ZKOUŠENÍ MATERIÁLŮ I.

Transkript

1 STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA Na Třebešíně 2299, 18 Praha 1 Zkoušení materiálů I ING. STANISLAV BOHUMÍNSKÝ ZKOUŠENÍ MATERIÁLŮ I. Návody k laboratorním měřením pro III. ročník SPŠ

2 Střední průmyslová škola Tento rukopis neprošel jazykovou ani redakční úpravou a je určen pro vnitřní potřebu školy jako doplňkové skriptum k laboratorním měřením pro ţáky III. ročníku SPŠ. Obsah: A. ZKOUŠKY TVRDOSTI MATERIÁLU I. STATICKÉ ZKOUŠKY TVRDOSTI 1. Zkouška tvrdosti podle Brinella 1 2. Zkouška tvrdosti podle Vickerse 4 3. Zkouška tvrdosti podle Rockwella 6 4. Tvrdoměry pro statické zkoušky tvrdosti 8 II. DYNAMICKÉ ZKOUŠKY TVRDOSTI 17 III. ÚLOHY KE ZKOUŠENÍ TVRDOSTI MATERIÁLU 19 B. MECHANICKÉ ZKOUŠKY MATERIÁLU I. MECHANICKÉ ZKOUŠKY STATICKÉ 1. Zkušební stroje 2 2. Zkouška tahem Zkouška tlakem Zkouška ohybem Zkouška střihem 4 6. Zkouška krutem Úlohy z mechanických zkoušek statických 43 II. MECHANICKÉ ZKOUŠKY DYNAMICKÉ 1. Zkoušky rázové Zkoušky cyklické únavové Úlohy z mechanických zkoušek dynamických 55 C. TECHNOLOGICKÉ ZKOUŠKY I. ZKOUŠKY TVÁRNOSTI ZA STUDENA 1. Zkouška lámavosti Zkoušky tenkých plechů Zkoušky drátů Zkoušky trubek 66 II. ZKOUŠKY TVÁRNOSTI ZA TEPLA 1. Zkouška tvářitelnosti oceli kroucením za tepla 69 III. ZKOUŠKY SVAŘITELNOSTI OCELI 1. Nárazová návarová zkouška Ohybová návarová zkouška Zkouška zkřehnutí v tepelně ovlivněné oblasti svaru Zkoušení a hodnocení svařitelnosti ocelových tyčí pro výztuţ do betonu 74 IV. ÚLOHY Z TECHNOLOGICKÝCH ZKOUŠEK 75

3 Zkoušení materiálů I A. ZKOUŠKY TVRDOSTI MATERIÁLU Zkoušky tvrdosti patří v oboru zkoušení materiálů mezi nejpouţívanější. Přes velké uplatnění těchto zkoušek nelze přehlédnout skutečnost, ţe hodnotu tvrdosti zjišťovanou jako odpor zkoušeného materiálu proti vtlačování vnikacího tělesa, nelze jednoznačně definovat jako fyzikální veličinu, neboť závisí na celé řadě podmínek měření. Tyto podmínky jsou pro jednotlivé pouţívané zkoušky tvrdosti různé a způsobují, ţe pro stejný materiál můţe být stanovena řada různých tvrdostí, které lze navzájem srovnávat jen empiricky. Nelze stanovit jistou absolutní tvrdost materiálu. Z hlediska působení zátěţné síly se dělí zkoušky tvrdosti na statické a dynamické. I. STATICKÉ ZKOUŠKY TVRDOSTI Metoda vrypová mírou tvrdosti dle Martense (HMa) je síla F potřebná ke vzniku vrypu širokého,1 mm vytvořeného kuţelovým diamantovým hrotem. V praxi není příliš rozšířená, pouţívá se jen pro tvrdé a křehké materiály (sklo, porcelán aj.). Metoda vnikací (vtisková) - je nejpouţívanější. Z její podstaty vychází nejčastější charakteristika tvrdosti materiálu, jako odpor, který klade zkoušený materiál proti vtlačování vnikacího tělesa. Touto metodou se provádějí nejznámější zkoušky tvrdosti podle Brinella, Vickerse a Rockwella. 1. ZKOUŠKA TVRDOSTI PODLE BRINELLA (ČSN EN 13-1) 1.1 Podstata zkoušky Podstata zkoušky spočívá ve vtlačování vnikacího tělesa (kalené ocelové kuličky nebo kuličky z tvrdokovu) o průměru D [mm] do povrchu zkoušeného materiálu (zkušebního tělesa) a změření průměru vtisku d [mm], který zůstane na povrchu po odlehčení zkušebního zatíţení F [N]. Obr. 1: Podstata zkoušky tvrdosti podle Brinella Tvrdost podle Brinella se vyjadřuje prostým číslem (bez fyzikálního rozměru), které je určeno poměrem zatíţení a povrchu vtisku (kulový vrchlík): F HBS (HBW) = konstanta S,12 π D D 1 1 kde konstanta, 12 g 9,87 S D h n D 2 D D 2 d 2 2F D 2 [mm d 2 ] 2

4 Střední průmyslová škola 1.2 Vnikací těleso Jako vnikací těleso se běţně pouţívají kuličky průměru 1 mm, 5 mm a 2,5 mm. Pro vzorky tenké, resp. malých rozměrů ze stejného materiálu je moţno pouţít také kuličky s průměrem 2 mm a 1 mm. Kuličky se vyrábějí z kalené a leštěné oceli, nebo z tvrdokovu. Povrch musí být leštěn a bez povrchových vad. Kulička vykazující jakoukoliv deformaci převyšující povolené mezní úchylky musí být vyřazena. 1.3 Označení tvrdosti podle Brinella Tvrdost podle Brinella se označuje symboly: - HBS v případě pouţití ocelové kuličky - HBW v případě pouţití tvrdokovu Hodnota naměřené tvrdosti se zapisuje před symboly HBS, nebo HBW, za nimi následují číslice charakterizující podmínky zkoušky v pořadí: - průměr pouţité kuličky D [mm] - velikost zkušebního zatíţení (viz. tabulka č.1) - doba působení zkušebního zatíţení, liší-li se od běţně pouţívané doby t.j s. Příklad: 35 HBS 5/75 Tvrdost dle Brinella stanovená ocelovou kuličkou o průměru D=5 mm, při zkušebním zatíţení 7,355 kn působící po dobu 1-15 s. 1.4 Volba zátěžné síly Velikost zátěţné síly F závisí na velikosti průměru D zvolené kuličky a na zatěţovacím stupni K (druhu zkoušeného materiálu): F K D 2 [kp] K konstanta Velikosti zkušebních zatíţení pro různé velikosti kuliček a zatěţovacích stupňů udává tabulka č.1 D 2 [N] D Poměr K (zatěţovací stupeň) [mm] ,5 1,25 1 [kn] [kp] [kn] [kp] [kn] [kp] [kn] [kp] [kn] [kp] [kn] [kp] [N] [kp] 1 29, , ,87 1 4,93 5 2, , , , , , ,613 62,5,36 31,25 245, , ,5,613 62,5,36 31,25,153 15,62,77 7,812 61,29 6,25 2 1,177 12,392 4,196 2,98 1, ,23 4 1,294 3,98 1,49 5,24 2,5,12 1,25 9,87 1 Tabulka č.1: Velikost zkušebního zatížení v závislosti na poměru K a velikosti kuličky D

5 Zkoušení materiálů I Zkušební zatíţení musí být zvoleno tak, aby průměr vtisku d byl v rozmezí hodnot,24 D aţ,6 D. Zatěţovací stupeň K musí být vybrán s ohledem na druh zkoušeného materiálu a jeho tvrdost podle tabulky č.2. Materiál Tvrdost podle Brinella K,12 F 2 D Ocel 3 Litina 1 ) <14 1 >14 3 < aţ 2 1 >2 3 <35 1,25 2, aţ > Olovo,cín 1,25 Měď a slitiny mědi Lehké kovy a jejich slitiny Spékané kovy viz EN ) Při zkoušce litiny musí být minimální průměr kuličky 2,5 mm, 5 mm nebo 1 mm Tabulka č.2: Velikost poměru K v závislosti na materiálu 1.5 Podmínky zkoušky (ČSN EN 13-1) Zkoušená plocha musí být rovná, bez okují a nečistot. Při její úpravě je nutno postupovat opatrně, aby nedošlo ke změně vlastností povrchu, zejména vyhřátím (např. při broušení). Zkoušený předmět musí leţet pevně na tuhé podloţce, jejich styčné plochy musí být očištěny. Vzdálenost vtisku od okraje předmětu a vzájemná vzdálenost jednotlivých vtisků musí být dostatečná, aby výsledek zkoušky nebyl ovlivněn. Zatíţení kuličky musí vzrůstat rovnoměrně, bez rázů tak, aby v intervalu 2-8 sekund dosáhlo ţádané hodnoty. Doba působení plného zatíţení je v rozmezí 1-15 sekund. Po odlehčení zkušební kuličky se změří průměr vtisku ve dvou vzájemně kolmých směrech a stanoví se aritmetický střed obou měření. Pro zrychlení měření se neprovádějí výše uvedené výpočty, ale jsou v ČSN EN 13-1 stanoveny tabulky, ze kterých se podle změřeného průměru vtisku d přímo odečítá hodnota tvrdosti HBS ev. HBW. Pro informativní přepočet tvrdosti HBS (HBW) na pevnost materiálu v tahu se pouţije vztah: kde k je konstanta závislá na materiálu. R m k HB [MPa ; kp mm -2 ] Pro ocel je k =3,53 pro R m [MPa] ; k=,36 pro R m [kp mm -2 ]

6 Střední průmyslová škola 1.6 Použití zkoušky Zkouška podle Brinella se pouţívá především pro měření tvrdosti měkkých materiálů. Horní hranice pouţitelnosti je dána tvrdostí zkušební kuličky. Zkouška se uplatňuje hlavně při přejímce polotovarů, výkovků atd. Ocelová kulička se pouţívá pro materiály s tvrdostí dle Brinella ne vyšší neţ 35, kulička z tvrdokovu pro materiály s hodnotou tvrdosti dle Brinella ne vyšší neţ ZKOUŠKA TVRDOSTI PODLE VICKERSE (ČSN EN ISO 657) 2.1 Podstata zkoušky Do zkoušeného materiálu je zkušebním zatíţením F [N] kolmo vtlačováno diamantové vnikací těleso ve tvaru pravidelného čtyřbokého jehlanu, který má vrcholový úhel dvou protilehlých stěn 136 o. Po odlehčení zkušebního zatíţení se změří úhlopříčky vtisku d 1 a d 2 [mm], z jejichţ aritmetického průměru d [mm] se zjistí povrch vtisku S [mm 2 ]. Obr. 2: Podstata zkoušky tvrdosti podle Vickerse Tvrdost podle Vickerse se vyjadřuje prostým číslem (bez fyzikálního rozměru) jako poměr zkušebního zatíţení k ploše povrchu vtisku. HV F F kons tanta =,189 2 S d 1 1 kde konstanta, 12 g 9,87 n 2.2 Podmínky zkoušky 2 2 d d S [mm 2 ] 136 1,854 2 sin Vnikací těleso diamant ve tvaru pravidelného čtyřbokého jehlanu se čtvercovou základnou a vrcholovým úhlem = 136 mezi protilehlými stěnami podle ISO Zkušební zatížení při zkoušce musí být pouţito některého z následujících zatíţení (viz. tabulka č.3)

7 Symbol tvrdosti Zkouška tvrdosti 1) Nominální hodnota zkušebního zatíţení F [N] Zkouška tvrdosti při nízkém zatíţení Symbol tvrdosti Nominální hodnota zkušebního zatíţení F [N] Zkoušení materiálů I Zkouška mikrotvrdosti 2) Symbol tvrdosti Nominální hodnota zkušebního zatíţení F HV 5 49,3 HV,2 1,961 HV,1,981 HV 1 98,7 HV,3 2,942 HV,15,1471 HV 2 196,1 HV,5 4,93 HV,2,1961 HV 3 294,2 HV 1, 9,87 HV,25,2452 HV 5 49,3 HV 2, 19,61 HV,5,493 HV 1 98,7 HV 3, 29,42 HV,1,987 1) Můţe být pouţito nominální zatíţení větší neţ 98,7 N 2) Pro zkoušku mikrotvrdosti jsou doporučována následující zkušební zatíţení [N] Tabulka č.3: Velikost zkušebních zatížení pro zkoušku tvrdosti dle Vickerse Doba působení zkušebního zatížení vnikací těleso se zatlačuje do zkoušeného materiálu zkušebním zatíţením směřujícím kolmo k jeho povrchu, bez rázů a chvění aţ do jeho dané hodnoty. Doba od počátku zatěţování aţ do jeho plné hodnoty nesmí být menší, neţ 2 s a větší neţ 8 s. Tato doba u zkoušky tvrdosti při nízkém zatíţení a zkoušky mikrotvrdosti nesmí překročit 1 s. Doba působení plného zkušebního zatíţení musí být v rozmezí 1 s aţ 15 s Označení tvrdosti tvrdost dle Vickerse se označuje symbolem HV za nímţ následuje: a) číslice charakterizující velikost zkušebního zatíţení (viz. tabulka č.3) b) doba působení zkušebního zatíţení v sekundách, liší-li se od doby uvedené v bodě Příklad: 64 HV 3 tvrdost podle Vickerse 64 stanovená při zkušebním zatíţení 294,2 N působícím po dobu 1-15 s. 64 HV 3/2 tvrdost podle Vickerse 64 stanovená při zkušebním zatíţení 294,2 N působícím po dobu 2 s Provedení zkoušky: - zkoušený materiál musí být uloţen na tuhé podloţce tak, aby se během zkoušky nepohnul - styčné povrchy musí být čisté a bez cizích tělísek (okuje, oleje, nečistoty) - vzdálenosti středů kaţdého vtisku od okraje zkoušeného materiálu (u oceli) musí být nejméně 2,5 násobek průměrné hodnoty úhlopříček vtisku a vzdálenosti středů dvou sousedních vtisků musí být nejméně 3 násobek průměrné hodnoty úhlopříček vtisku. 2.3 Použití zkoušky Zkoušku podle Vickerse lze pouţít téměř u všech kovových materiálů. Hodí se zejména pro zjišťování tvrdosti malých, tvrdých, nebo velmi tenkých předmětů, jakoţ i na měření tvrdosti cementovaných a nitridovaných vrstev. Při pouţití malých zatíţení je moţno určovat tzv. mikrotvrdost, coţ má význam při vyšetřování strukturních sloţek atd. Nehodí se však pro heterogenní materiály (např. šedou litinu).

8 HRB HRC,2 mm Střední průmyslová škola 3. ZKOUŠKA TVRDOSTI PODLE ROCKWELLA (ČSN EN 119-1) 3.1 Podstata zkoušky Do zkoušeného materiálu se vtlačuje postupně a nadvakrát (předzátěţí F a celkovým zatíţením F=F +F 1 ) vnikací těleso. Po odlehčení zatíţení se tvrdost určuje z hloubky trvalého vtisku. Tvrdost se vyjadřuje prostým číslem (bez fyzikálního rozměru). F F=F + F F 1 povrch tělesa počátek měření a b c Obr. 3: Podstata zkoušky tvrdosti podle Rockwella 3.2 Vnikací těleso, zkušební zatížení, značení tvrdosti Podle normy ČSN EN existují tyto způsoby provedení Rockwellovy zkoušky: Stup. tvrdosti Symbol tvrdosti Typ vnikacího tělesa Předběţné zatíţení F [N] Přídavné zatíţení F 1 [N] Celkové zatíţení F [N] Oblast pouţití A HRA Diamantový kuţel 98,7 49,3 588,4 2 aţ 88 HRA B HRB Ocelová kulička 1,5875 mm 98,7 882,6 98,7 2 aţ 1 HRB C HRC Diamantový kuţel 98,7 1373, 1471,1 2 aţ 7 HRC D HRD Diamantový kuţel 98,7 882,6 98,7 4 aţ 77 HRD E HRE Ocelová kulička 3,175 mm 98,7 882,6 98,7 7 aţ 1 HRE F HRF Ocelová kulička 1,5875 mm 98,7 49,3 588,4 6 aţ 1 HRF G HRG Ocelová kulička 1,5875 mm 98,7 1373, 1471, 3 aţ 94 HRG H HRH Ocelová kulička 3,175 mm 98,7 49,3 588,4 8 aţ 1 HRH K HRK Ocelová kulička 3,175 mm 98,7 1373, 1471, 4 aţ 1 HRK 15 N HR 15 N Diamantový kuţel 29,42 117,7 147,1 7 aţ 94 HR 15 N 3 N HR 3 N Diamantový kuţel 29,42 264,8 294,2 42 aţ 86 HR 3 N pokr.

