wypeþniania formy, lecz ma rwnieŇ wpþyw na

makrostrukturħ odlewu.

Metale i stopy odznaczajĢce siħ għstopþynnoĻciĢ w temperaturze odlewania dajĢ czħsto

odlewy porowate, gdyŇ wydzielajĢce siħ gazy, nie mogĢc znaleŅę ujĻcia, tworzĢ w nich

pħcherze.

MiarĢ lejnoĻci jest odlegþoĻę, na jakĢ pþynie ciekþy metal w znormalizowanej formie

ustawionej poziomo i majĢcej ksztaþt prħta lub spirali.

S k u r c z m e t a l u podczas odlewania ma wpþyw na powstawanie w gotowym

przedmiocie naprħŇeı magĢcych spowodowaę jego pħkniħcia lub odksztaþcenia. Z tego

powodu naleŇy w odlewnictwie stosowaę stopy wykazujĢce maþe zmiany objħtoĻci podczas

krzepniħcia i chþodzenia.

J e d n o r o d n o Ļ ę s k þ a d u ma rwnieŇ istotny wpþyw na wþasnoĻci odlewu. Z tego

powodu do celw odlewniczych nadajĢ siħ szczeglnie stopy o maþej rŇnicy temperatury

poczĢtku i koıca krzepniħcia, gdyŇ wwczas segregacja skþadnikw nie jest zbyt duŇa.

SkrawalnoĻę. PodatnoĻę materiaþu do obrbki skrawaniem nazywa siħ

skrawalnoĻciĢ. Dobra skrawalnoĻę najczħĻciej wystħpuje w materiaþach, ktre nie

odznaczajĢ siħ dobrymi wþasnoĻciami mechanicznymi. Stal wykazujĢca dobrĢ

skrawalnoĻę ma niewielkĢ wytrzymaþoĻę na rozciĢganie oraz odznacza siħ kruchoĻciĢ,

powodowanĢ zawartoĻciĢ siarki i fosforu w stali. SkrawalnoĻę materiaþu okreĻlajĢ trwaþoĻę

ostrza, opr skrawania, gþadkoĻę powierzchni, obrabianej oraz postaę wira. Za gþwne

kryterium skrawalnoĻci przyjmuje siħ t r w a þ o Ļ ę o s t r z a narzħdzia skrawajĢcego

okreĻlonĢ jako funkcjħ prħdkoĻci skrawania przy okreĻlonych parametrach skrawania.

ĺcieralnoĻę jest cechĢ podobnĢ do skrawalnoĻci, okreĻla jĢ podatnoĻę materiaþu do

zuŇywania siħ wskutek tarcia Ļlizgowego. MiarĢ ĻcieralnoĻci jest zmniejszenie masy

badanej prbki spowodowane tarciem twardej tarczy o badany materiaþ.

WþasnoĻci plastyczne. Ocenħ technologicznych wþasnoĻci plastycznych

przeprowadza siħ na podstawie prb majĢcych wykazaę podatnoĻę materiaþu do

odksztaþceı trwaþych, niezbħdnych do nadania wþaĻciwych ksztaþtw produktom, przy

czym gþwnie wymienię naleŇy: prbħ zginania, prbħ nawijania drutu, prbħ kucia oraz

prbħ tþocznoĻci.

Karb

otwr

Rys.1. Prba zginania: a) zwykþa, b) obostrzona z karbem, c) obostrzona z

otworem

Prbħ z g i n a n i a przeprowadza siħ na prħtach o przekrojach koþowym,

kwadratowym lub prostokĢtnym. Polega ona na powolnym zginaniu prbki wokþ

prħta.

W niektrych przypadkach przeprowadza siħ obostrzonĢ prbħ zginania. Poddaje siħ

wwczas zginaniu prħty z naciħtym piþkĢ karbem {rys. 1.b lub pþaskowniki z wy-

wierconym w nich otworem o Ļrednicy rwnej podwjnej gruboĻci prbki (rys. 1.c). W

prbie zginania miarĢ plastycznoĻci jest wartoĻę kĢta, o jaki prbkħ moŇna zgiĢę bez

spowodowania pħkniħcia. Materiaþy bardzo plastyczne poddaje siħ prbie wielokrotnego

zginania. MiarĢ plastycznoĻci jest liczba okreĻlonych przegiħę wykonanych do chwili

pojawienia siħ pierwszych pħkniħę.

