1

VLASTNOSTI KOVŮa jejich zkoušení

2

Vlastnosti - dělení

• V technické praxi je obvyklédělení vlastností materiálů na:

• fyzikální• mechanické• technologické

3

Fyzikální vlastnosti

• Vyplývají z typu kovové vazby, chemického složení, ze struktury

• Hustota• Elektrické vlastnosti• Tepelné vlastnosti• Magnetické vlastnosti

4

Elektrické vlastnosti

• Elektrická vodivost• Supravodivost

5

Tepelné vlastnosti

• Jsou charakterizovány prostřednictvím

• tepelné vodivosti• teplotní roztažnosti• teploty tání

6

Magnetické vlastnosti

• Projevují se chováním látek ve vnějším magnetickém poli

• Dělíme je na látky:• - diamagnetické• - paramagnetické• - feromagnetické (příp. ferimagnetické, antiferomagnetické)

7

Mechanické vlastnosti

• Vyjadřují chování materiálu při působení vnějších sil.

• Základní jsou:• - pružnost• - pevnost• - houževnatost• - plasticita

8

Důsledky plastické deformace• při plastické deformaci materiálzpevňuje, vznikvznikvznikvznikáááá deformadeformadeformadeformaččččnnnníííízpevnzpevnzpevnzpevněěěěnnnníííí

• Projeví se zvýšením meze kluzu, , , , pevnosti, tvrdosti a snížením tažnosti

• Ve struktuře se projeví textura a s nívýrazná anizotropie vlastností

9

Důsledky plastické deformace

• Plasticky deformovaný kov je charakterizován zvýšenou hustotou poruch (v žíhaném stavu asi 106 – 108cm-2, v deformovaném stavu vzroste o 4 – 6 řádů)

10

Odpevňovací pochody -rekrystalizace

• Následky deformačního zpevnění se odstraňují zotavením a rekrystalizací

• Zotavením a rekrystalizacíobnovujeme plastické vlastnosti materiálu po tváření za studena

• U čistých kovů se teplota zotavenípohybuje kolem 0,1 – 0,35 teploty tání.

11

Technologické vlastnosti

• soubor vlastností materiálů, umožňujícíza definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu

• velmi úzce souvisí s používanou technologií a se změnou technologie se mohou měnit

• Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří:•• ttttttttvvvvvvvváááááááárnostrnostrnostrnostrnostrnostrnostrnost ((((((((tvtvtvtvtvtvtvtváááááááářřřřřřřřitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnost))))))))•• svasvasvasvasvasvasvasvařřřřřřřřitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnostitelnost•• slslslslslslslsléééééééévatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnostvatelnost•• obrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnostobrobitelnost

12

ZKOUŠENÍmechanických vlastností

• Zkoušky můžeme dělit:• podle časového průběhu zatěžující síly na zkouškystatické ×××××××× dynamické

• podle účinku zatížení na zkušební těleso na zkoušky destruktivní ×××××××× nedestruktivní

13

Zkoušky mechanickéstatické• určuje se chování materiálu při působení stálých nebo pppplynule lynule lynule lynule rostoucrostoucrostoucrostoucííííchchchch sil.

• Zkušební těleso se zatěžuje zpravidla pouze jednou až do porušení.

• Patří sem zkoušky: tahem, tlakem, ohybem, střihem, krutem.

14

Zkouška tahem• Princip: porušení zkušební tyče s cílem zjistit napěťové a deformační charakteristiky

zkoušeného materiálu• Zkouškou zjistíme čtyři normované vlastnosti:

MEZ PEVNOSTI RRRRmmmmMEZ KLUZU RRRReeeeTAŽNOST AAAAKONTRAKCE Z Z Z Z

15

Zkouška tahem – zkušební vzorky

• Tyče dlouhéLo= 10Do = 11,3(So)1/2

• Tyče krátkéLo= 5Do = 5,75(So)1/2

16

Zkouška tahem – napěťovécharakteristiky

• Zjišťujeme:• Mez pevnosti: Rm= Fmax /S0 [MPa] • Mez kluzu – pokud je výrazná:Re= Fe/So

Není-li výrazná, určuje se smluvní mez kluzu = napětí, která zanechá trvalou deformaci 0,2%Lo, případně graficky.

17

Zkouška tahem – napěťovécharakteristiky

• Grafická metoda zjišťovánísmluvní meze kluzu

18

Zkouška tahem –deformační charakteristiky

•• TaTaTaTaTaTaTaTažžžžžžžžnostnostnostnostnostnostnostnost – poměrné trvaléprodloužení zkušební tyče v okamžiku roztržení vyjádřené v procentech.

•

19

Zkouška tahem –deformační charakteristiky

•• KontrakceKontrakce – poměrné trvalézúžení průřezu zkušební tyče, v okamžiku přetržení v místělomu. Kontrakce je poměrnátrvalá deformace ψu vyjádřená v %.

20

Diagram zkoušky tahem - typy

21

Zkouška tlakem - schéma

• Zjišťuje se pevnost v tlaku →→→→→→→→konvenční napětí, při kterém se vzorek poruší.