9 Zkoušení materiálů I pokr. 45 N HR 45 N Diamantový kuţel 29,42 441,3 441,3 2 aţ 77 HR 45 N 15 T HR 15 T Ocelová kulička 1,5875 mm 29,42 117,7 147,1 67 aţ 93 HR 15 T 3 T HR 3 T Ocelová kulička 1,5875 mm 29,42 264,8 294,2 29 aţ 82 HR 3 T 45 T HR 45 T Ocelová kulička 1,5875 mm 29,42 411,9 441,3 1 aţ 72 HR 45 T Tabulka č.4: Symboly, označení, jednotky a oblast použití zkoušky tvrdosti podle Rockwella V praxi se nejčastěji uplatňují tato provedení Rockwellovy zkoušky: pouţitá stupnice hloubkoměru B (červená) C (černá) A (černá) označení tvrdosti HRB HRC HRA zkušební tělísko ocelová kulička 1,59 mm (1/16 ) diamantový kuţel =12, r=,2mm diamantový kuţel =12, r=,2mm zatíţení F [N] [kp] 98, , ,4 6 rozsah pouţití 2-1 HRB měkké materiály 2-7 HRC tvrdé materiály pro tenké vrstvy (cementační, nitridační), slinuté karbidy Tabulka č.5: Nejčastější způsoby provedení zkoušky podle Rockwella 3.3 Podmínky zkoušky Zkouška smí být vykonána jen na hladkém povrchu, prostém okují a nečistot. Zkoušený předmět musí leţet na očištěné, nepoddajné podloţce. Tloušťka předmětu (nebo zkoušené vrstvy) musí být nejméně desetinásobek trvalé hloubky vtisku. Zkouší li se na válcovém povrchu, pouţijí se opravné součinitele uvedené v ČSN EN Postup při zkoušce Na podloţný stolek tvrdoměru se poloţí zkoušený předmět, do kterého se plynule (bez rázů) zatlačí vnikací tělísko předběţným zatíţením F =98,1 N (1 kp) (jednotné pro všechny způsoby měření dle Rockwella ). Předběţné zatíţení se vyvodí ručně zvedáním podloţného stolku tvrdoměru se zkoušeným předmětem proti vnikacímu tělísku a to tak dlouho, aţ ručička malé pomocné stupnice tvrdoměru dosáhne značky označující velikost předběţného zatíţení. Ručička hloubkoměru je ve svislé poloze ( 5 dílků ). Vnikací těleso se působením F zatlačí do hloubky a (obr. č.3) pod povrch zkoušeného předmětu. Tím se eliminuje vliv povrchové vrstvy zkoušeného materiálu na výsledek (chyby nerovností povrchu, nedokonalostí dotyku, oduhličením povrchu atd.). Stupnice hloubkoměru se nastaví do počáteční polohy (při měření diamantem na nulu, při měření kuličkou na číslo 3). Tento stav se povaţuje za počátek vlastního měření. Stlačením tlačítka uvolňujícím pákovou zatěţovací soustavu tvrdoměru se zvolna (během 2-8 sekund), bez rázů vyvodí takové pracovní zatíţení, aby celkové zatíţení odpovídalo hodnotám stanoveným ČSN EN pro jednotlivé způsoby měření. Vnikací těleso vnikne do hloubky b podle velikosti odporu a tím i tvrdosti zkoušeného materiálu. Celkové zatíţení F má působit po dobu 4 2 s. Přístroj se odlehčí od přídavného zatíţení F 1, takţe působí jen předzátěţ F. Vlivem pruţných deformací se hloubka vtisku vnikacího tělesa změní na c. Tato hloubka a tím i odpovídající tvrdost se odečte na příslušné stupnici hloubkoměru.

10 Střední průmyslová škola 4. TVRDOMĚRY PRO STATICKÉ ZKOUŠKY TVRDOSTI 4.1 Tvrdoměr Meopta Tento tvrdoměr není schválen Úřadem pro normalizaci a lze ho tedy pouţívat jen ke školním výukovým účelům Schema a popis přístroje Na tyčovém stativu (1) (viz. obrázek č.4) s podkovovitou nohou je nasunuto rameno přístroje, jeţ nese zatěţovací zařízení (2), měřící mikroskop (3) a světelný zdroj (4) s transformátorem. Výškové nastavení ramene se provádí ručním kolečkem (5) s pastorkem a ozubeným hřebenem. Nastavená poloha se zajišťuje druhým kolečkem (6). Zatěţovací zařízení se skládá z ruční páky (7), táhla (8) a tlačného šroubu, který stlačuje pruţinu (9). Pruţina působí na tlačný čep (1) drţáku (11) vnikacího tělesa. Stlačení pruţiny a tím i pracovní zatíţení je nastaveno na 294,3 (N) (3 kp) dorazovou maticí (12), zajištěnou druhou maticí. Měřící mikroskop je výškově posuvný ve vodítku. Posuv je ovládán ručním kolečkem po levé straně přístroje. V horní části měřícího mikroskopu je okulárový mikrometr (13) s mikrometrickým šroubem pro posuv clony. Do okulárové objímky se Obr.4: Tvrdoměr Meopta vkládá okulár (14). Předmět s vtiskem se při mikroskopickém měření osvětluje nízkovoltovou ţárovkou (4) napájenou z el. sítě přes transformátor. Vzdálenost předmětu od objektivu je pevně vymezena vnějším pouzdrem objektivu tak, ţe obraz v mikroskopu je při dorazu na měřený objekt vţdy zaostřen. Rameno přístroje lze částečně vodorovně pootáčet v objímce tyčového stativu tak, ţe se vtisk ve zkoušeném předmětu dostane po přesunutí ramene přesně do osy zorného pole měřícího mikroskopu. Objektiv mikroskopu zvětšuje 12,5x, stejně jako okulár. Jeden dílek stupnice okulárového mikrometru odpovídá v předmětové rovině délce,1mm. Bubínek mikrometrického šroubu je rozdělen na sto dílků. Posuv clony okulárového mikrometru po otočení bubínku o jeden dílek odpovídá v předmětové rovině délce,1 mm Postup při měření. Rameno přístroje (obr. 4) otočte do levé krajní polohy. Na očištěnou podloţku tvrdoměru poloţte zkoušený předmět (pozor na poškození vnikacího tělíska). Při měření tvrdosti se zatíţením 98,1 N (1 kp) vloţte do zatěţujícího zařízení (2) pod dorazovou matici (12) vloţku z příslušenství přístroje, která omezí zatíţení na ţádanou hodnotu. Výšku ramene přístroje nastavte kolečkem (5) tak, aby při stlačení zatěţovacího zařízení ruční pákou (7) a dosednutí dorazové matice na těleso ramene (případně na dorazovou vloţku, omezující zatíţení) dosedlo rovněţ i ochranné pouzdro vnikacího tělíska na zkoušený předmět. Nastavenou polohu zajistěte druhým ručním kolečkem (6). Zkontrolujte nulovou polohu bubínku při přesném nastavení clony na jakoukoliv rysku stupnice. V opačném případě proveďte seřízení.

11 Zkoušení materiálů I Páku (7) zatěţovacího mechanismu zvolna, rovnoměrně, bez rázů stlačujte, dokud dorazová matice nedosedne na těleso ramene (případně dorazovou vloţku). Současně dosedne i ochranné pouzdro na zkoušený předmět. Stlačenou páku přidrţujte po dobu předepsanou normou. Po uplynutí předepsané doby zrušte zatíţení uvolněním páky (7). Působením pruţiny se celé zatěţovací zařízení vrátí do původní polohy. Rameno přístroje pootočte do pravé krajní polohy. Měřicí mikroskop se nastaví přesně nad vtisk. Ručním kolečkem na levé straně přístroje spusťte měřící mikroskop aţ na dosednutí ochranného pouzdra objektivu na zkoušený předmět. Při sníţení mikroskopu se automaticky rozsvítí ţárovka osvětlovače. Obraz a okulárovou stupnici zaostřete posouváním okuláru. Je-li obraz špatně osvětlen, najděte otáčením osvětlovací ţárovky (a případným posouváním) její optimální polohu, kdy bude intenzita osvětlení nejlepší. Okulárový mikrometr natočte tak, aby se osa vtisku (úhlopříčka vtisku) shodovala (byla rovnoběţná) s osou stupnice. Šroubkem leţícím proti mikrometrickému Obr.5: Měření vtisku na tvrdoměru Meopta bubínku na druhé straně okulárového mikroskopu nastavte libovolnou rysku tak, aby se přesně dotýkala kraje vtisku kuličky (případně rohu vtisku diamantového jehlanu). Otáčením bubínku mikrometrického šroubu posuňte clonu tak, aby se právě dotýkala druhého okraje (rohu) vtisku. Rozměr vtisku změřte tak, ţe spočítáte celé dílky stupnice, které leţí v ploše vtisku a na mikrometrickém bubínku odečtete počet dílků proti pevné rysce (obr.č.5). Rozměr vtisku změřte stejným způsobem ještě jednou, v kolmém směru na předcházející měření. Stanovte aritmetický průměr obou měření. Rozdíl obou hodnot nesmí být větší neţ 5%. Po měření zvedněte měřící mikroskop pomocí ručního kolečka do horní polohy, čímţ zhasne ţárovka osvětlovače. Na základě změřeného průměru vtisku a ze znalosti zátěţné síly nalezněte v příslušných tabulkách tvrdost HBS nebo HV Tvrdoměr HPO 3. Hydraulický tvrdoměr HPO 3 (výroba:wpm, Leipzig NDR) je pouţitelný pro měření tvrdosti materiálů podle Brinella. Popis přístroje. V přední části stojanu (1) (viz. obrázek č.6) je namontován upínací válec (3) s pístem. Vrtáním uprostřed pístu je vedeno stavěcí vřeteno (4), které se přestavuje ručním kolem (5). Stavěcí vřeteno je prodlouţeno spojovacím článkem (6) na jehoţ konci je upevněn zkušební stůl (7). Ve vrchní části stojanu je umístěno upínací pouzdro (9), ve kterém se nachází výkyvné těleso s drţákem vnikacího tělíska (8) a osvětlovací ţárovka pro osvětlení zkušebního vtisku. Výkyvné těleso je namontováno na pístu (1), který se pohybuje ve válci. Píst má ve spojení s tlakovým Obr.6:Tvrdoměr HPO 3

12 Střední průmyslová škola válcem a hydraulickým zařízením přístroje funkci zatěţovacího elementu. Píst je převrtaný, takţe při vysunutí výkyvného tělesa je vytvořený vtisk pozorovatelný a měřitelný měřícím mikroskopem (12). Stupnice mikroskopu má dělení po,5 mm. Na boku mikroskopu je mikrometrický šroub (bubínek), na kterém se odečítají hodnoty v,1mm. Okulárová hlavice je otočná o 9, takţe je moţno měřit velikost vtisku ve dvou na sebe kolmých směrech. V zadní spodní části stojanu je umístěna olejová nádrţ, na které je namontováno vysokotlaké zubové čerpadlo spojené s motorem (2). Hydraulické ovládácí zařízení je spojené táhly se spínací pákou (11), která se dá spínat ve třech polohách. Postup při měření. Zvolte (kontrolujte) správný siloměrný prvek s ohledem na prováděnou zkoušku. Kontrolujte, zda spínací páka (11) zaujímá polohu. Zapněte hlavní spínač (v zadní části přístroje). Na zkušební stůl poloţte očištěný zkoušený Obr.7: Měření průměru vtisku předmět. Ručním kolem (5) přestavte stavěcí vřeteno tak, aby mezi upínacím pouzdrem a zkoušeným předmětem byla vzdálenost asi 5 mm. Spínací páku přesuňte do polohy. Tím se hydraulicky zvedne zkušební stůl s předmětem, který se pevně upne proti upínacímu pouzdru. Poloha výkyvného tělesa s vnikacím tělískem zůstane nezměněna. Spínací páku přesuňte do polohy. Výkyvné těleso se zasune tak, ţe drţák s vnikacím tělískem zaujme vůči předmětu kolmou polohu a tělísko je příslušnou zátěţnou silou vtlačeno do zkoušeného materiálu. Vyčkejte aţ se ručička měřících hodinek zastaví. Vraťte spínací páku do polohy, čímţ se odlehčí z vnikacího tělíska zátěţná síla, vnikací tělísko se vrátí do původní polohy a mikroskopem je moţno pozorovat vytvořený vtisk. Změřte velikost vtisku (ze dvou - na sebe kolmých - měření zjistěte aritmetický průměr). Za tím účelem zaostřete vtisk pomocí dráţkovaného šroubku vpravo pod okulárovou hlavicí (provádí se pouze 1 denně). Levým rýhovaným šroubkem nastavte dlouhou rysku stupnice na okraj vtisku. Mikrometrickým šroubkem nastavte pravou polovinu stupnice tak, aby se rysky označené k sobě co nejvíce přiblíţily a okraj vtisku byl ohraničen dlouhou či krátkou ryskou. Odečtěte počet dílků (t.j. vzdálenost mezi dvěma dlouhými ryskami = 1mm) a údaj na mikrometrickém bubínku. Ryska označená se nepočítá. 4.3 Tvrdoměr HPO 1. Tvrdoměr HPO 1 (výroba: WPM, Leipzig - NDR) je určen pro měření tvrdosti materiálů podle Vickerse. Popis přístroje Do třmenového podstavce (1) jsou vmontovány dva permanentní magnety, kterými se provádí upínání tvrdoměru na zkoušený předmět. Uprostřed tohoto podstavce je umístěno vedení saní (3), v němţ jsou uloţeny vertikálně přesuvné saně (4). Na těchto saních je uchycen tubus (5), ve kterém je umístěno zátěţné zařízení, signální zařízení a zařízení měřící. Vertikální posuv tubusu obstarává vřetenový resp. kuţelový převod. Vřeteno je ovládáno ručním kolečkem (6). Zatěţovací zařízení tvoří tlakové pero uloţené v pruţinové skříni, která je zamontována do tubusu (5). Přístroj je připraven pro měření se zátěţnou silou 98,1N (1kp). Druhé tlakové pero pro zátěţnou sílu 49,5N (5kp) se dodává zvlášť v příslušenství přístroje.

13 Na spodním konci zatěţovacího zařízení je ve stojánku (7) otočně uloţeno vnikací těleso diamantový jehlan. Stojánek je ovládán páčkou (8). Uprostřed tubusu je umístěno signální zařízení, které se skládá z přesně seřízených kontaktů umístěných pod ochranným krytem a tří signálních okének (9), bílého, zeleného a červeného, jejichţ rozsvícení udává velikost zatíţení při měření. V tubusu je rovněţ umístěno měřící zařízení, které se skládá ze speciálního mikroskopu (1) a iluminátoru (11). Okulárová hlava mikroskopu (14) je otočná. V okuláru mikroskopu jsou vyleptány čárkované vlasové úhly (obr.9), kterými se vymezuje vtisk. Přemisťování levé poloviny vlasového úhlu se provádí stavěcími šrouby (12), pohyb pravé poloviny vlasového úhlu ovládá jemný měřící šroub (13), na kterém se odečítají setiny a tisíciny naměřené hodnoty. Desetiny udává údaj číselné stupnice okulární destičky mikroskopu. Zkoušení materiálů I Vtisk se uměle osvětluje iluminátorem, který se zašroubovává do tubusu (5) zezadu a je vybaven Obr. 8: Tvrdoměr HPO 1 malou ţárovkou. Iluminátor je opatřen otočnou clonou, kterou se seřizuje osvětlení vzorku. Ţárovka se připojuje na síť střídavého proudu kabelem přes transformátor. Postup při měření. Při přípravě tvrdoměru a při měření věnujte velkou pozornost diamantovému jehlanu, aby nedošlo k jeho poškození Upínání přístroje. Přístroj zvedněte pomocí rukojetí a nasaďte jej na zkoušený předmět. Tvrdoměr zaujme automaticky polohu kolmou k povrchu zkoušeného předmětu. Otočením rukojetí (2) do polohy zapnete sílu magnetů. Při měření menších předmětů umístíte tvrdoměr na stůl (15) a přizpůsobíte ho pomocí příloţky (16), na kterou se ukládají měřené předměty Vyvození vtisku. Vnikací tělísko seřiďte pomocí páčky (8) do osy tlaku (páčka na doraz v pravé poloze). Pomocí kolečka (6) spouštějte zvolna tubus (5) směrem ke zkoušenému vzorku. Bílé signální okénko se rozsvítí jakmile se diamantový jehlan dostane do kontaktu se zkoušeným vzorkem a jakmile se realizovalo asi 9% celkové zátěţné síly. Signalizuje tedy, ţe vzápětí bude dosaţeno plné zátěţné síly, proto při dalším zatěţování je nutno postupovat nanejvýš zvolna a citlivě. S kolečkem (6) otáčejte tak dlouho, aţ se rozsvítí zelené signální světlo, které signalizuje dosaţení celkové zátěţné síly, odpovídající zamontovanému tlačnému peru. V tomto okamţiku je nutno přestat se zatěţováním. Při dalším otáčení kolečka (6) by se totiţ síla zvětšila nad přípustnou mez, coţ je signalizováno červeným světlem. V takovém případě se vtisk neměří a měření se musí na jiném místě zkoušeného materiálu opakovat. Po dosaţení správného zatíţení ho nechte toto působit předepsanou dobu. Potom vraťte tubus zpět do horní polohy, ve které se dia. jehlan zcela jistě nedotýká zkušebního vzorku. Toho dosáhnete zpětným vytočením kolečka (9). Měření vtisku (obr.9). Páčkou (9) vytočte vnikací tělísko do levé krajní polohy a seřiďte ostrost čárkovaného obrazu vlasového úhlu zašroubováním nebo vyšroubováním okulárového zařízení měřícího mikroskopu. Ostrost vtisku seřiďte tak, ţe pomocí kolečka (6) budete opatrně pohybovat tubusem dolů (nebo nahoru). Potom nastavte levý vlasový úhel v okuláru tak, aby se kryl s levými hranami vtisku. K tomuto účelu slouţí stavěcí šrouby (12). Pravý vlasový úhel

