VLASTNOSTI KOVŮ a jejich zkoušení 1

Vlastnosti - dělení V technické praxi je obvyklé dělení vlastností materiálů na: fyzikální mechanické technologické 2

Fyzikální vlastnosti Vyplývají z typu kovové vazby, chemického složení, ze struktury Hustota Elektrické vlastnosti Tepelné vlastnosti Magnetické vlastnosti 3

Elektrické vlastnosti Elektrická vodivost Supravodivost 4

Tepelné vlastnosti Jsou charakterizovány prostřednictvím tepelné vodivosti teplotní roztažnosti teploty tání 5

Magnetické vlastnosti Projevují se chováním látek ve vnějším magnetickém poli Dělíme je na látky: - diamagnetické - paramagnetické - feromagnetické (příp. ferimagnetické, antiferomagnetické) 6

Mechanické vlastnosti Vyjadřují chování materiálu při působení vnějších sil. Základní jsou: - pružnost - pevnost - houževnatost - plasticita 7

Důsledky plastické deformace při plastické deformaci materiál zpevňuje, vzniká deformační zpevnění Projeví se zvýšením meze kluzu, pevnosti, tvrdosti a snížením tažnosti Ve struktuře se projeví textura a s ní výrazná anizotropie vlastností 8

Důsledky plastické deformace Plasticky deformovaný kov je charakterizován zvýšenou hustotou poruch (v žíhaném stavu asi 10 6 10 8 cm -2, v deformovaném stavu vzroste o 4 6 řádů) 9

Odpevňovací pochody - rekrystalizace Následky deformačního zpevnění se odstraňují zotavením a rekrystalizací Zotavením a rekrystalizací obnovujeme plastické vlastnosti materiálu po tváření za studena U čistých kovů se teplota zotavení pohybuje kolem 0,1 0,35 teploty tání. 10

Technologické vlastnosti soubor vlastností materiálů, umožňující za definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu velmi úzce souvisí s používanou technologií a se změnou technologie se mohou měnit Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří: tvárnost (tv tvářitelnost itelnost) svařitelnost slévatelnost obrobitelnost 11

ZKOUŠENÍ mechanických vlastností Zkoušky můžeme dělit: podle časového průběhu zatěžující síly na zkoušky statické dynamické podle účinku zatížení na zkušební těleso na zkoušky destruktivní nedestruktivní 12

Zkoušky mechanické statické určuje se chování materiálu při působení stálých nebo plynule rostoucích ch sil. Zkušební těleso se zatěžuje zpravidla pouze jednou až do porušení. Patří sem zkoušky: tahem, tlakem, ohybem, střihem, krutem. 13

Zkouška tahem Princip: porušení zkušební tyče s cílem zjistit napěťové a deformační charakteristiky zkoušeného materiálu Zkouškou zjistíme čtyři normované vlastnosti: MEZ PEVNOSTI R m MEZ KLUZU R e TAŽNOST A KONTRAKCE Z 14

Zkouška tahem zkušební vzorky Tyče dlouhé L o = 10D o = 11,3(S o ) 1/2 Tyče krátké L o = 5D o = 5,75(S o ) 1/2 15

Zkouška tahem napěťové Zjišťujeme: charakteristiky Mez pevnosti: R m = F max /S 0 [MPa] Mez kluzu pokud je výrazná: R e = F e /S o Není-li výrazná, určuje se smluvní mez kluzu = napětí, která zanechá trvalou deformaci 0,2%L o, případně graficky. 16

Zkouška tahem napěťové charakteristiky Grafická metoda zjišťování smluvní meze kluzu 17

Zkouška tahem deformační charakteristiky Tažnost poměrné trvalé prodloužení zkušební tyče v okamžiku roztržení vyjádřené v procentech. 18

Zkouška tahem deformační charakteristiky Kontrakce poměrné trvalé zúžení průřezu zkušební tyče, v okamžiku přetržení v místě lomu. Kontrakce je poměrná trvalá deformace ψ u vyjádřená v %. 19

Diagram zkoušky tahem - typy 20

Zkouška tlakem - schéma Zjišťuje se pevnost v tlaku konvenční napětí, při kterém se vzorek poruší. R md = F max /S o Používá se pro křehké materiály 21

Zkouška tlakem další charakteristiky Poměrné zkrácení: ε t = h h 0 h 0 100 (% ) h h h 0 ε = 100 ( % ) Příčné rozšíření: t 0 ψ t = S S 0 S 0 100 (% ) 22

Zkouška ohybem - schéma Neopracovaná tyč odlitá nastojato, volně položená na dvou podpěrách 23

