A szerkezeti anyagok tulajdonsgai s azok vizsglata 1

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata 1

Az anyagok tulajdonságai • fizikai tulajdonságok, Fmechanikai, Ftermikus, Felektromos, Fmágneses Fakusztikai, Foptikai 2

Minőség, élettartam A termék minősége függ: • gyártási jellemzőktől · A felhasznált anyagtól · A tervezéstől, konstrukciótól · Az alkalmazott technológiáktól. • üzemeltetés körülményeitől • elhasználódási, károsodási folyamatok 3

Termékminőség és élettartam Tehát anyagismereti sőt minőségügyi szempontból figyelembe kell venni: • az anyagok szerkezetét • fizikai tulajdonságát (igénybevehetőség) • technológiai tulajdonságait • üzemeltetési tulajdonságait (károsodásállóság) 4

Biztonsági tényező, meghibásodási valószínűség • A tervezés illetve az anyagválasztás során több ellentétes követelményt kell figyelembe venni, • Ezért a tervezés során nem az abszolút biztonság, hanem a tönkremenetelből adódó probléma mértékétől függően az előírt biztonság illetve a megengedhető meghibásodási valószínűség megvalósítása a cél. 5

Meghibásodási valószínűség A teherbírás és a terhelés viszonya 6

Anyagtulajdonságok • Sűrűség =m/V kg/m 3 7

Anyagtulajdonságok Mechanikai tulajdonságok (terhelhetőség) 8

A szerkezeti anyagok viselkedése az igénybevételekkel szemben • A szerkezeti anyagok legfontosabb tulajdonsága, hogy ellenállnak a külső igénybevételekkel szemben, tehát a terhelhetők. • Az igénybevételek összetettek és különbözőek. A szilárdsági számítások során ezeket az összetett igénybevételeket jól definiálható alapesetekre un. egyszerű igénybevételekre vezetjük vissza, és ezek szuperpozíciójaként értelmezzük a szerkezet terhelését. 9

Az igénybevételek jellemzése (1) • Az igénybevétel hatása szerinti felosztás: – Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek – A felületre ható igénybevételek • Az igénybevétel időbeli lefolyása szerinti felosztás: – – Statikus Dinamikus, lökésszerű Ismétlődő, fárasztó Az előbbi három kombinációja 10

Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek • • • Húzó Nyomó Hajlító Nyíró Csavarás Hajlítás Húzás 11

Egyszerű igénybevételek • húzás, nyomás, hajlítás, csavarás és nyírás. • Az igénybevétel számszerű értéke a felület egységre ható erő, a feszültség. Ha a feszültség a felület elemre merőleges, normál ( ) feszültségről, ha a felület síkjában hat, csúsztató ( ) feszültségről beszélünk. Mértékegysége : N/mm 2 vagy MPa, azaz MN/m 2 12

A felületre ható igénybevételek • • Hő Vegyi Elektrokémiai Áramló közeg Koptató Sugárzás Biológiai Forgatás Szorító erő Kopás 13

Az igénybevétel az időbeli változása alapján lehet: Þstatikus, ha az igénybevétel időben állandó, vagy csak igen lassan, egyenletesen változik, Þdinamikus , ha a terhelés időben változik, hirtelen, ütésszerű, lökésszerű pl. motorok indítása, ütközés stb. Þfárasztó, ha az igénybevétel időben változik, és sokszor ismétlődik. 14

Az igénybevétel időbeli lefolyása • Statikus • Dinamikus • Ismétlődő, fárasztó • Az előbbi három kombinációja 15

Az anyag viselkedése terhelés hatására Az anyagok lehetnek: • szívósak, • képlékenyek és • ridegek. 16

Szívós vagy képlékeny anyag a törést jelentős nagyságú maradó alakváltozás előzi meg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület szakadozott, tompa fényű 17

Rideg, nem képlékeny törés A rideg, nem képlékeny törés esetében a törést nagyon kicsi vagy semmi maradó alakváltozás sem előzi meg, és a repedés kialakulása után viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez. 18

Mechanikai tulajdonságok Statikus igénybevétel Húzó igénybevétellel szembeni ellenállásának meghatározása A szakítóvizsgálat (MSZ EN 10002 -1: 2001) 19

Szakítóvizsgálattal meghatározható jellemzők 1 Elve: 20

21

Szakító próbatest arányos próbatest esetén a jeltávolság kör keresztmetszet esetén 22

Szakítópróbatest Menetes befogás Lemez próbatest betonacél 23

24

Szakító diagram • A szakítógép a próbatest összes megnyúlásának függvényében rajzolja meg a próbatest által felvett erőt. A függőleges tengelyen az erőt (jele: F) Nban vagy k. N-ban, a vízszintes tengelyen pedig a jeltávolság megnyúlását (jele: L) tüntetjük fel mmben. 25

Lágyacél szakítódiagramja 26

Lágyacél szakítódiagramja A I. a rugalmas alakváltozás szakasza. Az alakváltozás és a feszültség lineáris összefüggésben van. = E. (Hook törvény ) 27