14 Střední průmyslová škola nastavte zase tak, aby se kryl s pravými hranami vtisku. K tomu slouţí měřící šroub (13). Jednotlivá seřízení proveďte s maximální přesností, neboť právě na tom je závislý výsledek zkoušky. Po tomto seřízení odečtěte pomocí rysky na stupnici v horním zorném poli mikroskopu délku úhlopříčky vtisku v,1mm a na stupnici jemného měřícího šroubu (13) v,1mm. Otočte okulárovou hlavici (14) o 9 a stejným způsobem změřte druhou úhlopříčku vtisku. Z jejich aritmetického průměru najděte v tabulkách příslušnou tvrdost. Jestliţe se po skončení měření tvrdoměr dále nepouţívá, vypněte magnety otočením rukojetí (2) do polohy. d=,328 mm Obr.9: Měření vtisku na HPO Tvrdoměr Diatestor. Vedoucí místo mezi tvrdoměry v moderních laboratořích a zkušebnách zaujímají Diatestory. Původní přístroj tohoto druhu byl vypracován v r v Poldině huti v ČSR. V současné době však vyrábějí Diatestory zahraniční firmy. Kromě přesnosti jsou výhodné i velmi jednoduchou obsluhou a vysokou produktivností. Popis přístroje. Přístroj je jednoduché konstrukce, snadno se obsluhuje a práce na něm je vysoce produktivní. Je znázorněn na obrázku č.1. Tvrdoměr má mechanické zatěţování závaţím, působícím na vnikací tělísko přes jednoramennou páku (1). Zátěţnou sílu lze měnit, aniţ by bylo nutno snímat přebytečná závaţí ze závěsu. Do otvoru ve stojanu se nasunou kolíčky, které nadlehčením aretují při vtiskování neţádoucí závaţí. K vyváţení vlastní hmotnosti páky (1) a příslušenství slouţí protizávaţí (2). Rychlost zatěţování je regulovatelná olejovým 11 kataraktem (3). Táhlo spojuje píst kataraktu s ovládacím segmentem (4). Vnikací tělísko (5) a objektiv (6) jsou na společném drţáku a jejich přestavování je pomocným pákovým systémem vázáno na hlavní zatěţovací soustavu. Uvede-li se zatěţovací mechanizmus do chodu ruční pákou (7), přestaví se tím vnikací tělísko (5) zároveň do Obr.1: Tvrdoměr Diatestor vertikálního směru. Naopak při odlehčení se natočí ovládacím segmentem (4) prostřednictvím ruční páky (8) - tak, ţe podepře páku (1) a pomocnými táhly současně přestaví do vertikálního směru nad vtisk objektiv (6) mikroskopu. Tím je zároveň vyřešeno blokování, to znamená, ţe zatěţovací mechanizmus nelze uvést do chodu, pokud není vnikací tělísko ve správné poloze a naopak nelze nastavit nad vtisk objektiv pokud působí zatíţení. Vnikací tělísko a objektiv jsou společně připojeny otočně čepem k dutému tělesu, které přenáší zatíţení a současně v něm je zabudována projekční optika. Zvětšený obraz vtisku se na matnici (9) měří pravítky s dělením přizpůsobeným pouţitému zvětšení (7x nebo 14x). K tvrdoměru bývají někdy dodávány také stupnice vynesené přímo v jednotkové tvrdosti

15 Zkoušení materiálů I Postup při měření. Nastavte (resp. překontrolujte) ţádané zatíţení. Překontrolujte je-li v přístroji (obr. 1) správné vnikací tělísko (5). Zapněte osvětlení. Očištěný zkoušený předmět poloţte na čistý podloţný stůl (1). Podloţný stůl (1) se zkoušeným předmětem vyšroubujte ručním kolem (11) proti hlavě tak, aţ se na matnici (9) objeví zvětšený povrch předmětu. Zatáhněte přední ruční páku (7) k sobě aţ do konečného postavení. Tím se zamění objektiv (6) za vnikací tělísko (5). Současně se samočinně uvede do pohybu páka pro zatíţení (8) a na vnikací tělísko začne působit zatíţení. Počkejte aţ páka (8) zaujme konečnou polohu. Příslušné zatíţení nechte působit předepsanou dobu. Páku pro zatíţení (8) nastavte do počáteční polohy. Tím se odlehčí vnikací tělísko (5) a nad vtisk se nastaví objektiv (6). Na matnici (9) se v příslušném zvětšení objeví obraz (průmět) vtisku. Je-li obraz neostrý, proveďte zaostření otáčením ručního kola (11). Pomocí měřítka umístěného před matnicí (9) změřte ve dvou na sebe kolmých směrech průměr, nebo úhlopříčku vtisku d (obr.11). Z aritmetického průměru naměřených hodnot zjistěte v příslušných tabulkách tvrdost HBS, nebo HV. Ručním kolem (11) uvolněte zkoušený předmět. d =,163 mm Obr.11: Tvrdoměr Diatestor měření vtisku

16 Střední průmyslová škola 4.5 Tvrdoměr HPO 25 Tvrdoměr HPO 25 (výrobce: WPM, Leipzig NDR) umoţňuje provádět zkoušku tvrdosti dle Brinella a Vickerse. Popis přístroje Celé soustrojí tvrdoměru (obr.12) je v uzavřené skříni, takţe je chráněno proti prachu. Ve spodní části je uloţen pohybový šroub (1) se stolem (2) na který se ukládá zkoušený předmět. Otáčením ručního kola (3) se stůl zvedá, nebo spouští. Nad stolem je v hlavě (5) uloţena otočná úhlová páka, která má na jednom rameni umístěn objektiv a na druhém objímku s vnikacím tělískem (4). Povrch zkoušeného předmětu je osvětlován světelným zdrojem (6). Vnikací tělísko se zatěţuje závaţím přes pákový mechanizmus s olejovou brzdou, která umoţňuje postupné zvyšování zatíţení na předepsanou hodnotu bez rázu. Volba vhodného zatíţení dle příslušné normy se provádí tlačítkovým Obr.12: Tvrdoměr HPO 25 voličem (7). V okamţiku zapnutí spínače (8) se uzavře elektrický obvod, elektromagnet vtáhne úhlovou páku s vnikacím tělískem (4) do hlavy (5) a začne působit zatíţení, přičemţ se páka (9) pohybuje do horní polohy. Po provedeném vtisku se vnikací tělísko odlehčí stlačením páky (9) do spodní polohy, tím se vypne proud, elektromagnet přestane působit na úhlovou páku, která vykývne působením pruţiny do původní polohy a nastaví objektiv nad vtisk. Obraz vtisku je přenášen na matnici (1) a podle pouţitého objektivu je zvětšen 7x, nebo 14x Postup při měření Překontrolujte je-li v přístroji upevněno správné vnikací tělísko (4). V souladu s příslušnou normou zvolte ţádané zatíţení, které nastavíte tlačítkovým voličem (7). Vypínačem (13) rozsviťte světelný zdroj (6). Na stůl (2) uloţte zkoušený předmět, otáčením kola (3) zvedejte stůl s předmětem tak dlouho, aţ se na matnici (1) zobrazí zaostřený povrch zkoušeného předmětu. Zapnutím spínače (8) zatlačte zvoleným zatíţením vnikací tělísko do zkoušeného předmětu. Po vytvoření vtisku páka (9) je v horní poloze stlačte páku (9) do spodní polohy, čímţ se nad vtisk nastaví objektiv. Na matnici (1) změřte ve dvou na sebe kolmých směrech průměr, nebo úhlopříčku vtisku d. Z aritmetického průměru naměřených hodnot zjistěte v příslušných tabulkách tvrdost HBS, nebo HV.

17 Měření vtisku Zkoušení materiálů I Na matnici (1) jsou vpravo i vlevo od středu naznačeny dílky. Šroubem (11) nastavte některou z rysek na levý okraj vtisku. Mikrometrem (12) nastavte na pravý okraj vtisku některou z rysek. Velké dílky značí desetiny mm, nonius pod osou stupnice označený -1 měří setiny mm a na mikrometru se odečtou tisíciny mm. Příklad měření je na obrázku 13. Obr.13: Měření vtisku na tvrdoměru HPO Tvrdoměr RB-1. Tvrdoměr RB-1 (výroba: Zbrojovka Vsetín) je určen pro měření tvrdosti materiálu podle Rockwella. Popis přístroje Základem tvrdoměru (obr. 14) je litinový stojan (1). V jeho přední spodní části je uloţen zdvihací šroub (2). Do otvoru v horní části šroubu se vkládají vyměnitelné pracovní stolky. Šroub je ovládán ručním kolem (3). Závit zdvihacího šroubu je chráněn pryţovým krytem. V přední horní části stojanu je veden tlačný čep, do jehoţ otvoru v dolním konci se vkládá drţák s vnikacím tělískem (4). Hlavní páka (5), vyvozující tlak na tlačný čep, je na předním konci břitově uloţena v hlavním tělese. Na druhém konci páky je zavěšen závěs (6), procházející volně vybráním závaţí (7). Závaţí jsou uloţena na misce. Po uvolnění zdvihací páky (12) se pohybují s miskou dolů, dosednou na Obr. 14: Tvrdoměr RB

18 Střední průmyslová škola talíř závěsu a vyvozují přes hlavní páku (5) tlak přídavného zatíţení na tlačný čep. Miska je přes hřídel spojena s pístem, který se pohybuje v tělese olejové brzdy (8), slouţící k seřízení stejnoměrné zatěţovací rychlosti. Zatěţovací soustava se uvolňuje tlačítkem (1). K osvětlení pracovního místa je pouţit iluminátor (9). Naměřené hodnoty tvrdosti se odečítají na stupnicích hloubkoměru (11). Přídavné zatíţení se vyvozuje závaţím kladeným na misku olejové brzdy. Závaţí je celkem 6 druhů a jsou označena: 2,5-28,75-31,25-37, kp. Jako první se na misku klade závaţí 31,25! Při volbě zatíţení je třeba jednotlivé stupně sečítat, t.j. pro zkoušku HRA : 31, ,75 = 6 kp t.j. 588,6 N Postup při měření. HRB : 31, , = 1 kp t.j. 981 N HRC : 31, , = 15 kp t.j. 1471,5 N S ohledem na provedení Rockwellovy zkoušky tvrdosti: Zvolte správný druh vnikacího tělíska (4) a sestavte závaţí pro příslušné zatíţení (pozn.: po kaţdé výměně vnikacího tělíska proveďte jednu zkoušku bez měření, aby tělísko správně dolehlo v drţáku). Na čistý pracovní stolek uloţte očištěný zkoušený předmět. Zdvihejte ručním kolem (3) stolek se zkoušeným předmětem proti vnikacímu tělísku tak dlouho, aţ malá ručička hloubkoměru (11) bude ukazovat na černý bod. Velká měřící ručička má stát svisle vzhůru (dovolená úchylka je 5 dílků). V tomto okamţiku předpětí pruţiny dosáhlo hodnoty F o =98,1 N (1 kp), čímţ bylo vnikací tělísko vtlačeno do hloubky a pod povrch a tím byl eliminován vliv povrchové vrstvy zkoušeného předmětu na výsledek měření (viz. obr.3 pozice B). Tento stav se povaţuje za počátek měření vynulujte stupnici hloubkoměru (11). Měřící ručička ukazuje na dílek vyznačený písmeny C a B. Stlačením tlačítka (1) uvolněte zatěţovací soustavu tvrdoměru. Vyčkejte aţ se bezrázovitě dosáhne celkového zatíţení F (obr.3 pozice C) zdvihací páka (12) se zastaví v horní pozici a velká ručička hloubkoměru se zcela zastaví. Vrácením páky (12) do původní polohy, kde se samočinně zajistí, odlehčete zatěţovací soustavu tvrdoměru, na vnikací tělísko působí pouze předzátěţ F (obr.3 pozice D). Odečtěte na příslušné stupnici (C pro měření s diamantovým kuţelem, B pro měření s ocelovou kuličkou) hloubkoměru číselnou hodnotu tvrdosti zkoušeného materiálu. Poznámka: za výsledek berte průměr alespoň ze tří zkoušek provedených na různých místech vzorku. 4.7 Tvrdoměr Lucznik. Popis přístroje Schéma polského tvrdoměru Lucznik je na obrázku 15. Základem tvrdoměru, který je určen pro měření tvrdosti podle Rockwella je litinový stojan (8). V přední části stojanu je podloţný stolek (3), který se dá točením ručního kola (5) zvedat šroubem (4). Na stolek se umisťuje zkoušený vzorek. Předzátěţ F = 98,1 N (1 kp) se vyvozuje pruţinou tak, ţe se vzorek zvedáním podloţného stolku zvolna přitlačuje na vnikací tělísko. Dosaţení předepsané hodnoty předpětí ukáţe samostatná ručička na čísel.úchylkoměru (1). Po stlačení uvolňovacího tlačítka (7) se uvolní pákový zatěţovací mechanizmus a miska se závaţím zvolna klesne na páku, která tlačí na měřící trn s vnikacím tělískem (2). Zvýšení zatíţení z předzátěţe F O na celkové zatíţení probíhá bezrázovitě, coţ umoţňuje olejový tlumič umístněný pod závaţím v zadní části tvrdoměru. Odlehčení zatíţení se provádí otočením kličky (6) do počáteční polohy. Velká ručička

19 číselníkového úchylkoměru (1) zaujme konečnou polohu a na stupnici je moţno přímo odečítat naměřenou tvrdost. Spuštěním stolku (3) se vzorek uvolní a vyjme. Zkoušení materiálů I Postup při měření: 2 V závislosti na zvoleném způsobu Rockwellovy zkoušky tvrdosti zvolte správné vnikací tělísko (2) 3 a velikost zatěţovacího závaţí umístěného na 4 závěsu v zadní části tvrdoměru. Na čistý podloţný stolek (3) uloţte očištěný 5 zkoušený předmět. 6 Zdvihejte pomocí ručního kola (5) stolek (3) se 7 zkoušeným předmětem proti vnikacímu tělísku 8 tak dlouho, aţ malá ručička hloubkoměru (1) bude na pomocné malé stupnici ukazovat na číslo 4 Obr. 15: Tvrdoměr Lucznik (červená značka). Velká (měřící) ručička má být svisle vzhůru (dovolená úchylka je ± 5 dílků). V tomto okamţiku předpětí pruţiny dosáhlo hodnoty F =98,1 N (1 kp), čímţ bylo vnikací tělísko vtlačeno do hloubky a pod povrch a tím byl eliminován vliv povrchové vrstvy zkoušeného předmětu na výsledek měření (obr.3 pozice B). Tento stav se povaţuje za počátek měření vynulujte stupnici hloubkoměru (černá, červená 3). Stlačením tlačítka (7) uvolněte zatěţovací soustavu tvrdoměru. Vyčkejte, aţ se bezrázovitě dosáhne celkového zatíţení F (obr.3 pozice C) klička (6) zaujme horní polohu s doprovodným zvukovým efektem. Vrácením kličky (6) do původní polohy odlehčete zatěţovací soustavu tvrdoměru, tím na vnikací těleso působí pouze předzátěţ F (obr.3 pozice D). Odečtěte na příslušné stupnici (černá pro měření s diamantovým kuţelem, červená pro měření s ocelovou kuličkou) hloubkoměru číselnou hodnotu tvrdosti zkoušeného materiálu. Poznámka: Za výsledek berte průměr alespoň ze tří zkoušek provedených na různých místech vzorku. 1 II. DYNAMICKÉ ZKOUŠKY TVRDOSTI. Na rozdíl od statických zkoušek jsou poměry při vtlačování vnikacího tělíska u dynamických zkoušek tvrdosti zcela jiné. Vnikací tělísko je proti zkoušenému předmětu buď z určité vzdálenosti vrţeno nebo na něm volně spočívá a je jiným tělesem rázem do něj vtlačeno. 1. Poldi kladívko. Ke zkouškám vtlačováním vnikacího tělíska do zkoušeného materiálu rázem se nejčastěji pouţívá tvrdoměr Poldi kladívko. Při měření s tímto přenosným tvrdoměrem (obr.16) se do výřezu ve dvoudílném pouzdru (1) vsune porovnávací tyčinka (4) o známé pevnosti v tahu. Účinkem přidrţovací pruţiny (3) je svorníkem (2) tyčinka Obr.16: Poldi kladívko

20 Střední průmyslová škola přitlačována k vnikacímu tělísku (5), kterým je ocelová kulička D= 1mm. Po tomto sestavení se tvrdoměr přiloţí kolmo na zkoušený materiál, jehoţ povrch je upraven tak, aby se vtisky daly dobře měřit. Ráz, kterým je kulička vtlačena do materiálu, se vyvodí úderem ručního kladiva na horní plochu svorníku (2). Kulička vytvoří dva vtisky - jeden ve zkoušeném materiálu (6), druhý ve srovnávací tyčince (4). Velikost vtisků se změří Brinellovou lupou dodávanou s přístrojem. Vtisk ve zkoušeném materiálu i v porovnávací tyčince se měří ve dvou na sebe kolmých směrech. Porovnáním aritmetických průměrů obou měření v tabulkách přiloţených k tvrdoměru (tabulka č.6), lze určit tvrdost podle Brinella. Tabulky platí pouze pro srovnávací tyčinku z oceli, jejíţ pevnost v tahu je 686,7 MPa (1 N mm -2 = 1 MPa ), t.j. 7 kp. mm -2. Při pouţití tyčinky o jiné pevnosti v tahu, musí být hodnota tvrdosti zjištěná z tabulek korigována a to tak, ţe se násobí koeficientem k. k= skutečná pevnost tyčinky [Mpa] skutečná pevnost tyčinky [kp.mm -2 ] = 686,7 7 Sílu úhozu kladiva není třeba měřit, protoţe poměr velikostí obou vtisků zůstává zachován, i kdyţ je síla úhozu různá. d E [mm] v etalonu 2,3 2,4 2,5 d K [mm] ve zkoušeném kuse 2,4 2,5 2,6 2, Rm HB Tabulka č.6 2. Skleroskop Shore. Shoreho skleroskop je tvrdoměr pro měření tvrdosti materiálů metodou pruţného odrazu, při které se hodnota tvrdosti určuje z výšky odrazu standardního zkušebního tělíska, padajícího na zkoušený předmět z konstantní výšky (1 =254mm). Skleroskop (obr.17) tvoří vodící lišta (1), ve které se pohybuje malé válcovité tělísko (2), zakončené kulovitě zabroušeným diamantem. Tělísko je v nejvyšším bodě vodící lišty, při stlačení zadního tlačítka (5), uchyceno pomocí háčků. Stlačením předního tlačítka (4) se tělísko uvolní a padá na zkoušený předmět. Na stupnici (3) se odečte výška odskoku zkušebního tělíska. Pro minimalizování chyby při odečítání výšky odskoku tělíska se provádí opakované měření (nutno dbát, aby při kaţdém měření byl přístroj posunut o 1 mm), ze kterých se vypočítá střední hodnota. Takto zjištěná střední hodnota odskoku tělíska se transformuje pomocí převodních charakteristik, dodaných s přístrojem, na Vickersovy stupně tvrdosti HV R, které se převedou na stupně tvrdosti podle Shoreho (H SH ). Obr.17: Skleroskop Shore