Zkouška ohybem Cíl zkoušky: zjistit pevnost v ohybu = největší ohybové napětí ve zkušební tyči při porušení Používá se pro křehké materiály např. grafitické litiny F l M O max. 4 M W max = ( N mm) o max R ( MPa ) mo = O 24

Zkouška střihem Střihové namáhání vzniká působením paralelních, opačně působících sil, ležících v rovině střihu, kdy tyto zatěžující síly nevyvozují ani moment ohybový ani moment kroutící. Počítá se mez pevnosti ve střihu R ms = F 2S max O ( MPa) 25

Zkouška střihem Přípravky pro zkoušku střihem: a) pro tyče kruhového průřezu 1 zkušební tyč, 2 vidlice, 3 táhlo, b) pro plechy 1 zkušební plech, 2 střižnice, 3 - střižník. 26

Zkouška krutem φ úhel zkroucení γ zkos R mk = M k W max k ( MPa ) 27

Zkouška krutem Poměrné zkroucení na jednotku délky tyče je. υ = ϕ L Při zkrucování tyče se natočí průřez I na délce L proti průřezu II o úhel φ. zkos γ na válcové tyči o průměru d = 2r je dán vztahem γ L = ϕ r L = ϕ r γ 28

Dynamické zkoušky mechanické V praxi jsou součásti namáhány dynamicky Zatížení rázové zkoušky rázové nebo vrubové houževnatosti Zatížení cyklické zkoušky únavy 29

Zkoušky rázové Rázov zová zkouška ka ohybem Zkoušky ky podle Charpyho tyč na dvou podpěrách Zkoušky podle Izoda tyč uchycena letmo tvar i rozměry zkušebních těles dány normou 30

Typy zkušebních těles při rázové zkoušce 31

Charpyho kladivo 32

Přechodová teplota a) teplotní závislost vrubové houževnatosti b) způsob stanovení přechodové teploty 33

Zkoušky únavy při opakovaném zatěžování i menší silou může dojít k porušení únavový lom. R c (σ) mez únavy nejvyšší napětí, které materiál vydrží, při nekonečném počtu cyklů aniž dojde k porušení. R n (σ) -časová mez únavy napětí, které mat. vydrží po určitý počet cyklů n. (10 6 10 7 cyklů). 34

Zkoušky únavy Wöhlerova křivka 35

Rozdělení zkoušek tvrdosti Možná různá hlediska, nejčastěji na: Zkoušky vrypové Zkoušky odrazové Zkoušky vnikací 36

Zkoušky tvrdosti - vrypové Vrypové: MARTENS (dnes se již nepoužívá) tvrdost se určuje podle šířky vrypu jsou od ní odvozeny zkoušky pro tenké vrstvy 37

Zkouška odrazová Spočívá v odrazu padajícího tělíska určitého tvaru a hmotnosti Část energie vytvoří jamku a zbytek vymrští zkušební tělísko do určité výšky, ta je mírou tvrdosti 38

Zkoušky vnikací Princip: vtlačování přesně definovaného tělesa do povrchu vzorku (indentoru), tvrdost je určena velikostí vzniklého vtisku Zkoušky podle: Brinnella Vickerse Rockwella 39

Zkouška podle Brinella Indentor kalená ocelová kulička D, příp. kulička z SK vtlačuje se silou F do povrchu zkoušeného materiálu. Po odlehčení se změří vtisku d 40

Poldi kladívko Dynamická metoda 1 úderník 2 porovnávací etalon 3 - zkoušený materiál 41

Zkouška podle Vickerse 42

Mikrotvrdost měření tvrdosti malých předmětů nebo tenkých vrstev identifikace jednotlivých strukturních složek princip shodný s Vickersovou metodou menší zatížení (0,2 200 g) mikrotvrdoměr vybaven mikroskopem vzorky leštěné (výhodnější chemické nebo elektrolytické leštění nedojde ke zpevnění) metalografické výbrusy mikrotvrdost nelze porovnávat s makrotvrdostí 43

Princip Rockwellovy metody Tvrdost se odečítá na stupnici tvrdoměru Vhodná pro použití ve výrobě 44

Zkouška tvrdosti podle Knoopa 45

Další metody měření tvrdosti Metoda univerzální tvrdosti pro zvýšení přesnosti měření indentorem tříboký jehlan metoda podle Berkoviche pro srovnání vtisk 46 Vickersem

Zkoušky za vyšších teplot creepové zkoušky Tečení creep je růst trvalé deformace při konstantním napětí v závislosti na čase 47

Křivka tečení Křivka tečení - závislost deformace na čase AB deformace pružná BC deformace trvalá CD primární (přechodové) tečení DE sekundární (ustálené) tečení EF terciální tečení (zrychlené) 48