Lágyacél szakítódiagramja • II. a. folyási szakasz. A folyási szakasz az Fe. H erőnél kezdődik, és azt jelenti, hogy a próbatest valamennyi krisztallitjában megindul a maradó alakváltozás 28

Lágyacél szakítódiagramja • II. b. egyenletes alakváltozás szakasza. 29

Lágyacél szakítódiagramja • III. kontrakciós szakaszban a próbatest alakváltozása egy meghatározott részre korlátozódik. 30

Hengeres lágyacél szakítása 31

Különböző anyagok szakítódiagramjai 32

Különböző anyagok szakítódiagramjai • Rideg anyagok: a lemezgrafitos öntöttvas, b edzett acél diagramja. vagy kerámia ridegek , csak rugalmas alakváltozásra képesek. A szakadás felülete szemcsés és merőleges az igénybevétel tengelyére. 33

Rideg törés 34

Gömbgrafitos öntöttvas 35

Különböző anyagok szakítódiagramjai • Szívós anyagok d ábrán határozott folyást nem mutató anyagok pl. réz vagy alumínium. Az e lágyacél 36

A szívós anyag viselkedése a kontrakciós szakaszban 37

Különböző anyagok szakítódiagramjai • Hidegen alakított fémek f ábra hidegen erősen alakított, tehát felkeményedett fém A felkeményedett anyagok, rugalmas alakváltozást követő igen rövid egyenletes alakváltozás után kontrahálnak. 38

Különböző anyagok szakítódiagramjai • Képlékeny fémek g ábra nem keményedő, képlékeny fém pl. ólom (Pb) szakítódiagramja van. A diagramnak szinte csak maradó alakváltozási része van. 39

Műanyagok szakítódiagramja • a rideg anyag pl. hőre nem lágyuló műanyagok • b. szívós pl. PA • c. lágy anyag pl. PE 40

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők 41

A szakítódiagram alapján kétféle rendszerint értelmezhetünk értékeket. A mérnöki rendszerben, az erő és alakváltozás értékeket az eredeti , kiinduló értékekhez viszonyítjuk, míg a valódi rendszerben a változásokat a pillanatnyi, tényleges értékekhez viszonyítjuk. 42

Mérnöki rendszer feszültség : alakváltozás, fajlagos nyúlás : F az erő So az eredeti keresztmetszet Lo a jeltávolság eredeti értéke L a megnyúlás 43

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők Szilárdsági anyagjellemzők: 44

Rugalmassági modulusz Young modulusz • A rugalmas szakasz meredeksége E= / 45

Folyáshatár A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültség Mértékegysége: N/mm 2 46

Folyáshatár • A folyáshatár valódi feszültség, fizikai tartalommal ellátott, azt jelenti, hogy ennél a feszültségnél a próbatest minden krisztallitjában megindul a képlékeny alakváltozás, • a statikus méretezés alapja. 47

Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár? 48

Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár? A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültséget abban az esetben is meg kell tudni határozni, ha nem mutatkozik határozott folyáshatár. Ebben az esetben megállapodás szerinti értékeket határozunk meg. 49

Névleges folyáshatár • névleges folyáshatár , azaz a 0, 5 % teljes (rugalmas + maradó ) alakváltozáshoz tartozó feszültség Mértékegysége: N/mm 2 50

Egyezményes folyáshatár A terhelt állapotban mért egyezményes folyáshatár : N/mm 2 A terheletlen állapotban mért egyezményes folyáshatár : 51

52

Szakítószilárdság A szakítószilárdság a vizsgálat során mért legnagyobb terhelő erő és az eredeti keresztmetszet hányadosa: Mértékegysége: N/mm 2 53

Különböző anyagok szakítószilárdsága 54

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők Képlékenységi anyagjellemzők vagy alakváltozási mérőszámok: 55

Képlékenységi jellemzők vagy alakváltozási mérőszámok A próbatest a szakító vizsgálat során megnyúlik, keresztmetszete lecsökken 56

Képlékenységi jellemzők vagy alakváltozási mérőszámok A szabványos alakváltozási mérőszámok, a mérnöki rendszerinti nyúlásnak és a keresztmetszet csökkenésnek egy jól definiálható ponthoz, általában a szakadáshoz tartozó értékei. 57

Alakváltozási mérőszámok • Szakadási nyúlás vagy nyúlás. Jele: A Mértékegysége: % 58

Alakváltozási mérőszámok • Keresztmetszet csökkenés vagy kontrakció. Jele: Z Mértékegysége: % 59

Szabványos mérőszámok MSZ EN 10002 -1: 2001 • Folyáshatár • Szakítószilárdság • Nyúlás • Kontrakció 60

A szakítóvizsgálat során kapott eredményeket befolyásolják Þa próbatest alakja, mérete, felületi minősége Þa terhelés növelésének sebessége Þa vizsgálati körülmények pl. a hőmérséklet 61

Korszerű szakítógép 62

Szakítógépek 63