21 Zkoušení materiálů I III. ÚLOHY KE ZKOUŠENÍ TVRDOSTI MATERIÁLU Úloha č. 1.1: Změřte tvrdost předloţených vzorků materiálů o různém tepelném zpracování zkouškami podle Brinella a Vickerse! Rozhodněte jakou zkoušku pouţijete u jednotlivých vzorků! Měření proveďte na tvrdoměrech Meopta a jejich přesnost zkontrolujte cejchovacími destičkami! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování předloţených vzorků. Úloha č. 1.2: Změřte tvrdost předloţených vzorků materiálů o různém tepelném zpracování zkouškami podle Brinella a Vickerse! Rozhodněte jakou zkoušku pouţijete u jednotlivých vzorků! Měření proveďte na tvrdoměrech HPO 3 a HPO 1! Jejich přesnost zkontrolujte cejchovacími destičkami! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování předloţených vzorků! Úloha č. 1.3: Změřte tvrdost předloţených vzorků materiálů o různém tepelném zpracování zkouškami podle Brinella a Vickerse! Rozhodněte jakou zkoušku pouţijete u jednotlivých vzorků! Měření proveďte na tvrdoměrech HPO 25 a Diatestor! Jejich přesnost zkontrolujte cejchovacími destičkami! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování předloţených vzorků! Úloha č. 1.4: Změřte tvrdost předloţených vzorků materiálů o různém tepelném zpracování zkouškou podle Rockwella! Pro jednotlivé vzorky zvolte správné měření! Měření proveďte na tvrdoměrech RB-1, jejichţ přesnost zkontrolujte cejchovacími destičkami! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování! Úloha č. 1.5: Změřte tvrdost předloţených vzorků materiálů o různém tepelném zpracování zkouškou podle Rockwella! Pro jednotlivé vzorky zvolte správné měření! Měření proveďte na tvrdoměrech Lucznik, jejichţ přesnost zkontrolujte cejchovacími destičkami! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování! Úloha č. 2: Ke změření tvrdosti předloţených vzorků materiálů pouţijte dynamické zkoušky tvrdosti! Naměřené hodnoty porovnejte a diskutujte! Na základě naměřených hodnot rozhodněte o kvalitě tepelného zpracování! Úloha č. 3: Změřte tvrdost předloţeného vzorku materiálu známé pevnosti v tahu statickými zkouškami tvrdosti podle Brinella na tvrdoměru HPO 25, podle Vickerse na tvrdoměru Diatestor, podle Rockwella na tvrdoměru Lucznik a dynamickou zkouškou tvrdosti Poldi kladívkem! Naměřené hodnoty porovnejte a diskutujte!

22 Střední průmyslová škola B. MECHANICKÉ ZKOUŠKY MATERIÁLU I. MECHANICKÉ ZKOUŠKY STATICKÉ Způsob mechnického zkoušení materiálů předpokládá, ţe působení síly na zkoušené těleso je klidné. Síla můţe působit neproměnně, staticky nebo můţe bezrázovitě vzrůstat aţ do porušení tělesa. Podle způsobu namáhání se zkoušky rozdělují na zkoušky tahové (trhací), tlakové, ohybové, střihové a krutové. Zkoušky lze provádět za normálních teplot nebo při teplotách vysokých či nízkých. 1. ZKUŠEBNÍ STROJE Zkušební stroje pro statické mechanické zkoušky jsou konstruovány a vybaveny příslušenstvím tak, aby měly univerzální uplatnění. Lze na nich provádět zkoušky v tahu, tlaku, ohybu a střihu. Pouze zkouška v krutu vyţaduje speciální zkušební zařízení. Zkušební stroje mají tyto hlavní části: a) stojan se zařízením k upínání zkušebních tyčí b) zatěţovací zařízení c) zařízení k měření zatěţující síly s registrací závislosti deformace-síla Zkušební stroje jsou buď s mechanickým nebo hydraulickým zatěţováním. U mechanického zkušebního stroje (obr.18) se zkušební tyč (1) zatěţuje šroubovým vřetenem (2), které je připojeno ke spodní upínací hlavě (3) a zabírá do matice (4) v náboji šroubového kola (5). Obr. 18 Aby bylo zabráněno jeho axiálnímu posunu, je kolo uloţeno v rámu (6) stroje v axiálních loţiskách. Do ozubení tohoto kola zabírá šroub (7), poháněný buď přímo nebo přes ozubené či jiné převody, a to buď ručně nebo elektromotorem. Mechanické měření zátěţné síly se provádí sklonnou váhou (8) se závaţím (9), která při zatěţování plynule Obr.19 vyvaţuje zatěţovací sílu. Výkyv ramene sklonné váhy se přenáší na ručičku ukazatele, která na stupnici (1) ukazuje okamţitou hodnotu zátěţné síly. U hydraulického zkušebního stroje (obr.19) se potřebné zatíţení vyvodí tlakovým olejem přiváděným potrubím (1) do válce (2), který je uloţen na horním příčníku (4). Píst (3) působí na závěs, jehoţ traverza (5) s upínacím zařízením dělí prostor, uzavřený strojním rámem, na tlakový (TL) a taţný (T).

23 Zkoušení materiálů I Spodní upínací hlava (6) je pevná, výškově nastavitelná. Velikost zatěţující síly se určuje měřením tlaku v hnacím válci kyvadlovým manometrem (obr.2). Na kyvadlo se tlak převede pomocným pístem (P), který je vytlačován z válce a kyvadlo (K) se vychyluje, aţ je dosaţena rovnováţná poloha. Aby bylo tření malé, otáčí se pomocný válec motorem (M) přes šnekové soukolí. Obr Mechanický zkušební stroj ZDM 1 Technická data: typ ZDM 1 výrobce: VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig měřící rozsahy: kn Univerzální mechanický stroj ZDM 1 (obr. 21) je tvořen silným rámem, který se skládá ze základní desky, dvou nosných sloupů a horního příčníku. V základní desce je v axiálních loţiskách uloţena matice (1) uvádějící do posuvného pohybu šroubové vřeteno (2). Od pohánějícího elektromotoru je moment převáděn na matici (šroubové vřeteno) přes variátor pro plynulou regulaci otáček. Rychlost zatěţování se reguluje za chodu stroje ručním kolem (11). Spodní upínací hlava (3) je vedena lištami na obou sloupech. K ní je připevněn pomocný servomotor (4), pohánějící přes kuţelový převod vřeteno (2) při chodu stroje naprázdno. Toto zazařízení slouţí ke zrychlení zpětného pohybu upínací hlavy po provedené zkoušce. Horní upínací hlava (5) se při působení zatěţující síly pohybuje v malém rozmezí svisle. Při tomto pohybu je vedena kladičkami po loţiskách na sloupech. Zatěţující síla je ze zkušební tyče přenášena upínací hlavou (5) na pákovou soustavu dvou jednoramenných pák, která ji dále převádí na sklonnou váhu (6). Tato páková soustava je uloţena v dutině horního příčníku. Vliv vlastní tíhy pákové soustavy je eliminován protizávaţím (7). Zpětný pohyb sklonné váhy a celého pákového systému po přetrţení tyče brzdí olejový katarakt. Moment od zátěţné síly vyvaţuje závaţí (8) na konci ramene sklonné váhy. Výchylka tohoto ramene se mechanicky přemění na stupnici siloměru (9). Kromě siloměru je stroj vybaven registračním zařízením pro záznam závislosti deformace zkušební tyče a zatěţující síly. K tělesu dolní upínací hlavy je připevněn drţák (1) unášející svisle vedenou hřebenovou tyč (11), která nahání pastorek s kladičkou, od níţ se odvozuje pohyb stuţky, pohánějící cívky pro posuv registračního papíru. K přímému měření deformací slouţí měřítko upevnění na sloupu. Ukazatel spojený s drţákem (1), na něm ukazuje hrubou hodnotu deformace. Pohyb stroje je ovládán třemi tlačítkovými spínači (12) a řadící páčkou (13) na spodní upínací hlavě.

24 Obr. 21 Střední průmyslová škola

25 Obr.22 Zkoušení materiálů I

26 Střední průmyslová škola 1.2 Mechanický zkušební stroj Amsler 5 Technická data: typ ZD 44 výrobce: Amsler, Schaffhausen (Švýcarsko) měřící rozsah: N Zkušební stroj Amsler (obr.22) má vzhledem k měřícímu rozsahu otevřenou konstrukci stojanu (1). Patří do skupiny strojů s mechanickým způsobem zatěţování prostřednictvím napínacího šroubu (2), který je poháněn elektromotorem (3) (nebo ručně klikou - 4) přes šnekový pohon. Spodní upínací hlava (5) je pohyblivá, horní (6) pevná. Spodní upínací hlava se uvede do činnosti přitaţením páky spojky (7) proti pozorovateli. Ve svislé poloze páky je pohon odpojen. Zatěţujcí síla se měří tzv. sklonnou váhou (8). Velikost síly se odečte na stupnici (9) příslušného rozsahu. Stroj je vybaven registračním zařízením (1) pro záznam závislosti zatěţující síly a prodlouţení tyče. Rychlému klesnutí kyvadla sklonné váhy po přetrţení zkušební tyče zabraňuje hydraulické brzdící zařízení (11). Pro upnutí zkušebních vzorků je stroj vybaven upínacím zařízením pro různé typy zkušebních vzorků. Pro rychlé přestavení dolní upínací hlavy (5) slouţí ruční klika (12), kterou je však potřeba při provedení zkoušky zajistit kolíkem (13) proti otáčení. Zkušební tyč se upíná nejdříve do horní upínací hlavy a teprve potom do spodní. Při upnutí je potřeba, aby zkušební tyč byla drţena nejméně 3/4 délky upínacích čelistí. 1.3 Hydraulický zkušební stroj ZD 1 Technická data: typ ZD 1 výrobce: VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig měřící rozsah: kn Univerzální zkušební stroj ZD 1 s hydraulickým zatěţováním (obr.23) má proti běţným konstrukcím hydraulických zkušebních strojů určitá vylepšení (srovnej s obr. 19). Pracovní válec (2) a píst (3) jsou uloţeny ve spodní části stroje. Spodní příčník (4) závěsu omezuje prostor pro zkoušky tlakem, ohybem a střihem, na horním příčníku (5) je upínací zařízení pro zkoušky tahové. Světlý prostor závěsu je rozdělen příčnou hlavou (6) spojující sloupy stroje a uzavírající silový obvod. Sloupy (7) jsou provedeny jako vřetena, jejichţ prostřednictvím lze výškově představovat pohyblivou příčnou hlavu (6). Tím se dosáhne toho, ţe světlý prostor stroje je k dispozici plnou měrou jak pro tahové (T), tak i tlakové (TL) zkoušky. Pod vřeteny jsou vestavěny talířové pruţiny pro tlumení zpětného nárazu při přetrţení tyče.

27 Zkoušení materiálů I Na pracovní válec je napojeno vedení tlakového oleje, odpadního oleje a měřící potrubí. Tato vedení jsou spojena s hydraulickým pohonem v řídícím pultu. Do skříně řídícího pultu je vestavěn hydraulický pohon, zařízení pro udrţování konstantní síly (8), torzní siloměr se stupnicí (9), zapisovací zařízení (1) a ovládací panel (11). Přestavovacím zařízením (12) se ovládá mnoţství dopravovaného oleje do válce. Volba měřících rozsahů se provádí páčkou (13). Obr ZKOUŠKA TAHEM Tato zkouška má největší význam ze statických mechanických zkoušek. Provádí se podle ČSN EN Zkouška spočívá v deformaci zkušební tyče tahovým zatíţením obvykle do přetrţení pro stnovení jedné, nebo více mechanických vlastností definovaných v odstavci Definice, symboly, označení V evropské normě ČSN EN 12-1 jsou pouţívány tyto definice, symboly a označení (tabulka č.7):

28 Střední průmyslová škola Obr. 24 Obr. 25 Obr. 26 odpovídající obr.č. symbol jednotka označení definice Zkušební tyč a mm tloušťka ploché zkušební tyče b mm šířka zkoušené délky ploché zkušební tyče 27 d mm průměr zkoušené délky válcové zkušební tyče, nebo drátu L L u mm mm počáteční měřená délka zkušební tyče měřená délka před zatížením konečná měřená délka zkušební tyče měřená délka po přetržení zkušební tyče

29 Zkoušení materiálů I 28 L c mm zkoušená délka délka zkušební tyče se stálou plochou příčného průřezu L t mm celková délka zkušební tyče S mm 2 počáteční plocha příčného průřezu zkušební tyče S u mm 2 nejmenší plocha příčného průřezu zkušební tyče po přetrţení Z % Prodlouţení S S u kontrakce Z 1 S největší změna příčného průřezu zkušební tyče po přetržení přírustek počáteční měřené délky L v každém okamžiku během zkoušky 25 ( L) mm (prosté, absolutní) prodlouţení po přetrţení ( L)=L u -L 26 ( ) A t (%) A % Zatíţení 25 F m N 26 (poměrné prodlouţení celkové prodlouţení při přetrţení L u L L L u L taţnost A 1 L (1)) trvalé prodloužení měřené délky po přetržení (L u -L ) vyjádřené v % počáteční měření délky L největší zatíţení největší zatížení, které je zaznamenáno v průběhu zkoušky po dosažení meze kluzu Mez kluzu Smluvní mez kluzu Pevnost R eh N mm -2 největší zatížení, které je zaznamenáno v průběhu zkoušky po horní mez kluzu dosažení meze kluzu R el N mm -2 dolní mez kluzu nejnižší napětí v průběhu plastického kluzu 27 R p N mm smluvní mez kluzu Napětí při kterém plastická deformace dosáhne předepsané hodnoty vyjádřené v % počáteční měřené délky. Vyjadřuje se symbolem, který je doplněn indexem označující hodnotu plastické deformace v procentech, například: R p,2 R m N mm -2 pevnost v tahu napětí odpovídající největšímu zatížení (F m ) E N mm -2 modul pruţnosti v tahu Tabulka č.7

30 Střední průmyslová škola 2.2 Zkušební tyče Tvar a rozměry zkušebních tyčí závisí na tvaru a rozměrech výrobků, pro které jsou určovány mechanické vlastnosti. Zkušební tyč je obvykle odebrána obráběním vzorku z výrobku, nebo výkovku, či odlitku zkušební tyče obrobené. Výrobky o stálém příčném průřezu (profily, tyče,dráty atd.) a rovněţ odlité zkušební tyče mohou být podrobeny zkoušce bez obrobení zkušební tyče neobrobené. Podle vztahu počáteční měřené délky L a počátečního průřezu S (obr.27) se zkušební tyče dělí na poměrné a nepoměrné (tabulka č.8). Hlavní druhy zkušebních tyčí uvádějí přílohy ČSN EN Jiné druhy zkušebních tyčí mohou být stanoveny v normách na výrobek, nebo po dohodě. Zkušební tyče musí být odebrány a připraveny v souhlasu s poţadavky evropských norem pro různé materiály. obr. 27

31 Zkoušení materiálů I

32 Střední průmyslová škola 2.3 Diagram zkoušky v tahu Při zkoušce zakresluje zapisovací zařízení zkušebního stroje pracovní diagram (obr.28) zkoušky tahem, t.j. závislost napětí (zatíţení) na deformaci (prodlouţení) zkušební tyče. obr. 28 Zpočátku zkoušky je prodlouţení zkušební tyče úměrné vzrůstajícímu zatíţení a to aţ do bodu U (mez úměrnosti) viz. tabulka č.9. V dalším průběhu zkoušky přestává být prodlouţení přímo úměrné zatíţení. Aţ do bodu E (mez pruţnosti) je deformace pruţná, to znamená, ţe zkušební tyč po odlehčení zatíţení nabývá počáteční délky. Při dalším zvětšování zatíţení nastává přetváření trvalé (plastické) a tyč po odlehčení zatíţení nenabude počáteční délky. Napětí odpovídající bodu K se označuje jako mez kluzu v tahu (pevnost v kluzu). Při dalším zvětšování zatíţení se zkušební tyč prodluţuje mnohem rychleji, neţ vzrůstá zatíţení. Bodu P na vrcholu diagramu odpovídá největší napětí mez pevnosti v tahu (pevnost v tahu). Při napětí odpovídajícímu bodu S se zkušební tyč přetrhne. Tvar pracovního diagramu se mění podle druhu materiálu. Na obr.29 jsou pracovní diagramy pro některé konstrukční materiály. 1 tvrdá (kalená) ocel 2 měkká uhlíková (houţevnatá) ocel 3 litina 4 hliníková slitina 5 - měď obr. 29

33 Zkoušení materiálů I bod v pracovním diagramu U odpovídající napětí mez úměrnosti definice - význam napětí, při němţ deformace (prodlouţení) je přímo úměrné napětí, coţ je t.zv. Hookův zákon: =, kde převrácená hodnota součinitele úměrnosti je modul pruţnosti v tahu 1 E E K P S R mez pruţnosti e mez kluzu F S e (MPa) smluvní mez kluzu R p F S p (MPa) mez pevnosti v tahu R m F S m (MPa) mezní napětí, které po odlehčení nevyvolá trvalé (plastické) deformace napětí při němţ se zkušební tyč začne výrazně deformovat, při čemţ u některých materiálů (houţevnatých) se zatíţení nezvětšuje, nebo dokonce poklesne napětí, při kterém trvalá hodnota deformace zkušební tyče dosáhne předepsané hodnoty vyjádřené v % počáteční měřené délky L (např.,2% - R p,2 ). Zjišťuje se graficky (obr.27), nebo měřícím zařízením (průtahoměry) největší napětí dosaţené při statické zkoušce tahem napětí, při kterém se zkušební tyč přetrhne Tabulka č Postup při zkoušce Průběh zkoušky lze rozdělit do tří částí: - příprava zkušební tyče ke zkoušce - přetrţení zkušební tyče ve zkušebním stroji - vyhodnocení výsledků zkoušky Příprava zkušební tyče ke zkoušce Zkušební tyč se označí na obou upínacích hlavách značkou. Výchozí rozměry se měří mikrometrem s přesností na,1 mm, mezní odchylky nesmí být větší neţ udává norma. Počáteční měřená délka L se označí značkami, nebo ryskami, které nevytvoří vrub, jenţ by mohl vyvolat předčasný lom Přetrţení zkušební tyče ve zkušebním stroji Volba rozsahu zkušebního stroje záleţí na průřezu a předpokládané pevnosti materiálu zkušební tyče. Po nastavení rozsahu a překontrolování funkce registračního zařízení se zkušební tyč upne do upínacích čelistí. Způsob upnutí záleţí na tvaru upínacích konců zkušební tyče (tabulka č.8). Upnutí musí zajistit,

34 Střední průmyslová škola aby zatíţení působilo pokud moţno v ose zkušební tyče, coţ má zvláštní význam při zkoušce křehkých materiálů, anebo při stanovení smluvní meze kluzu. Rychlost zatěţování vyjádřená zvyšováním napětí má být konstantní a v elastické (pruţné) oblasti aţ do dosaţení horní meze kluzu odpovídat hodnotám uvedeným v tabulce č.1. modul pruţnosti materiálu E (MPa) rychlost přírustku napětí MPa s -1 min. max. < Tabulka č Vyhodnocení statické zkoušky tahem Naměřené hodnoty při zkoušce a vypočítané mechanické vlastnosti se zapíší do protokolu o zkoušce (tabulka č.11) zkoušený materiál číslo zk.tyče L (mm) rozměry zkušební tyče před zkouškou po zkoušce d S (mm) L u d u a xb (mm 2 (mm) ) (mm) a u xb u S u (mm 2 ) zkušební stroj: F e (N) F m (N) R e (MPa) R m (MPa) A (%) Z (%) Tabulka č.11 Zátěţné síly F e a F m se určí v průběhu zkoušky odečtením na stupnici zatíţení zkušebního stroje, nebo s menší přesností po zkoušce z pracovního diagramu. Z naměřených hodnot se vypočítají tyto mechanické vlastnosti zkoušeného materiálu: Fe a) mez kluzu R e (MPa) S případně Fp,2 R p,2 (MPa) smluvní mez kluzu S Fm b) pevnost v tahu Rm (MPa) S Lu L c) taţnost A 1 (%) L S Su d) kontrakce Z 1 (%) S

35 Zkoušení materiálů I Pozn. dojde-li k přetržení tyče v krajní třetině měřené délky L a zjištěná tažnost nebude odpovídat požadavkům normy na zkoušený materiál, je nutné provést korekci výpočtu tažnosti podle ČSN EN Porovnáním zjištěných mechanických vlastností zkoušeného materiálu s hodnotami předepsanými příslušnou normou se učiní závěr z provedené zkoušky. 3. ZKOUŠKA TLAKEM Zkouška tlakem je pouţívána mnohem méně neţ zkouška tahem. Provádí se u křehkých materiálů a u materiálů vystavených tlakovému namáhání (např. u litiny, loţiskových kovů, keramických látek, stavebních materiálů apod.). U ocelí nebývá tato zkouška nutná, neboť hodnoty meze úměrnosti a meze kluzu v tahu i tlaku jsou přibliţně stejné. 3.1 Zkušební vzorky Zkušební tělesa mívají obvykle tvar válečku o průměru D =1 aţ 3 mm. Výška válečku se při hrubých zkouškách rovná průměru D, při přesných měřeních se volí H =(2,5 aţ 3) D. Pro zkoušku litiny se pouţívají válečky 2 mm o výšce 2, nebo 4 mm. Zkouška se provádí na universálních zkušebních strojích. Zkušební těleso se uloţí do upínacího zařízení, které tvoří kalené a broušené tlačné desky, z nichţ jedna má kulovitou dosedací plochu (obr.3) kvůli dosaţení centrického jednoosého zatíţení. Po zkoušce má zkušební těleso typický soudkovitý tvar způsobený třecími silami T, vyvolanými třením mezi čelními plochami válečku a tlačnými deskami (obr.31). obr Postup při zkoušce - Proměří se rozměry zkušebního tělesa, - zkušební těleso se vloţí do upínacího zařízení zkušebního stroje, zkontroluje se rozsah zatěţovacího zařízení a funkčnost registračního zařízení zkušebního stroje, - zkušební těleso se zatěţuje zvolna vzrůstající tlakovou silou, (rychlost zatěţování má být přibliţně 1 MPa s -1 ) aţ do porušení zkušebního tělesa, - naměřené hodnoty a potřebné výpočty se zaznamenají do protokolu o zkoušce a provede se vyhodnocení zkoušky. obr. 31

36 Střední průmyslová škola 3.3 Vyhodnocení zkoušky Vyhodnocení zkoušky tlakem je analogické se zkouškou tahem. Lze vyhodnotit: Fmt mez pevnosti v tlaku R mt (MPa) S Fet mez kluzu v tlaku R et (MPa) S resp. smluvní mez kluzu v tlaku prosté zkrácení R t,2 H H F t,2 S H u (MPa) (mm) H H u poměrné zkrácení A t 1 (%) H S u S poměrné rozšíření Z t 1 (%) S Průběh zkoušky zaznamenává registrační zařízení zkušebního stroje. Základní typy pracovních diagramů zkoušky tlakem spolu s tvary zkušebních těles po zkoušce ukazují obr.32,33,34 šedá litina zkušební těleso se rozdrtí při nepatrném stlačení, nejčastěji v rovině s úhlem 45, určuje se R mt obr. 32 kompozice vyhodnocení zkoušky je analogické jako u zkoušky tahem: R mt, R t,2, A t, Z t obr. 33

37 Zkoušení materiálů I obr. 34 houţevnaté materiály (měď, olovo, atd..) počáteční průběh zkoušky je podobný jako u kompozice, ale váleček nepraskne. Dochází k rozšiřování průřezu a současně ke zpevňování, takţe zatěţující síla F po určité deformaci značně stoupá aţ k nekonečné hodnotě. Pevnost v tlaku nelze zjistit. Zkouška tlakem se u těchto materiálů neprovádí. 3.4 Přetvárný odpor Při zkoušce tlakem lze zjistit t.zv. přetvárný odpor, t.j. odpor jaký klade materiál při plastické deformaci svému přemisťování. Přetvárný odpor je napětí vztaţené na skutečnou stlačovanou plochu během plastického tváření materiálu. Přetvárný odpor se mění se stupněm tváření a není konstantní hodnotou. Stlačí-li se silou F zkušební těleso o H, je okamţitý přetvárný odpor F (N) je zátěţná síla v daný okamţik, S (mm 2 ) je skutečná stlačovaná plocha v daný okamţik. k F S (MPa), kde Při stlačování jednoduchého geometrického tělesa, jakým je zkušební těleso pro zkoušku tlakem váleček počáteční výšky H a průřezu S, platí mezi počátečními a okamţitými hodnotami vztah: Přetvárný odpor v jednotlivých fázích stlačování bude H S k F S H S, F S čili H H S S (MPa) Ke zkoušce se pouţije zkušební váleček H =1,5 D, např. D =4 mm, H =6 mm (obr.35) Při zjišťování přetvárného odporu se z pracovního diagramu F- H (obr.35) odečte, pro určité polohy stlačení (např. po 5 mm), zátěţná síla F a vypočítá se přetvárný odpor k. H H výška H (mm) síla F (N) k přetvárný odpor F S H H (MPa) Z vypočítaných hodnot se sestaví diagram (obr.36)

38 Střední průmyslová škola obr ZKOUŠKA OHYBEM Cílem zkoušky je zjistit pevnost materiálu v ohybu, t.j. největší ohybové napětí při porušení zkušební tyče. Pro houţevnaté materiály má tato zkouška jen omezený význam zkušební tyče se ohýbají aniţ dojde k lomu a pevnost v ohybu nelze stanovit. Zkouška ohybem se uplatňuje při zkoušení křehkých materiálů, u kterých lze z průhybu určit deformační schopnost. Význam má např. pro zkoušku šedé litiny, kterou předepisuje ČSN Podstata zkoušky, pojmy, značení Zkouška spočívá v plynulém zatěţování zkušební tyče kruhového průřezu soustředným zatíţením, které působí kolmo k ose zkušební tyče uprostřed vzdálenosti mezi opěrnými válečky (obr.37) aţ do jejího zlomu. obr. 35

39 Zkoušení materiálů I obr. 37 označení jednotka název d mm jmenovitý průměr zkušební tyče L mm délka zkušební tyče l mm vzdálenost podpěr při zkoušce D mm průměr válcovách podpěr R mm poloměr zatěţovacího trnu F m N maximální zatíţení y mm průhyb R m MPa pevnost v ohybu Tabulka č Zkušební tyče Při zkoušce se přednostně pouţívají neobrobené zkušební tyče o průměru 3 mm. Je moţno pouţít i obrobené zkušební tyče, jestliţe je tento poţadavek uveden v normách pro litinové odlitky. Rozměry zkušebních tyčí jsou uvedeny v tabulce č.13. V protokolech se zkušební tyče označují: tyč d ČSN tyče neobrobené (přednostně se doporučuje d = 3 mm) tyč d ČSN tyče obrobené (přednostně se doporučuje d = 2 mm)

40 Střední průmyslová škola 4.3 Provedení zkoušky Zkouška se provádí na universálním zkušebním stroji upraveném pro zkoušku ohybem (viz foto a obr.č. 37). Konce zkušebních tyčí jsou podepřeny na tuhých otočných válcích tak, aby toto podepření nebránilo posuvu a tím volnému deformování. Podmínky zkoušky musí odpovídat hodnotám uvedeným v tabulce č.13. zkušební tyč podmínky zkoušky jmenovitý průměr d (mm) nejmenší délka tyče L (mm) vzdálenost válc. podpěr l (mm) průměr válc. podpěr D (mm) poloměr zatěţ. trnu R (mm) předběţné zatíţení F (N) Tabulka č. 13 Rychlost zvyšování napětí v ohybu nesmí být větší neţ 1 MPa s Postup při zkoušce - změří se rozměry zkušební tyče - zkušební universální stroj se upraví přídavným upínacím zařízením pro zkoušku ohybem - zkušební tyč se vloţí do zkušebního stroje - zkušební tyč se zatíţí předběţným zatíţením (viz tabulka č.13) - postupně se zatěţuje aţ do lomu zkušební tyče - výsledky měření se zaznamenají do protokolu o měření (tabulka č.14) obr. 38

41 Zkoušení materiálů I 4.5 Vyhodnocení zkoušky Při zkoušce se vyhodnocuje: pevnost v ohybu R mo M o max W o Fm l 4 W o (MPa) d 32 3 kde W o je modul průřezu v ohybu, W (mm ) průhyb y m (mm) o 3 měří se uprostřed zkušební tyče v okamţiku lomu číselníkovým průhyboměrem, nebo z pracovního diagramu, je-li zaznamenán při dostatečném zvětšení. Aby se při měření zamezilo chybám vzniklým případnými malými pohyby podpor, začíná se y měřit po malém předběţném zatíţení (tabulka č.13). Ze změřeného průhybu y m lze zjistit i u křehkých materiálů modul pruţnosti v tahu, coţ při tahové zkoušce není moţné pro nepatrnou deformaci. modul pruţnosti v tahu y F 48 l E 3 m m ; I F l 48 I y 3 m E (MPa) 4 d 4 kde I je moment setrvačnosti zkušební tyče, I (mm ) 64 m Naměřené a vypočítané hodnoty se zaznamenají do protokolu o zkoušce (tabulka č.14). PROTKOL O ZKOUŠCE OHYBEM datum: zkušební stroj: zkušební tyč: číslo, materiál vzorku zkušební tyč d (mm) l (mm) W o (mm 3 ) F m (N) M omax (N mm) R mo (MPa) y m (mm) E (N mm -2 ) údaj ČSN Závěr Tabulka č. 14 Porovnáním těchto hodnot s hodnotami předepsanými přislušnými normami (materiálovými listy) se učiní závěr.

42 Střední průmyslová škola 5. ZKOUŠKA STŘIHEM V praxi se mechanické vlastnosti ve střihu obyčejně odvozují z hodnot pevnosti v tahu, zkouška ve střihu se proto provádí poměrně málo. Jistý význam má pro zkoušení tyčového materiálu, ze kterého se zhotovují spojovací součásti (nýty, šrouby, kolíky, čepy atd.) v provozu namáhané střihem. Střihové namáhání vzniká působením paralelních, opačně působících sil, kdyţ tyto síly nevyvozují ani moment v ohybu, ani moment v krutu. V průřezu tyče, který leţí v rovině působení těchto sil vzniká čisté smykové napětí. Dosáhnout čisté smykové napětí je problematické. Nejblíţe tomuto stavu jsou poměry na počátku střihu, kdy břity noţů jsou v jedné rovině, a proto i napětí je rozloţeno pouze v jedné rovině. Protoţe však mají noţe určitou šířku, vzniká po vniknutí noţů do materiálu sloţené napětí smykem a ohybem (obr.39). Přídavné ohybové napětí se částečně omezí při tzv. dvojitém střihu. (obr.4). Podmínky pro zkoušku střihem stanovuje ČSN Podstata zkoušky Zkouška spočívá ve střihu válcového vzorku ve dvou rovnoběţných řezech kolmých k jeho ose se stanovením největšího zatíţení. 5.2 Zkušební vzorky - pro zkoušku střihem se pouţívají válcové vzorky. Jmenovitý průměr (d ), mezní úchylky průměru a délka (L) musí odpovídat údajům v tabulce č.15 obr před zkouškou se vzorky podrobí vizuální prohlídce. Na povrchu nesmí být trhliny, dutiny, cizí vměstky a mechanické poškození - pro kovové výrobky s pevností nad 1 MPa se pouţívají vzorky s průměrem od 2 do 16 mm - průměr vzorku se měří nejméně na třech místech (uprostřed a na okrajích) s přesností,1 mm, z průměru naměřených hodnot se vypočítá plocha příčného průřezu vzorku d vzorku Značení parametrů (rozměry v mm) přípravku mezní mezní L nejméně d úchylky d 1 h nejméně l úchylky d 1 l ,2 -, ,1 4 -,3 4 +,12 5 -, ,3 +, , ,4 +,9 8 -,

43 Zkoušení materiálů I -,13 +, , ,16 +, , ,16 +, , ,2 2 +, , Tabulka č Zkušební zařízení Vzorky se zkoušejí na univerzálních zkušebních strojích pro mechanické zkoušky statické, doplněných přípravkem pro střih (obr. 4). Zkušební přípravek se provádí ve dvojím konstrukčním provedení podle toho, zda je při zkoušce pouţito tlakového, nebo tahového zařízení. Tvrdost střiţných noţů musí být nejméně 7 HV (59 HRC). Hodnoty jednotlivých parametrů přípravku pro zkoušku střihem v závislosti na průměru zkoušeného vzorku se volí podle tabulky č Provedení zkoušky - před začátkem zkoušky se prověří nulový bod siloměrného zařízení - u zkušebního vzorku se před vloţením do přípravku pro zkoušku střihem proměří s přesností,1 mm jeho průměr pro výpočet počátečního průřezu S obr. 4 - přípravek pro zkoušku střihem se střiţnými noţi odpovídajícími průměru vzorku, se upne do zkušebního stroje tak, aby jeho osa byla shodná se směrem působení tahové, nebo tlakové síly - rychlost zkušebního zatěţování nesmí být větší neţ 1 MPa s -1 - největší zatíţení při střihu se odečte na odpovídající stupnici zatíţení - z naměřených hodnot se vypočítá pevnost ve střihu zkoušeného materiálu, porovnáním s údaji příslušné ČSN se provede závěr z měření

44 Střední průmyslová škola 5.5 Zpracování výsledků zkoušky Pevnost ve střihu se vypočítá podle vzorce: F 2 F R ( MPa) kde F m je největší zatíţení při střihu (N) m m ms 2 2 S d průměr vzorku (mm) d S počáteční plocha příčného průřezu vzorku (mm 2 ) Vypočítaná hodnota se zaokrouhlí na celé číslo. Naměřené a vypočítané hodnoty se zpracují do protokolu o měření (tabulka č.16). zkušební stroj: rozsah zatíţení: PROTOKOL O ZKOUŠCE STŘIHEM dle ČSN vzorek č. d (mm) S (mm 2 ) F m (N) R ms (MPa) údaj ČSN Závěr Tabulka č ZKOUŠKA KRUTEM Statická zkouška krutem se uplatní při hledání vhodného materiálu pro hřídele, torsní tyče, vřetena, dráty atd. K vlastnímu určování mechanických vlastností materiálů se jí však pouţívá málo. Je jedinou ze statických zkoušek, kterou nelze provést na univerzálních zkušebních strojích a vyţaduje specielní jednoúčelový stroj. Způsob provedení těchto zkoušek ani zkušební tyče nejsou normalizovány. Při zkoušce se pouţívají zkušební tyče (obr.41) kruhového průřezu (d = 1mm, l = 1mm) se čtyřhranými upínacími hlavami (pro bezpečné upnutí do stroje). Zjišťuje se mez pevnosti v krutu: M kmax R (MPa) kde mk W k W k d 16 3 je modul průřezu při kroucení obr. 41

45 Zkoušení materiálů I 7. ÚLOHY Z MECHANICKÝCH ZKOUŠEK STATICKÝCH Úloha č. 4.1: a) Na zkušebním stroji ZDM 1 proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku tahem u předloţených vzorků betonářské oceli. Určete druh oceli jednotlivých vzorků. b) Ke statické zkoušce tahem byly dodány vzorky z materiálů , a Vyhodnoťte provedené zkoušky a určete materiál jednotlivých vzorků. c) Vyhodnoťte statickou zkoušku tahem oceli, různého tepelného zpracování. Diskutujte vliv tepelného zpracování na tvar pracovního diagramu a na mechanické hodnoty materiálu. Úloha č. 4.2: a) Na zkušebním stroji ZD 1 proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku tahem u předloţených vzorků. b) Ke statické zkoušce tahem byly dodány vzorky z materiálů , a Vyhodnoťte provedené zkoušky a určete materiál jednotlivých vzorků. c) Vyhodnoťte statickou zkoušku tahem oceli, různého tepelného zpracování. Diskutujte vliv tepelného zpracování na tvar pracovního diagramu a na mechanické hodnoty materiálu. Úloha č. 4.3: a) Na zkušebním stroji Amsler proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku tahem ocelového, hliníkového a měděného drátu. b) Ke statické zkoušce tahem byly dodány vzorky z materiálů , a Vyhodnoťte provedené zkoušky a určete materiál jednotlivých vzorků. c) Vyhodnoťte statickou zkoušku tahem oceli, různého tepelného zpracování. Diskutujte vliv tepelného zpracování na tvar pracovního diagramu a na mechanické hodnoty materiálu. Úloha č. 5: a) Na zkušebním stroji ZDM 1 proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku tlakem šedé litiny. b) U předloţených vzorků z různých materiálů zjistěte při statické zkoušce tlakem jejich přetvárný odpor. Výsledky porovnejte a diskutujte Úloha č. 6: a) Proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku ohybem šedé litiny. b) Zjistěte modul pruţnosti v tahu u tyčí z různého materiálu nepřímou metodou z průhybu zkušební tyče. Úloha č. 7.1: Úloha č. 7.2: Úloha č. 7.3: Proveďte a vyhodnoťte statickou zkoušku střihem u některých materiálů určených pro výrobu nýtů. Zkoušku proveďte na zkušebním stroji Amsler. Rozhodněte statickou zkouškou střihem, který z kolíků 4x28 ČSN a 3x28 ČSN je vhodnější pro zařízení přenášející zatíţení 12 N? Zkoušku proveďte na zkušebním stroji ZD 1. Nýty pro mostové konstrukce se vyrábějí z oceli a Na základě statické zkoušky střihem provedené na zkušebním stroji ZD 1 určete nejvhodnější průměr nýtů, mají-li přenášet zatíţení 51 N.

46 Střední průmyslová škola II. MECHANICKÉ ZKOUŠKY DYNAMICKÉ. V praxi jsou strojní části jen zřídka zatěţovány výhradně stálými či pozvolna a plynule se měnícími silami, které charakterizují statické namáhání. Častěji rostou zatěţující síly skokem nebo se opakovaně mění a součást je vystavena působení velkého počtu těchto změn. Jde o namáhání dynamické - rázové nebo cyklické. Při dynamickém namáhání dochází často k poruchám soudrţnosti, i kdyţ zátěţné síly zdaleka nedosahují statické pevnosti materiálů. Účelem dynamických zkoušek je proto určení vlastností materiálu za působení dynamických sil. 1. ZKOUŠKY RÁZOVÉ. K určení houţevnatosti materiálu při rázovém namáhání, jejímţ měřítkem je práce (energie) spotřebovaná na porušení zkušebního tělesa, slouţí dynamické zkoušky rázové. Je moţné je provádět při různém druhu namáhání. Největší význam má rázová zkouška v ohybu. Ostatní zkoušky mají jen omezený význam a pouţívají se zřídka. 1.1 Zkušební zařízení pro rázové zkoušky Charpyho kyvadlové kladivo PSW 1 a PSW 3 Technické údaje: typ PSW 1, PSW 3 výrobce: VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig měřící rozsahy: 5 J - 1 J (PSW 1) a 15 J 3 J (PSW 3) Účinným nástrojem zkušebního stroje (obr.42a) je kladivo (1) hmotnosti G otočné kolem osy. V počáteční poloze je kladivo zajištěno západkou (2). Zkušební tyč (3) se uloţí na dvě podpěry. Uvolněním západky kladivo padá. Při nárazu na zkušební tyč se část jeho energie spotřebuje na přeraţení tyče. Spotřebovanou práci k přeraţení tyče ukáţe ručička (4) na stupnici (5). Zpětný pohyb kladiva se brzdí brzdou (6). 1.2 Zkouška rázem v ohybu podle Charpyho (ČSN EN 145-1) Tato zkouška patří svým významem mezi nejdůleţitější mechanické zkoušky. Přesto, ţe konstruktér nepouţívá jejího výsledku k dimenzování součástí, je pro posouzení jakosti a pouţitelnosti materiálu stejně uţitečná, jako statická zkouška tahem a zkoušky cyklické (únavové). Významná je zejména při posuzování vlastností ocelí za nízkých teplot, jejich svařitelnosti nebo jejich vhodnosti pro tepelné zpracování, nenahraditelná je při prokazování zkřehnutí (poklesu houţevnatosti) materiálu Podstata zkoušky Zkouška spočívá v přeraţení zkušební tyče rázem kyvadlového kladiva za podmínek stanovených normou, přičemţ zkušební tyč má uprostřed vrub a je podepřena na obou koncích. Nárazová práce potřebná k přeraţení zkušební tyče se stanovuje v joulech a je měřítkem odolnosti materiálu proti rázovému namáhání. V České republice se zkouška rázem v ohybu často provádí podle národní přílohy ČSN EN a stanovuje se hodnota vrubové houţevnatosti jako podíl nárazové práce k ploše průřezu zkušební tyče pod vrubem.

47 Zkoušení materiálů I obr. 42 b) obr. 42 a) Zkušební tyče Vzhledem k vysoké houţevnatosti ocelí by někdy nemuselo dojít k přeraţení zkušební tyče a proto se zkušební tyče (obr.43) opatřují vrubem. V jeho dně dochází při nárazu ke koncentraci napětí, v důsledku čehoţ dojde ke křehkému porušení zkušební tyče. Protoţe však i při geometrické podobnosti vzniká u tyčí různých rozměrů ve dně vrubu při nárazu rozdílná napjatost, nelze výsledky získané na tyčích různých rozměrů srovnávat. Proto jsou tvar i rozměry zkušebních tyčí stanoveny ČSN EN (tab. 17). obr. 43

48 označení rozměru zkušební tyče zkušební tyč s U vrubem jmenovitý rozměr (mm) Střední průmyslová škola zkušební tyč s V vrubem jmenovitý rozměr (mm) délka L výška a 1 1 šířka b základní zkušební tyč 1 1 zkušební tyč menších rozměrů 7,5 *) 7,5 zkušební tyč menších rozměrů 5 *) 5 úhel vrubu - 45 hloubka vrubu a-h poloměr zaoblení dna vrubu 1,25 poznámka: *) rozměry zkušební tyče pouţívané podle národní přílohy ČSN EN Základní zkušební tyč musí být 55 mm dlouhá, čtvercového průřezu s délkou strany 1 mm, uprostřed její délky je vrub. Předepsány jsou dva typy vrubů: a) V-vrub s úhlem 45, hloubkou 2 mm, poloměrem zaoblení dna vrubu,25 mm. Není-li moţno ze zkoušeného materiálu zhotovit zkušební tyč, musí se pouţít zkušební tyč menších rozměrů o šířce 7,5 mm nebo 5 mm. Vrub je pak na jedné z uţších ploch. b) U-vrub nebo vrub ve tvaru klíčového otvoru má hloubku 5 mm a zaoblení dna vrubu 1 mm. Zkušební tyče musí být na všech stranách obrobeny. Tabulka č Zkušební zařízení Zkušební zařízení musí být konstruováno a instalováno tak, aby tvořilo tuhý celek a hodnoty jeho hlavních charakteristik musí být v souladu s ČSN EN Základní zkušební podmínky musí odpovídat kyvadlovému kladivu s nominální energií 3 J a pouţití zkušební tyče základních rozměrů. Při pouţití zkušebního zařízení s jinou energií rázu, nebo nestandardní zkušební tyče, musí být toto vyznačeno při zápisu výsledku (tab.18). 5 3 *) 2 *) 2 zkušební zařízení s nominální energií (J) zkušební tyč naměřená nárazová práce (J) (příklad) označení výsledku Tabulka č základní s U vrubem základní s V vrubem 121 KU = 121 J KV = 121 J 15 základní s V vrubem 65 KV 15 = 65 J 1 základní s U vrubem 65 KU 1 = 65 J 15 menších rozměrů o šířce tyče 7,5 mm s V vrubem 83 KV 15/7,5 = 83 J

49 Zkoušení materiálů I Provedení a vyhodnocení zkoušky - Proměří se rozměry zkušební tyče. - Ověří se správná funkce kyvadlového kladiva (kyvem naprázdno). - Zkušební tyč (3) - viz obr. 42 a) se uloţí na podpěry pomocí středící šablony (obr.45) tak, aby vrub byl na odvrácené straně rázu. - Kyvadlové kladivo (1) se uchytí západkou (2) v nejvyšší, počáteční poloze charakterizované výškou H nebo úhlem (obr. 42 b). - Měřící ručička (4) se uchytí do nejniţší svislé polohy, zkontroluje se, ţe obr. 44 nikdo nestojí v dráze kladiva a zdviţením západky (2) se uvolní kladivo. Po uvolnění kladivo koná rotační pohyb, jeho polohová energie se mění v kinetickou, jejíţ větší část se spotřebuje při nárazu na přeraţení zkušební tyče. Přebytkem energie překývne kladivo do konečné polohy charakterizované výškou h nebo úhlem. Nárazová práce charakterizovaná rozdílem energií kladiva v počáteční a konečné poloze kyvu se stanoví v joulech: a) u kladiv s výškovou stupnicí (Amsler): KU (KV) = G (H-h) b) u kladiv s úhlovou stupnicí (Charpy) po úpravě: H KU (KV) Při vlastním měření se hodnota nárazové práce spotřebované na přeraţení zkušební tyče odečte přímo na stupnici. - Kyvadlo se zastaví ruční brzdou (6) a teprve pak se přečte údaj na stupnici (5) a vyjmou se obě poloviny přeraţené zkušební tyče. Jestliţe se zkušební tyč během zkušky deformuje, ale nepřerazí, pak nelze nárazovou práci stanovit a tato skutečnost se uvede do protokolu o zkoušce. - Ze zjištěné nárazové práce se vypočítá r (1 cos G ), h r (cos r (1 cos cos ) ) KU (KV) 2 vrubová houţevnatost materiálu KCU (KCV) (J cm ) S kde S (cm 2 ) je průřez tyče v místě vrubu. - Kromě zjištěné vrubové houţevnatosti je moţno vrubovou houţevnatost materiálu posuzovat také podle vzhledu lomové plochy. Lze rozlišovat tři hlavní skupiny lomů: a) tvárné lomy, kde lomová plocha obzvláště v okrajových oblastech je silně deformována a vlastní lomová plocha je jemná aţ sametová. Takové lomy ukazují na dobré vlastnosti materiálu. Měřená hodnota vrubové houţevnatosti je poměrně vysoká. b) smíšené lomy, kde lomová plocha v okrajových oblastech je v určité míře deformována a vlastní lomová plocha obsahuje kromě jemnozrnné části ještě část hrubou, krystalicky lesklou. Lomy se označují procentovým mnoţstvím tohoto hrubého lomu. c) křehké lomy, kde okrajové pásmo je bez patrných deformací. Lomová plocha je krystalická, různé hrubosti. Lomy tohoto druhu ukazují na nebezpečnou křehkost materiálu. Vrubová houţevnatost je velmi nízká.

50 Střední průmyslová škola - Naměřené (KU,KV) a vypočítané hodnoty (KCU,KCV) se zapíší do protokolu o zkoušce (tab.19), kde se uvede i vzhled lomu s vyjádřením podílu křehkého lomu. zkušební tyč č. rozměry zk. tyče Lxaxb (mm) PROTOKOL O ZKOUŠCE RÁZEM V OHYBU PODLE CHARPYHO tvar vrubu hloubka vrubu a-h (mm) ČSN EN S (cm 2 ) KU nebo KV (J) KCU nebo KCV (J cm -2 ) údaj ČSN vzhled lomu závěr Tabulka č Porovnáním vypočítaných hodnot s údaji ČSN se učiní závěr z měření Vliv teploty na výsledek zkoušky Výsledek zkoušky závisí výrazně na teplotě zkoušení. Běţně se zkouší při normální teplotě 2 C. V materiálových listech bývá také pro mnohé jakostní značky oceli předepsána minimální hodnota vrubové houţevnatosti při této teplotě. Velmi často se však zjišťuje celý průběh závislosti vrubové houţevnatosti na teplotě (obr.45). Tuto závislost vyjadřuje tzv. Vidalova křivka, která představuje ten nejdůleţitější poznatek, který o konstrukčním materiálu zkouška vrubové houţevnatosti dává. Ukazuje totiţ při jaké teplotě se mění (pro dané podmínky namáhání) chování materiálu z houţevnatého na křehké. a) b) obr. 45 Výsledky zkoušek nad teplotu T 2 mají malý rozptyl (obr. 45a), hodnoty vrubové houţevnatosti jsou vysoké. Pod teplotou T 1 jsou výsledky také stejnoměrné, ale vrubová hoţevnatost je nízká. V teplotní oblasti mezi T 1 a T 2 mají výsledky zkoušek jednotlivých tyčí velký rozptyl a pohybují se mezi oběma čárkovanými částmi křivek. Lomy zkušebních tyčí, které při teplotách nad T 2 jevily plastické přetvoření a znaky houţevnatého lomu, přecházejí mezi teplotou T 1 a T 2 v lomy křehkého charakteru. Proto se oblasti teplot T 1 a T 2 říká teplotní oblast přechodu ke křehkému lomu. Většinou se vyjadřuje na zjednodušeném průběhu vrubové houţevnatosti (Vidalova křivka) jednou charakteristickou teplotou přechodovou teplotou T p (kritická teplota křehkosti). Nejčastěji se určuje jako inflexní bod Vidalovy křivky, nebo z rovnosti ploch 1,2(obr 45b.)