Rys. 2. Prba nawijania drutu

Prba n a w i j a n i a drutu. Prbħ nawijania stosuje siħ do drutw o

Ļrednicach mniejszych od 6 mm. OkreĻla ona wþasnoĻci plastyczne drutu oraz pozwala na

wykrycie niejednorodnoĻci materiaþu. Ponadto umoŇliwia w przypadku drutw

emaliowanych okreĻlenie w warunkach prby trwaþoĻci naþoŇonej powþoki. Prba polega

na nawiniħciu drutu na trzpieı o okreĻlonej Ļrednicy (rys. 2.). Sposb nawiniħcia, liczbħ

zwojw oraz Ļrednicħ trzpienia okreĻla norma.

Rys. 3. Prba rozbijania;

1- trzpieı, 2- prbka z otworem

bbb b)

Rys. 4. Prba spħczania Rys. 5. Prba rozklepywania:

a) pozytywna, negatywna

Prba k u c i a . Prbħ kucia moŇna wykonaę zaleŇnie od potrzeby jako prbħ

scprbħ lub prbħ Sposb przeprowadzania tych

prb ilustrujĢ rysunki 3, 4, 5. MiarĢ plastycznoĻci jest w prbie kucia stopieı

odksztaþcenia uzyskany do chwili pojawienia siħ pħkniħę materiaþu.

Rys. 6. Prba tþocznoĻci metodĢ Erichsena

Prba t þ o c z n o Ļ c i . Do badania tþocznoĻci cienkich blach i taĻm stosuje siħ

metodħ Erichsena. Polega ona na powolnym wtþaczaniu kulisto zakoıczonego

tþocznika stalowego lub kulki w prbkħ z blachy umocowanej w- odpowiednio

uksztaþtowanej matrycy (rys. 6). MiarĢ tþocznoĻci w prbie metodĢ Erichsena jest

gþħbokoĻę wgþħbienia do chwili wystĢpienia w nim pħkniħcia.

Prba z g r z e w a l n o Ļ c i i s p a w a l n o Ļ c i. Zgrzewanie polega

na þĢczeniu pod naciskiem czħĻci metalowych nagrzanych do odpowiedniej tempe-

ratury. Podobny wynik moŇna rwnieŇ uzyskaę wywierajĢc na þĢczone ze sobĢ czħĻci

nacisk w temperaturze otoczenia. JednakŇe w tym wypadku wymagany jest znacznie

wiħkszy (nacisk oraz staranniejsze oczyszczenie powierzchni. ýĢczenie metali w

temperaturze otoczenia nazywa siħ s

PoþĢczenia zgrzewane i spajane poddaje siħ prbom wytrzymaþoĻciowym, a miarĢ

zgrzewalnoĻci i. spajalnoĻci jest wytrzymaþoĻę powstaþego zþĢcza. JeŇeli poþĢczenie

pracuje w obwodzie elektrycznym, to poprawnoĻę jego wykonania okreĻla

przewodnoĻę zþĢcza.

WþasnoĻci wytrzymaþoĻciowe

c. W statycznej prbie rozciĢgania znormalizowanĢ

prbkħ wykonanĢ z badanego materiaþu o staþym przekroju poddaje siħ

dziaþaniu siþ rozciĢgajĢcych skierowanych wzdþuŇ osi prħta. Wwczas w

dowolnym przekroju prostopadþym do kierunku dziaþania siþy powstanĢ

naprħŇenia rozciĢgajĢce o (sigma), ktrych wartoĻę oblicza siħ wg wzoru

Ō= F/S o N/mm 2

NaprħŇenia powodujĢ wydþuŇenie wzglħdne materiaþu o wielkoĻę ō

(epsilon)

ō = ÅL / L 0

gdzie: ÅL Ï przyrost dþugoĻci prbki,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: