1 Statické zkoušky. 1.1 Zkouška tahem L L. R = e [MPa] S S

Transkript

1 1 Statické zkoušky 1.1 Zkouška tahem Zkouška tahem je základní a nejrozšířenější mechanická zkouška. Princip: Přetržení zkušební tyče a následné stanovení tzv. napěťových a deformačních charakteristik Zjišťované vlastnosti (na 1 zkušební tyči můžeme určujeme 4 základní normované mechanické vlastnosti): 1. Mez pevnosti v tahu R m [MPa] 2. Mez kluzu v tahu R e [MPa] nebo R p,2 [MPa] 3. Tažnost A [%] 4. Kontrakce Z [%] Napěťové charakteristiky: Deformační charakteristiky: R m, R e A, Z Výpočet mechanických vlastností: 1. Mez pevnosti v tahu: Fm R = m [MPa] S 2. Mez kluzu v tahu: Fe R = e [MPa] S L Lu L 3. Tažnost: A = ε u = 1 = 1 [%] L L S S Su 4. Kontrakce: Z = ψ u = 1 = 1 [%] S S 1

2 Definice mechanických vlastností: 1. Mez pevnosti v tahu je smluvní napětí, odpovídající největšímu zatížení F max F m, které předchází porušení tyče. 2. Mez kluzu v tahu je nejmenší napětí, které způsobí rozvoj výrazných plastických deformací. a) charakterizuje přechod mezi elastickou a elasticko-plastickou oblastí zatěžovací křivky b) v tahovém diagramu F- L (R-ε) se projevuje formou: i. výraznou R e ( R eh ) ii. nevýraznou R p,2 3. Tažnost je poměrná podélná trvalá deformace vyjádřená v %. 4. Kontrakce je největší trvalé zúžení průměru, odměřené po přetržení v místě lomu, vyjádřené v %. Zkušební tyče: 2

3 Ukázka mechanických vlastností v pracovním diagramu: Pracovní diagram je diagram, který kreslí v průběhu zkoušky zkušební zařízení. Jedná se o závislost absolutního prodloužení L [mm] měřené délky L [mm] zkušebního tělesa na zátěžné síle F [N]. Smluvní diagram je diagram závislosti smluvního napětí L poměrném prodloužení ε = [-]. L R = F S [MPa] na Skutečný diagram je diagram závislosti skutečného napětí L logaritmickém prodlužení ε = ln [-]. L F R = [MPa] na S 3

4 Příklady smluvních diagramů různých kovů a slitin Zkouška tahem s přesným měřením deformace Přesně měřit velmi malé deformace při zkoušce tahem v průběhu zatěžování je nutné při měřeních: 1. Smluvní meze pružnosti R p,5 [MPa] 2. Smluvní meze kluzu R p,2 [MPa] 3. Modulu pružnosti v tahu E [MPa] K měření těchto malých jemných deformací používáme zvláštní přístroje - průtahoměry (extenzometry). Tyto přístroje se upínají přímo na tyč a ukazují okamžitou deformaci, která vzniká při jejím ztěžování. 4

5 Postup při měření výše uvedených hodnot: 1. Smluvní mez pružnosti R p,5 je napětí, které způsobí trvalou deformaci o velikosti,5 % z L. R F p,5 p,5 = [MPa] S 2. Smluvní mez kluzu R p,2 je napětí, které způsobí trvalou deformaci o velikosti,2 % z L. R F p,2 p,2 = [MPa] S 5

6 3. Modul pružnosti v tahu E geometricky odpovídá směrnici přímkové části diagramu. Tento počáteční přímkový úsek diagramu přísluší pružné deformaci a vyjadřuje úměrnost mezi napětím a deformací podle Hookeova zákona R=E ε el [MPa]. E = tgα = R ε el = F S ( L) L [MPa] 6

7 1.2 Zkouška tlakem Touto zkouškou určuji obdobné mechanické vlastnosti jako při zkoušce tahem: 1. Mez pevnosti v tlaku R mt [MPa] 2. Mez kluzu v tlaku R et [MPa] nebo R pt,2 [MPa] 3. Mezní poměrné stlačení A t [%] 4. Mezní poměrné rozšíření Z t [%] Napěťové charakteristiky: Deformační charakteristiky: R mt, R et A t, Z t Výpočet mechanických vlastností: 1. Mez pevnosti v tlaku: 2. Mez kluzu v tlaku: Fmt Rmt = [MPa] S Fet Ret = [MPa] S h h hu 3. Mezní poměrné stlačení: At = 1 = 1 [%] h h S Su S 4. Mezní poměrné rozšíření: Zt = 1 = 1 [%] S S Zkouška tlakem má význam především u materiálů křehkých a polokřehkých (šedá litina, kompozice, stavební materiály,atd.) - u těchto materiálů dochází k porušení. V případě tvárných materiálů k porušení nedochází. 7

8 8

9 1.3 Zkouška ohybem Má všeobecně menší význam, než ostatní mechanické zkoušky. Cílem zkoušky je zjistit pevnost v ohybu: R mo M o max = [MPa] W o Maximální ohybový moment: M o max F max = [N mm] 4 l Průřezový modul v ohybu: W o d 32 3 = π [mm 3 ] 2 bh 6 W o = [mm 3 ] 2 hb 6 W o = [mm 3 ] Charakteristikou houževnatosti v ohybu je maximální průhyb y max, který se měří v okamžiku porušení tyče. K tomuto porušení dochází při síle F max. Zkouška ohybem má opět význam jen u materiálů křehkých a polokřehkých (zejména šedá litina a některé nástrojové oceli). U tvárných materiálů se provádí pouze jako zkouška technologická. 9

10 V oblasti platnosti zákona úměrnosti je možno z hodnoty průhybu vypočítat modul pružnosti vtahu E: 3 F l E = [MPa], kde 48 J y J je moment setrvačnosti namáhaného průřezu v [mm 4 ] a y je průhyb v [mm]. Pracovní diagram zkoušky ohybem (šedá litina) 1

11 1.4 Zkouška krutem Zkouška krutem se provádí hlavně u netvárných materiálů jakými jsou např. materiály na hřídele, torzní tyče, atd. Cíl zkoušky: Zjištění pevnosti v krutu R mk a poměrného posunutí dvou průřezů na jednotkové vzdálenosti, tzv. zkosu γ. Pozn.: U houževnatých (tvárných) materiálů je pracovní diagram podobný jako u zkoušky tahem. Zjišťované veličiny: 1. Maximální napětí v krutu: R mk M k max = [MPa] W k Maximální kroutící moment: Průřezový modul v krutu (kruhový průřez): M k W k max = F max d [N m] d 16 3 = π [mm 3 ] 11

12 2. Zkos (pro kruhový průřez) Pootočení průřezu I vůči průřezu II na délce L úhel zkroucení: ϕ [rad] Poměrné zkroucení na jednotku délky tyče zkrut: Poměrné posunutí povrchového vlákna zkos: Platí: γ L = ϕ r => r γ = ϕ [-] L ϕ υ = [rad mm -1 ] L Celkový zkos: Hookeův zákon pro smyk: γ = γ + γ [-] c el el pl τ = G γ [MPa] Modul pružnosti ve smyku: G [MPa] Vztah mezi modulem E a modulem G: E 1 G = [MPa] 2 1+ µ Poissonovo číslo: µ [-] (pro většinu kovů µ =,33) 12

13 Pracovní diagram zkoušky krutem: Po přepočtu je možné průběh zkoušky vyjádřit v souřadnicích τ - γ, přičemž tvar diagramu se nezmění (obdobně jako u tahové zkoušky F - L a R - ε ). 13