51 Zkoušení materiálů I 2. ZKOUŠKY CYKLICKÉ ÚNAVOVÉ Části strojů vystavené v provozu opakujícímu se proměnnému namáhání se někdy poruší jiţ při napětích značně menších neţ je pevnost, případně mez kluzu daného materiálu, zjištěné statickou zkouškou. Je to způsobeno jevem nazývaným únava materiálu. Vzniklé porušení se označuje jako únavový lom. Vznik únavových trhlin a lomů má velký význam pro pouţití konstrukčních materiálů aţ na malé vyjímky jsou strojní součásti a konstrukce namáhány proměnným (cyklickým) zatíţením. Bylo zjištěno, ţe asi 8% všech poruch strojních součástí v provozu je způsobováno právě únavou materiálu. Proto mají studium zákonitostí únavového porušování a určování příslušných materiálových charakteristik mimořádný význam. 2.1 Základní pojmy V laboratorních podmínkách se běţně vyvozuje únavové namáhání kmitáním napětí kolem určitého, stálého (statického) předpětí m (obr. 46). Amplituda kmitu napětí je a, celkový rozkmit napětí je 2 a obr. 46 a amplituda (výkmit) napětí 2 a rozkmit napětí m n h T N N c statické předpětí dolní napětí horní napětí perioda (doba) kmitu počet kmitů (cyklů) základní počet kmitů Podle poměru velikosti m a a mohou nastat tyto typické jednoduché průběhy napětí (tab. 2): t druh cyklického namáhání tepavé (pulzující) charakteristika m a míjivé souměrné nesouměrné m = a n= m= m a m Tabulka č. 2

52 Střední průmyslová škola Druh namáhání: v tomto směru existuje velká řada moţností, nejpouţívanější jsou však: a) cyklický tah, nebo tlak (pulzující, nebo míjivý), b) střídavý tah a tlak, c) plochý ohyb, d) ohyb za rotace, e) krut (střídavý, pulzující, míjivý), f) kombinované namáhání. 2.2 Únavový lom Proces únavového porušení je sloţitý a obecně má dvě fáze. První fáze je vznik zárodku únavové trhliny, druhou je její šíření kovem. 1 oblast východiska lomu Vznik trhliny v prvé fázi únavového pochodu 2 oblast únavového lomu je spojen s lokálními rozdíly v deformační schopnosti kovu. Přednostním místem vzniku 3 zbytkový statický lom zárodků trhlin bývají často místa se sníţenou deformační schopností, resp. místa kde se obr č.47 koncentruje napětí (hranice fází, vměstky apod.). Šíření trhliny (druhá fáze únavy) vede k postupnému zmenšování nosného průřezu součásti, a kdyţ tento je zeslaben natolik, ţe nevydrţí statickou mez pevnosti v tahu, k náhlému lomu zbývající části průřezu. Na lomové ploše lze tedy rozeznat dvě oblasti odlišného vzhledu (obr.47): únavový lom poměrně hladká, většinou rovinná část lomové plochy s viditelným východiskem lomu a se zřetelnými pásy postupného šíření lomu. zbytkový (statický) lom část lomové plochy, vzniklá konečným jednorázovým dolomením. Má většinou hrubozrnější charakter se známkami plastické deformace. 2.3 Zjišťování meze únavy Základní pojmy, označení a metodiku zkoušek únavy předepisují ČSN a ČSN Mez únavy c Mez únavy c jsou mezní (nejvyšší) hodnoty horního a dolního výkmitu napětí a při určitém středním (statickém) předpětí m ( c = m a), při nichţ ještě nedošlo k lomu nebo jinému únavovému porušení materiálu po teoreticky nekonečný počet kmitů. V praktickém pojetí se mez únavy určuje z předem stanoveného počtu kmitů N c, které materiál musí vydrţet bez porušení: - u ocelí, litin, mědi a jejich slitin je N c = u lehkých kovů a jejich slitin je N c = Zkušební vzorky Zkušební vzorky se ze zkoušeného materiálu odebírají obdobným způsobem jako pro ostatní mechanické zkoušky (ČSN 42 34). Pro běţné laboratorní zkoušky se pouţívají tyče hladké buď kruhového průřezu, nebo ploché. Tyče s konstrukčními vruby se pouţívají jen ve zvláštních případech. Tvar zkušební tyče je obvykle určen typem zkušebního stroje a způsobem namáhání. Pro zkoušky na dále popsaném zkušebním stroji UBM se pouţívají zkušební tyče znázorněné na obr. 49. Tyč I (obr. 48a) se pouţívá pro oboustranné upnutí při běţném provedení zkoušky, tyč II (obr. 48b) se upíná jednostranně. Zkušební tyče se vyrábějí třískovým obráběním neotupenými nástroji při stále menším úběru tak, aby nemohlo dojít ke vzniku vnitřních pnutí. Konečná úprava povrchu zkoušené části tyče se provádí leštěním smirkovým papírem na drsnost povrchu R a =,1-,2 m. Povrch nesmí vykazovat stopy po předchozím obrábění.

53 Zkoušení materiálů I obr. 48 a) obr. 48 b) Zkušební postup Pro zjištění meze únavy se pouţije nejméně 1 zkušebních tyčí stejných co do materiálu, technologie výroby, povrchové úpravy i rozměrů. U těchto tyčí se zjišťuje počet kmitů do porušení při odstupňovaném namáhání. Namáhání první tyče se volí tak, aby došlo k lomu (pro ocel 1=,6 R m, pro slitiny lehkých kovů 1=,4 R m ). U dalších tyčí se napětí sniţuje (o 1-4 MPa) aţ se zjistí napětí při kterém tyč vydrţí stanovený počet kmitů N c. Z naměřených hodnot napětí a počtu kmitů N se sestrojí Wöhlerova křivka (obr.49), ze které se odečte mez únavy c. Přesnost získané hodnoty c je zaručená, jestliţe rozdíl mezi výkmitem napětí u tyče u níţ došlo ještě k lomu (bod 4 v obr.49) a výkmitem napětí u nezlomené tyče při základním počtu kmitů N c (bod 5 v obr.49) není větší neţ hodnoty: 3 MPa je-li mezní výkmit napětí c menší neţ 1 MPa 5 MPa je-li mezní výkmit napětí c menší neţ 2 MPa 1 MPa je-li mezní výkmit napětí c menší neţ 4 MPa 15 MPa je-li mezní výkmit napětí c přes 4 MPa Zjištěná mez únavy se ověří ověřovací zkouškou na nejméně ještě jedné zkušební tyči, která se zatíţí stejným, nebo maximálně o 1 MPa menším napětím (bod 6 v obr.49) neţ bylo při první zkoušce do počtu kmitů, který byl pro stanovení meze únavy zvolen za základní (N c ).

54 Střední průmyslová škola Poznámka: Zkušební tyče, u nichţ došlo k porušení v přechodu do upínacích hlav nebo v místě upnutí, se neuvaţují při celkovém hodnocení výsledků zkoušek. V průběhu zkoušky je třeba sledovat stálost nastaveného zatíţení. Zkoušku pokud moţno nepřerušovat. Z Wöhlerovy křivky lze odečíst hodnotu t.zv. časované meze únavy N pro určitý počet cyklů N Vyhodnocení zkoušky Podmínky a výsledky únavových zkoušek se zapisují do záznamu o zkoušce, který má obsahovat tyto údaje: a) popis materiálu (jakost, zpracování, mechanické vlastnosti) a zkušební tyče b) typ zkušebního stroje, pouţitý rozsah a frekvence zatěţování, počet kmitů N c pro stanovení c, doba trvání zkoušky c) druh a způsob namáhání ( h, n, m, a) d) počet kmitů N do lomu e) zpracování, příp. grafické znázornění výsledků zkoušky údaje získané únavovými zkouškami se graficky znázorní jako Wöhlerovy křivky (obr.49) Smithův diagram obr. 49 Pro zjištění meze únavy se nejčastěji pouţívá namáhání střídavé souměrné ( m = ). Součásti strojů jsou však vystaveny proměnným namáháním s určitým předpětím. Velikost tohoto předpětí odpovídá velikosti středního napětí m, kolem kterého kmitá napětí s výkmitem a. Tak lze naměřit pro jeden materiál celou řadu různých mezí únavy zachycených v tzv. Smithově diagramu, kterému se také říká diagram meze únavy. V něm je vyneseno horní a dolní napětí na mezi únavy h, n obr. 5

55 Zkoušení materiálů I v závislosti na středním předpětí m. K úplnému sestrojení diagramu by bylo potřeba rozsáhlých zkoušek (asi na 15 tyčích), proto se sestrojuje přibliţnou konstrukcí (obr.5). Na vertikální osu diagramu se vynese hodnota meze únavy c = a zjištěné při souměrném způsobu namáhání ( m = ). Tím se získají body A,B. Osou diagramu je přímka procházející počátkem, skloněná k ose x pod úhlem 45. Ta protne vodorovnou přímku ve výši statického napětí na mezi kluzu v bodě D, který je vrcholem diagramu (v praxi je nepřípustné, aby se součásti trvale deformovaly). Spojnice AC a BE jsou rovnoběţky s přímkou D. obr. 51 Význam Smithova diagramu spočívá v tom, ţe určuje mezní hodnoty kmitavého namáhání, které nesmí namáhání součásti překročit, nemá-li vzniknout lom z únavy materiálu. Ze zatíţení strojní součásti se vypočítají hodnoty h, n, m, a ty se vynesou do příslušného Smithova diagramu (obr. 51). Leţí-li oba krajní body pracovního diagramu ( h a n) v ploše (uvnitř) Smithova diagramu (případ 1), jedná se z hlediska únavy materiálu o bezpečné namáhání, leţí-li krajní body pracovního diagramu mimo plochu Smithova diagramu (případ 2) jde z hlediska únavy materiálu o nebezpečné namáhání! 2.4 Zkušební stroje pro zkoušení únavy materiálu typ stroje: UBM výrobce: VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig max. ohybový moment: 4 N m frekvence zatíţení: 2-6 ot min -1 Zkušební stroj UBM je určen pro stanovení meze únavy ohybem za rotace. V rotující zkušební tyči, která je zatíţena ohybovým momentem, vzniká střídavé napětí sinusového tvaru. Zatíţení můţe být voleno: - Při běţném provedení zkoušky se volí oboustranné upnutí zkušební tyče (tyč I, obr. 48a), která je v průřezu tyče zatíţena neměnným ohybovým momentem (obr. 52a). Zkušební tyč (1) je upevněna ve dvou dutých hřídelích (2), které mají funkci čelisti a jsou uloţeny v loţiskách (4). Jeden z těchto hřídelů je pevně spojen s rotujícím hřídelem (3) poháněným motorem. Zatíţení vyvolané posuvným závaţím (7) a protizávaţím (6) přes pákový mechanismus (5) je rozloţeno na dvě stejně velké sloţky působící na konce zkušební tyče v čelistech. - Při méně častém provedení zkoušky se pouţívá jednostranné upnutí (obr. 52b) zkušební tyče (typ II, obr.48b).

56 Zkušební stroj UBM (obr. 53) je konstruován pro současné zkoušky 4 zkušebních tyčí se společným pohonem, při čemţ můţe být velikost zatíţení pro kaţdou zkoušku různá. Hlavní části stroje UBM: skříň s elektrickým a ovládacím pultem, pohon, upínací zařízení, zatěţovací zařízení a měřící zařízení. Upínací zařízení: sklíčidla I zkušebních tyčí I se skládají ze dvou natáčivých upínacích hlav (2a-2b), do kterých je upnuta zkušební tyč (1). V kaţdé hlavě je v kuličkovém loţisku uloţen dutý hřídel s vnitřním kuţelem pro uchycení upínací čelisti. Zkušební tyč je upnuta maticí (18). Sklíčidla jsou se zatěţovacím zařízením spojena pákovým systémem (8). Střední průmyslová škola Sklíčidlo II pro zkušební tyče II se obr. 52a skládá z natáčivé hlavy (2a), která je usazena o 65 mm zpět, neţ tomu bylo v předchozím případě, a musí být upevněna čepem (19) ve vidlici (2). V ose působící síly zatěţovacího zařízení je podepřena loţisková skříň (21), v níţ se otáčí v kuličkovém loţisku dutý hřídel (22). Upnutí tyče II je stejné jako u tyče I. Taţné péro (23) je zavěšeno na pevný čep (24) a při zlomu tyče umoţní vnější sklon loţiskové skříně na dorazovou lištu. obr. 52b Pohon: zkušební tyč (1) je upevněna ve sklíčidlech I, nebo II. Sklíčidla jsou spojena ohebným hřídelem (5) a elektromagnetickou spojkou (17) se dvěma náhonovými hřídeli (25), které pohání regulovatelný stejnosměrný elektromotor (3) dvěma plochými řemeny (4). Otáčivý pohyb náhonu je převeden pomocným hřídelem a šnekovým převodem (6) 1:1 na elektrické čidlo impulzů (14) a počítač kmitů (15). Na počítači je tedy kaţdých 1 otáček (kmitů) počítano jako jedna. Zatěţovací zařízení se skládá z pákové soustavy (8), posuvného závaţí (9) a vyrovnávacího závaţí (1). Závaţí (9) je posouváno řetězovým převodem (11) ovládaným vratidlem (12). Velikost zatíţení se nastavuje při rotaci tyče! Měřící zařízení: velikost zatíţení se odečítá na dvou měřících stupnicích (13) na kaţdém zkušebním místě. Při porušení jedné zkušební tyče je spínačem (16) vypojen příslušný počítač kmitů (15) a odpadlým zatěţovacím zařízením příslušná elektromagnetická spojka (17). Po zlomení poslední zkoušky je stroj zastaven.

57 Zkoušení materiálů I obr ÚLOHY Z MECHANICKÝCH ZKOUŠEK DYNAMICKÝCH Úloha č. 8: Na kyvadlovém kladivu PSW 1 (PSW3): a) proveďte kontrolu kyvadlového kladiva, b) proveďte a vyhodnoťte zkoušku vrubové houţevnatosti materiálu při normální teplotě a při teplotě 2 C, výsledky diskutujte, c) u zkoušeného materiálu byla provedena zkouška vrubové houţevnatosti při různých teplotách. Sestrojte závislost vrubové houţevnatosti na teplotě a určete přechodovou teplotu, d) zkušební vzorky z oceli.. měly být tepelně zpracovány na poţadovanou tvrdost. U jedné serie se v kalírně nepodařilo dodrţet správný technologický postup tepelného zpracování. Zkouškou vrubové houţevnatosti rozhodněte, které vzorky byly správně tepelně zpracovány a které ne. Své rozhodnutí zdůvodněte! Úloha č. 9: Vyhodnoťte výsledky únavové zkoušky oceli (úloha č. 9.1) (úloha č. 9.2) (úloha č. 9.3) a) z naměřených výsledků únavové zkoušky sestrojte Wöhlerovu křivku, b) určete mez únavy zkoušeného materiálu a časovanou mez únavy při.. cyklech c) z naměřených a zadaných hodnot sestrojte zjednodušený Smithův diagram a určete pro statické předpětí m1. a m2. maximální výkmit bezpečného cyklického namáhání z hlediska únavy materiálu, d) s pouţitím Smithova diagramu rozhodněte, zda se jedná z hlediska únavy materiálu o bezpečné namáhání (pracovní bod P a průběh cyklického namáhání zakraslete do Smithova diagramu), je-li zkušební tyč namáhána.

58 Střední průmyslová škola C. TECHNOLOGICKÉ ZKOUŠKY Soubor fyzikálních a mechanických vlastností materiálu, umoţňujících za definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu na polotovary i na hotové výrobky se nazývá technologickými vlastnostmi materiálu (např. tvárnost, svařitelnost apod.). Technologické vlastnosti materiálu nelze vyjádřit v přesně definovaných základních veličinách mající fyzikální význam. Technologickými zkouškami, prováděnými za podmínek simulujících výrobní podmínky, se pouze ověřuje vhodnost zkoušeného materiálu a polotovaru pro zpracování určitým technologickým postupem. Výsledek zkoušky se také často hodnotí jen dvěma stupni: vyhovuje-nevyhovuje. I. ZKOUŠKY TVÁRNOSTI ZA STUDENA Zkouškami tvárnosti za studena se zjišťuje deformační schopnost materiálu při tváření za studena. 1. ZKOUŠKA LÁMAVOSTI (ČSN ISO 7438) Cílem zkoušky je stanovit schopnost kovových materiálů plasticky se deformovat v ohybu. Je pouţitelná pro zkušební tělesa odebraná z kovových výrobků podle příslušných norem. Není pouţitelná pro některé materiály a výrobky, např. trubky a svarové spoje, pro které existují zvláštní normy. Pro zkoušení svarových spojů má zkouška lámavosti velký význam, neboť při ní lze velmi citlivě posoudit kvalitu svarového spoje. Podmínky zkoušky lámavosti svarů kovových materiálů předepisuje ČSN EN Zkušební tělesa Zkouška se provádí na zkušebních tělesech kruhového, čtvercového, obdélníkového, nebo mnohoobdélníkového průřezu odebraných ze zkoušeného výrobku. Rozměry zkušebního tělesa, jestliţe není v příslušných normách stanoveno jinak, musí být následující: šířka b: - při šířce výrobku do 2 mm se šířka zkušebního tělesa rovná šířce výrobku tloušťka a: - délka L: - při šířce výrobku větší neţ 2 mm: 2 mm u výrobků tloušťky do 3 mm, 2-5 mm u výrobků tloušťky nad 3 mm u výrobků do tloušťky nad 25 mm se rovná tloušťce výrobku a zkušební těleso se neopracovává - u výrobků tloušťky nad 25 mm se zkušební těleso z jedné strany opracuje nejméně na tloušťku 25 mm a při zkoušce je neopracovaná plocha zkušebního tělesa na straně taţené se určuje v závislosti na tloušťce zkušebního tělesa a na pouţitém zkušebním zařízení 1.2 Zkušební zařízení Zkouška se provádí na lisech, nebo univerzálních zkušebních strojích pro mechanické zkoušky statické (trhačky) vybavených příslušenstvím pro zkoušky v ohybu.