Diagram tahové zkoušky při různých teplotách http://www.cideas.cz/free/okno/technicke_listy/4tlv/tl07cz_3222-8.pdf 49

Dlouhodobé zkoušky - charakteristiky Mez tečení σ t = napětí, které při dané teplotě a době působení způsobí danou trvalou deformaci př. Deformace se pohybuje v rozmezí 0,1 1%, doba cca 1 10tisíc hodin Mez pevnosti při tečení σ tpt = napětí, které při dané teplotě za danou dobu způsobí lom materiálu 50

Křivky tečení - příklady 51

Technologické zkoušky Zkouška lámavosti za studena Měřítkem pro posouzení lámavosti je velikost úhlu, který se vytvoří ohybem zkušební tyče. Zkušební tyč délky 200 až 400 mm a šířky 25 až 50 mm se ohýbá na dvou podporách. Určuje se úhel ohybu, při kterém se na vnější straně objeví první trhlinky. 52

Zkouška hloubením podle Erichsena Čtvercový vzorek plechu o rozměrech 70 x 70 mm Sevřený mezi matrici a přidržovač Razidlo zakončené vyleštěnou ocelovou koulí o průměru 20 mm, se pomalu vtlačuje do povrchu zkoušeného plechu Při výskytu první trhliny se zkouška zastaví, změří se posuv razidla měřítko schopnosti plechu k hloubení Při podobné zkoušce, podle Engelharta, se posuzují podmínky lisování při kterých vznikla prasklina v kalíšku s plochým dnem. 53

Zkouška hloubením podle Erichsena 54

Zkouška ka trubek lemováním Zkoušky ky trubek jeden konec trubky se rozšiřuje trnem o vrcholovém úhlu 90 až 120 pak se vytvoří kolmo na osu lem určité šířky měla by splňovat hodnotu, kterou udávají materiálové listy 55

Zkouška trubek rozháněním Do trubky se zaráží trn určitého průměru při rozšíření nesmí vzniknout trhlina 56

Nedestruktivní metody zkoušení - defektoskopie Lze zajišťovat: Kontrola výroby důležitých vysoce namáhaných výrobků (tlakové nádoby, části turbín ) Vytřídění vadných kusů při sériové výrobě (automatizovaná kontrola) Pravidelná kontrola důležitých strojů a zařízení v průběhu jejich životnosti 57

Rozdělení Podle fyzikálních principů na: Vizuální Kapilární Magnetoinduktivní Ultrazvukové Prozařovací 58

Vizuální metody Přímé vady zjišťujeme pečlivou prohlídkou zrakem, příp. lupou (3 až 6x zvětšení) Nepřímé pomocí endoskopů, k prohlídce nepřístupných povrchů (vady na vnitřním povrchu trubek, velké nádrže, kotle, tlakové nádoby usazeniny, koroze). Dokonalejší endoskopy spojeny s televizní kamerou obraz lze pozorovat na obrazovce. 59

Kapilární metody Pro povrchové vady, podle detekční kapaliny metody barevné nebo fluorescenční 60

Magnetoinduktivní metody Pro vady povrchové nebo těsně podpovrchové Využívají změny magnetické vodivosti ve feromagnetických materiálech (vady silně zvyšují magn.odpor a dochází ke zhuštění siločar. K indikaci se používá suchého feromagn.prášku nebo detekční kapaliny, ve které je rozptýlen. Podmínkou je, aby celý předmět byl zmagnetován. 61

Ultrazvukové metody Ultrazvuk je vlnění s vyšší frekvencí než slyšitelnou, tj. vyšší než cca 16 khz ( 1-10 MHz) Nejmenší velikost zjistitelné vady (kolmo na směr šíření) je větší než polovina vlnové délky použitého vlnění Metody se používají nejen ke zjišťování vnitřních vad, ale i k měření tloušťky materiálu nebo vrstev 62

Ultrazvukové metody Nejčastěji se používají metody průchodové a odrazové. Průchodová metoda dvě sondy umístěné souose na protilehlých stranách materiálu Vhodná pro menší tloušťky a rovnoběžné povrchy kontrola plechů, plátovaných materiálů, ložiskových pánví apod. 63

Odrazová metoda Vysílají se krátké uz impulsy, které se odrážejí od povrchu a vad a vrací se. V okamžiku vysílání počáteční impuls, pak za dobu odpovídající 2x vzdálenosti vady od sondy poruchový impuls a pak koncový, odražený od protilehlého povrchu lze použít i pro zjištění tloušťky předmětu 64

Metody prozařovací Ze zdroje záření se vysílá svazek paprsků na zkoušený materiál Paprsky rentgenové nebo gama 65