59 Zkoušení materiálů I 1.3 Podstata zkoušky Zkušební těleso se podrobí plastické deformaci v ohybu aţ do předepsaného úhlu. 1.4 Provedení zkoušky Zkouška se provádí jednou z následujících metod: a) ohybem do předepsaného úhlu a pod zatíţením (obr.54 a,b) a) obr. 54 b) b) ohybem do rovnoběţné polohy ramen při stanovení jejich vzdálenosti a pod zatíţením (obr. 55) c) do dosednutí ramen na sebe a pod zatíţením (obr. 56) obr. 55 obr. 56

60 Střední průmyslová škola 1.5 Vyhodnocení zkoušky Hodnocení zkoušky se provádí v souladu s poţadavky norem na výrobky. Jestliţe tyto poţadavky nejsou předepsány, pak nepřítomnost trhlin viditelných bez zvětšovacích prostředků svědčí o tom, ţe zkouška je vyhovující. Výsledky zkoušky se zaznamenají do tabulky, která slouţí jako záznam o zkoušce: PROTOKOL O ZKOUŠCE LÁMAVOSTI (ČSN ISO 7438) číslo zk. tyče materiál rozměry zkuš. tyče (mm) podmínky zkoušky (mm) úhel ohybu a b L D l R ( ) výsledek 2. ZKOUŠKY TENKÝCH PLECHŮ Tvárnost tenkého plechu (do tl. 2 mm) lze posuzovat i ze statické tahové zkoušky, ale výsledky nedávají dobrou představu o vhodnosti plechu k určitým technologickým operacím (taţení, tlačení, ohýbání). Toto technologické kritérium se ověřuje některými technologickými zkouškami (kalíšková, dvojitým přehybem, střídavým ohybem) z nichţ nejpouţívanější je: 2.1 Zkouška hloubením podle Erichsena (ČSN ISO 849) Podstata zkoušky Zkouška spočívá v zatlačování razníku s kulovým zakončením do zkušebního tělesa sevřeného mezi raznicí a přidrţovačem aţ do vzniku průchozí trhliny. Výsledkem zkoušky je změřená hloubka prohloubení Zkušební těleso Zkušební těleso musí být ploché a takových rozměrů, aby střed kaţdého prohloubení byl vzdálen nejméně 45 mm od kaţdé strany zkušebního tělesa a nejméně 9 mm od středu sousedního prohloubení. Před zkouškou nesmí být zkušební těleso rovnáno nebo zpracováváno za studena či tepla Zkušební zařízení Hlavní části Erichsenova přístroje (obr. 57 a obr. 58) tvoří razník, raznice a přidrţovač, jejichţ rozměry a tolerance jsou uvedeny na obr.58 a v tabulce č. 21. Přidrţovač (1) obr. 57 přitlačuje zkoušený plech proti raznici (2), jejíţ účinná plocha je kalená, broušená a leštěná a vnější i vnitřní hrany jsou zaobleny. Prohloubení plechu provádí razník (3) nesoucí kalenou, broušenou a leštěnou kouli. Tyto hlavní části jsou uloţeny v litinovém stojanu (1). V jedné stěně stojanu je zapuštěna raznice, ve druhé jsou přidrţovač a razník provedeny jako šroubová vřetena pohybující se v ose otvoru raznice. Přidrţovač s razníkem jsou spojeny kolíkovou spojkou (9), která obě části při zasunutém kolíku spojuje v jeden celek. Při otáčení ručního kola (4) se obě části pohybují současně aţ do upnutí plechu přidrţovačem k raznici. Po vysunutí kolíku ze záběru se při dalším otáčení ručního kola (4) pohybuje pouze vnitřní vřeteno s razníkem. Na stojanu přístroje jsou dále osvětlovací zařízení (5) a zpětné zrcátko (6), ve kterém se pozoruje zkušební vzorek plechu při zkoušce. Velikost prohloubení se odečítá na hrubém měřítku - pravítku (7) děleném po 5 mm a jemném měřítku - noniu (8) s dílky po,5 mm.

61 Zkoušení materiálů I obr. 57 Symbol Označení Rozměr a tloušťka zkušebního tělesa viz. obr. b šířka zkušebního tělesa viz. obr. d 1 průměr kulového zakončení razníku 2,5 d 2 vnitřní průměr raznice 27,5 d 3 vnitřní průměr přidrţovače 33,1 d 4 vnější průměr raznice 55,1 d 5 vnější průměr přidrţovače 55,1 h hloubka prohloubení viz. obr. IE označení prohloubení podle Erichsena viz. obr. obr. 58 Tabulka č Provedení zkoušky. - Změří se tloušťka zkušebního tělesa s přesností,1 mm. - Před kaţdým měřením se obě strany zkušebního tělesa i koule razníku (3) lehce potřou grafitovým mazacím tukem. - Zkoušený plech se vloţí do přístroje a otáčením ručního kola (4) se sevře mezi raznicí (2) a přidrţovačem (1). - Vynuluje se hrubé (7) i jemné (8) měřítko. - Stlačením objímky kolíkové spojky (9) se vysune kolík ze záběru a koule razníku se otáčením ručního kola (4) zvolna vtlačuje do zkoušeného tělesa. Rychlost vtlačování má být od 5mm. min -1 do 2mm. min -1.

62 Střední průmyslová škola - Zkouška se ukončí v okamţiku vzniku průchozí trhliny v prohloubení, které se pozoruje ve zpětném zrcátku (6). - Hloubka prohloubení se odečte na podélném (7) a kruhovém (8) měřítku s přesností,1 mm. - Prohlédne se a charakterizuje se vzhled trhliny a povrchu vytvořeného vrchlík. - Zjištěné hodnoty se zapíší do protokolu o zkoušce, porovnáním s údaji v příslušné normě plechu, resp. s hodnotami v nomogramu (obr. 6) se učiní závěr ze zkoušky Vyhodnocení zkoušky Hloubka prohloubení podle Erichsena se měří s přesností,1 mm a označuje se IE. Na tvárnost plechu lze usuzovat i ze vzhledu vyhloubeného vrchlíku a tvaru trhliny (obr.59). Je-li vnější povrch vytlačeného vrchlíku hladký a praskliny mají okrouhlý (vrstevnicový) tvar, svědčí to o jemné struktuře plechu a jeho vhodnosti ke tváření. Naopak drsný povrch vrchlíku svědčí o zhrublé struktuře plechu (např. nesprávným ţíháním) a takový plech se nehodí pro hluboký tah, protoţe hrubozrnnost vyvolává předčasný lom. K taţení se také nehodí vláknitý materiál, u kterého budou vzniklé trhliny vycházet paprskovitě ze středu prohloubení nebo budou rovné ve směru vláken. obr. 59 obr. 6 Výsledky zkoušky se uvedou do protokolu o zkoušce: číslo PROTOKOL O ZKOUŠCE HLOUBENÍM PODLE ERICHSENA (ČSN ISO 849) zkušební těleso materiál tloušťka (mm) naměřené prohloubení IE (mm) prohloubení IE dle ČSN (mm) diference h (mm) vzhled povrchu vrchlíku tvar trhliny závěr

63 Zkoušení materiálů I 3. ZKOUŠKY DRÁTŮ Cílem technologických zkoušek drátů je zjistit tvárnost a nestejnorodost materiálů drátů. Normou jsou předepsané zkoušky drátů navíjením, krutem, střídavým krutem a střídavým ohybem. Pouţívají se pro zkoušky ocelových i neţelezných drátů. 3.1 Zkouška drátů navíjením (ČSN ISO 782) Tato mezinárodní norma předepisuje metodu pro stanovení schopnosti drátů z kovových materiálů průměru od,1 mm do 1 mm plasticky se deformovat navíjením Podstata zkoušky Zkouška spočívá v navíjení drátu okolo trnu ve tvaru těsně k sobě přiléhajících závitů. Průměr trnu a počet závitů je stanoven v příslušné normě Zkušební zařízení Zkušební zařízení musí být konstruováno tak, aby se drát mohl navíjet na trn ve spirále u které jsou sousední závity v těsném styku (obr. 61) Provedení zkoušky - Změří se rozměry zkušebního tělesa z drátu a zvolí se podle příslušné normy průměr trnu a počet závitů. - Zkušební těleso se upne do trnu zkušebního zařízení. - Vypínačem se spustí motorický pohon, na trn se spirálovitě navine odpovídající počet závitů, přičemţ sousední závity musí být v těsném styku. Navíjení musí probíhat stálou rychlostí, která není větší neţ jedna otáčka za sekundu. obr Vyhodnocení zkoušky Hodnocení zkoušky se provádí v souladu s poţadavky příslušné normy. Jestliţe tento poţadavek není stanoven, pak nepřítomnost trhlin viditelných bez zvětšovacích prostředků svedčí o tom, ţe zkušební těleso vyhovělo poţadavkům zkoušky. Drát o průměru menším neţ,5 mm musí být zkoušen pomocí zvětšovacího zařízení přibliţně při desetinásobném zvětšení. vzorek č. PROTOKOL O ZKOUŠCE DRÁTŮ NAVÍJENÍM (ČSN ISO 782) materiál průměr drátu (mm) velikost trnu předepsaný počet závitů (ne)přítomnost trhlin závěr 3.2 Zkouška drátů krutem (ČSN ISO 78) Účelem zkoušky, předepsané mezinárodní normou, je stanovit schopnost drátů z kovových materiálů průměru nebo tloušťky od,3 mm do 1 mm plasticky se deformovat jednoduchým krutem v jednom směru Podstata zkoušky Zkouška spočívá v krutu zkušebního tělesa z drátu okolo vlastní osy v jednom směru aţ do jeho lomu nebo do okamţiku, kdy byl dosaţen příslušnými normami předepsaný počet krutů.

64 Střední průmyslová škola Zkušební těleso Pokud není uvedeno jinak, musí být volná délka zkušebního tělesa (obr. 62) mezi čelistmi zvolena podle tabulky č. 22. jmenovitý průměr drátu kruhového průřezu d (mm) volná délka mezi čelistmi L (mm),3 d 1 2 d obr d 5 1 d 5 d 5 d Tabulka č. 22 Délka drátu musí být podle moţností rovná. Je-li nutné rovnání nesmí být povrch drátu poškozen a zkušební těleso nesmí být vystaveno ţádnému zkroucení Zkušební zařízení Technické údaje: typ K 5 (Mašpriborintorg bývalý SSSR) počet současně zkoušených vzorků: 1 počet krutů za minutu: 3 nebo 6 pohon: motorový 38V / 5Hz Hnací jednotkou je dvourychlostní motor (1), - obr.63 - který pohání přes šnekové soukolí vřeteno spojené s dolní upínací hlavou (5). Horní upínací hlava (4) je spojena závěsem s napínacím mechanismem (3), který má vyvodit na zkušební vzorek stálé tahové napětí, které nesmí překročit 2% (u neţelezných kovů 5%) obr. 63 jmenovité pevnosti v tahu. Počet krutů zaznamenává elektroimpulzivní počítadlo (2), které je společně s motorem při přetrţení vzorku odpojeno.

65 Zkoušení materiálů I Provedení a vyhodnocení zkoušky - Proměří se rozměry zkušebního tělesa. - Zkušební těleso se upne do čelistí zkušebního zařízení. - Uvedením do chodu zkušebního zařízení se malou rychlostí (předepsanou normou) zkrucuje zkušební těleso aţ do jeho porušení, nebo do dosaţení předepsaného počtu otáček, které zaznamenává počitadlo zkušebního zařízení. - Porovnáním dosaţeného počtu otáček (zkrutů) s údajem, který předepisuje pro zkoušený materiál příslušná norma, se provede vyhodnocení zkoušky, které se zapíše do příslušného protokolu o zkoušce. vzorek č. PROTOKOL O ZKOUŠCE DRÁTU KRUTEM (ČSN ISO 78) materiál rozměry zkušebního tělesa d (mm) L (mm) změřený počet krutů N k počet krutů dle ČSN závěr 3.3 Zkouška drátů střídavým krutem (ČSN ISO 9649) Tato mezinárodní norma rozšiřuje původní ČSN určenou ke zjišťování vad v drátech i na posouzení jejich tvařitelnosti. Provádí se a vyhodnocuje se u drátů z kovových materiálů průměru od 3 mm do 1 mm podobně jako zkouška drátů krutem (ČSN ISO 78) s tím rozdílem, ţe zkušební těleso z drátu je zkrucováno okolo vlastní osy předepsaným počtem krutů o 36 v jednom směru a týmţ počtem krutů o 36 ve směru opačném. Nepřítomnost viditelných trhlin svědčí o tom, ţe těleso vyhovělo poţadavkům zkoušky. 3.4 Zkouška drátů střídavým ohýbáním (ČSN ISO 781) Účelem zkoušky je stanovit schopnost drátů z kovových materiálů průměru nebo tloušťky od,3 mm do 1 mm plasticky se deformovat střídavým ohýbáním Podstata zkoušky Zkouška střídavým ohybem spočívá v opakovaném ohýbání zkušebního tělesa z výchozí polohy na obě strany o 9 ; těleso je upevněno na jednom konci a kaţdý ohyb se provádí kolem válcové podpěry předepsaného poloměru. Jeden ohyb je definován jako ohnutí volného konce zkušebního tělesa o 9 a jeho vrácení do výchozí polohy. Další ohyb se provádí v opačném směru jak je uvedeno na obr. 65. Mezi jednotlivými ohyby se zkouška nepřerušuje. U zkušebních zařízení s počítačem ohybů, který má impulzy v obou krajních polohách, se za první ohyb počítá ohnutí tělesa o 9 z výchozí polohy, za další ohyb se počítá ohnutí tělesa o 18. Zkušebním tělesem je drát o dostatečné délce. K zajištění stálého dotyku mezi zkušebním tělesem a válcovými podpěrami během zkoušky můţe být pouţito předpětí, které nepřevyšuje 2% hodnoty jmenovité pevnosti v tahu zkušebního tělesa. Ohýbání musí být plynulé, rychlostí ne vyšší, neţ jeden ohyb za sekundu.

66 Střední průmyslová škola Zkušební zařízení Technické údaje: a) typ: NG - 2 (Mašpriborintorg bývalý SSSR) úhel ohybu: 9 rozměry zkoušených vzorků - dráty: průměr,5-5mm délka 1-15m - plechy, pásy: tloušťka,15-3mm šířka max. b) typ: HHP (VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig) úhel ohybu: 9 rozměry zkoušených vzorků - dráty: průměr,3-8mm 2mm - pásy, plechy: tloušťka do 1,5mm šířka max. 2mm Zkušební zařízení pro zkoušku střídavým ohýbáním (obr.64) je tvořeno upínacím zařízením s čelistmi (6) s vyměnitelnými vloţkami (5), vyměnitelnými ohýbacími válečky (4), ohýbací pákou (1) s vyměnitelným unašečem (2) a napínacím ústrojím. Zařízení je vybaveno počítadlem ohybů Postup při zkoušce obr V závislosti na druhu zkoušeného vzorku (pásek, plech nebo drát) se namontuje do dráţky páky (1) obr.64 - příslušný unašeč (2) s dráţkou (pásy nebo plechy) nebo unašeč s otvorem pro vloţky (dráty). - Na kolíky čelistí se nasadí výměnné vloţky (5) s ohýbacími válečky (4). Rozměry unašečů, vloţek, ohýbacích válečků a vzdálenost unašeče se zvolí podle rozměrů zkušebního tělesa v souladu s ČSN ISO 781. Horní hranice unašeče musí souhlasit s příslušnou ryskou na páce (1) (tabulka č. 23 ). - Zkušební těleso (3) se upne ve svěráku (6) mezi výměnnými vloţkami (5) a válečky (4). - Zkušební těleso (3) se ohýbá vykláněním páky (1) směrem doprava a potom doleva z vertikální polohy aţ na doraz. Rychlost ohýbání musí být rovnoměrná, bez rázů a nesmí být větší neţ jeden ohyb za sekundu.

67 Zkoušení materiálů I obr. 65 Jmenovitý průměr nebo tloušťka drátu Poloměr válcové podpěry r tabulka č. 23 Vzdálenost h Průměr otvoru unašeče,3 d (a),5 1,25,5 15 2,,5 d (a),7 1,75,5 15 2,,7 d (a) 1, 2,5,1 15 2, 1, d (a) 1,5 3,75,1 2 2, 1,5 d (a) 2, 5,1 2 2, a 2,5 2, d (a) 3, 7,5,1 25 2,5 a 3,5 3, d (a) 4, 1,1 35 3,5 a 4,5 4, d (a) 6, 15,1 5 4,5 a 7, 6, d (a) 8, 2,1 75 7, a 9, 8, d (a) 1, 25,1 1 9, a 11, d g Vyhodnocení zkoušky Ve zkoušce se pokračuje aţ do dosaţení počtu ohybů stanoveného v příslušných normách, nebo do objevení trhliny viditelné bez pouţití zvětšovacích zařízení. Obdobně, je-li to stanoveno v příslušné normě, se pokračuje ve zkoušce aţ do úplného lomu zkušebního tělesa. Ohyb, během kterého dojde k lomu zkušebního tělesa, se nezapočítává do počtu ohybů N b. Naměřené hodnoty se zapíší do protokolu o zkoušce: zkušební těleso č. materiál průměr d nebo tloušťka a zkušebního tělesa (mm) poloměr válcových podpěr r (mm) počet dosaţených ohybů N b do lomu počet předepsaných ohybů N b dle příslušné ČSN závěr

68 název zkoušky Zkouška trubek ohybem Zkouška trubek smáčknutím ČSN ČSN EN 1232 (42 324) ČSN EN 1233 (42 325) podstata zkoušky ZKOUŠKY TRUBEK Zkouška spočívá v ohýbání rovné trubky plného průřezu okolo ţlábkového válce daného poloměru r do úhlu po dosaţení hodnoty uvedené v příslušné normě na výrobky. Zkouška spočívá ve smáčknutí konce trubky nebo zkušebního tělesa předepsané délky uříznutého z trubky ve směru kolmém k její podélné ose, aţ na vzdálenost H mezi deskami, měřenou pod zatíţením ve směru smáčknutí, dokud se nedosáhne hodnoty předepsané v příslušné normě na výrobek. V případě úplného smáčknutí, vnitřní povrchy zkušebního tělesa musí být ve styku alespoň na polovině vnitřní šířky b smáčknutého tělesa. symboly, označení, jednotky D vnější průměr trubky (mm) T tloušťka stěny trubky (mm) L délka zkušebního tělesa před zkouškou (mm) r vnitřní poloměr dna ţlábku (mm) úhel ohybu (stupeň) D vnější průměr trubky (mm) T tloušťka stěny trubky (mm) b vnitřní šířka smáčknutého zkušebního tělesa (mm) L délka zkušebního tělesa (mm) L = 1 1 mm H vzdálenost mezi deskami měřená pod zatíţením (mm) vyhodnocení zkoušky Hodnocení zkoušky musí být provedeno v souladu s poţadavky příslušné normy na výrobek. Jestliţe není tento poţadavek stanoven, pak nepřítomnost trhlin viditelných bez zvětšovacích prostředků svědčí o tom, ţe zkouška je povaţována za vyhovující. Hodnocení zkoušky musí být provedeno v souladu s poţadavky příslušné normy na výrobek. Jestliţe není tento poţadavek stanoven, pak nepřítomnost trhlin viditelných bez zvětšovacích prostředků svědčí o tom, ţe zkouška je povaţována za vyhovující. Malé popraskání na okrajích nesmí být povaţováno za případ nevyhovující zkoušky. Střední průmyslová škola 4. ZKOUŠKY TRUBEK