• Rmd= Fmax/So• Používá se pro křehké materiály

22

Zkouška tlakem – dalšícharakteristiky

• Poměrné zkrácení:

• Příčné rozšíření:

( )%1000

0 ⋅−

=h

hh

tε ( )%100

0

0 ⋅−

=h

hh

tε

( )%1000

0 ⋅−

=h

hh

tε

( )%1000

0 ⋅−

=S

SSt

ψ

23

Zkouška ohybem - schéma

• Neopracovaná tyč odlitá nastojato, volně položená na dvou podpěrách

24

Zkouška ohybem

• Cíl zkoušky: zjistit pevnost v ohybu = největší ohybovénapětí ve zkušební tyči při porušení

• Používá se pro křehké materiály např. grafitické litiny

( )mmNlF

MO

.4

maxmax

⋅= ( )MPa

W

MR

O

o

mo

max=

25

Zkouška střihem• Střihové namáhání vznikápůsobením paralelních, opačněpůsobících sil, ležících v roviněstřihu, kdy tyto zatěžující síly nevyvozují ani moment ohybový ani moment kroutící.

• Počítá se mez pevnosti ve střihu

( )MPaS

FR

O

ms

2max=

26

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.

27

Zkouška krutem

• φ – úhel zkroucení

• γ – zkos

( )MPaW

MR

k

k

mk

max=

28

Zkouška krutem

• Poměrné zkroucení na jednotku délky tyče je .

• 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

L

ϕυ =

rL ⋅=⋅ ϕγL

r⋅=

ϕγ

29

Dynamické zkoušky mechanické

• V praxi jsou součásti namáhány dynamicky

• Zatížení rázové – zkoušky rázové nebo vrubovéhouževnatosti

• Zatížení cyklické – zkoušky únavy

30

Zkoušky rázové

•• RRRRRRRRáááááááázovzovzovzovzovzovzovzováááááááá zkouzkouzkouzkouzkouzkouzkouzkoušššššššška ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybemka ohybem•• ZkouZkouššky podle ky podle CharpyhoCharpyho – tyč na dvou podpěrách

• Zkoušky podle Izoda – tyč uchycena letmo• tvar i rozměry zkušebních těles dány normou

31

Typy zkušebních těles při rázové zkoušce

32

Charpyho kladivo

33

Přechodová teplota

• a) teplotní závislost vrubovéhouževnatosti

• b) způsob stanovení přechodové teploty

34

Zkoušky únavy• při opakovaném zatěžování i menší silou

může dojít k porušení – únavový lom.

• Rc (σ) – mez únavy – nejvyšší napětí, kterémateriál vydrží, při nekonečném počtu cyklůaniž dojde k porušení.

• Rn (σ) - časová mez únavy – napětí, kterémat. vydrží po určitý počet cyklů n.

• (106 ÷ 107 cyklů).

35

Zkoušky únavy –Wöhlerova křivka

36

Rozdělení zkoušek tvrdosti

• Možná různá hlediska, nejčastěji na:

• Zkoušky vrypové• Zkoušky odrazové• Zkoušky vnikací

37

Zkoušky tvrdosti -vrypové

• Vrypové: MARTENS (dnes se jižnepoužívá)

• tvrdost se určuje podle šířky vrypu

• jsou od ní odvozeny zkoušky pro tenké vrstvy

38

Zkouška odrazová

Spočívá v odrazu

padajícího tělíska

určitého tvaru a

hmotnosti

Část energie vytvoříjamku a zbytek vymrští zkušebnítělísko do určitévýšky, ta je mírou tvrdosti

39

Zkoušky vnikací

• Princip: vtlačování přesně definovaného

tělesa do povrchu vzorku (indentoru),

tvrdost je určena velikostí vzniklého vtisku

• Zkoušky podle:

• Brinnella

• Vickerse

• Rockwella

40

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

41

Poldi kladívko

• Dynamickámetoda

• 1 – úderník • 2 – porovnávacíetalon

• 3 - zkoušený materiál

42

Zkouška podle Vickerse

43

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

44

Princip Rockwellovy metody

• Tvrdost se odečítá na stupnici tvrdoměru

• Vhodná pro použití ve výrobě

45

Zkouška tvrdosti podle Knoopa

46

Další metody měření tvrdosti

• Metoda univerzální tvrdosti – pro zvýšenípřesnosti měření indentorem tříboký jehlan –metoda podle Berkoviche – pro srovnání vtisk Vickersem

47

Zkoušky za vyšších teplot – creepové zkoušky

• Tečení – creep je růst trvalédeformace při konstantním napětí v závislosti na čase

48

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)

49http://www.cideas.cz/free/okno/technicke_listy/4tlv/TL07CZ_3222-8.pdf

Diagram tahové zkoušky při různých teplotách

50

Dlouhodobé zkoušky -charakteristiky

• Mez tečení σt = napětí, které při dané teplotě a době působení způsobídanou trvalou deformaci – př. Deformace se pohybuje v rozmezí 0,1 –1%, doba cca 1 – 10tisíc hodin

• Mez pevnosti při tečení σtPt = napětí, které při dané teplotě za danou dobu způsobí lom materiálu

51

Křivky tečení - příklady

52

Technologické zkouškyZkouška lámavosti za studena

• Měřítkem pro posouzenílámavosti je velikost úhlu, který se vytvoří ohybem zkušební tyče.

• Zkušební tyč délky 200 až 400 mm a šířky 25 až50 mm se ohýbá na dvou podporách.

• Určuje se úhel ohybu, při kterém se na vnějšístraně objeví prvnítrhlinky.

53

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, změříse 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.

54

Zkouška hloubením podle Erichsena

55

ZkouZkouZkouZkouššššky trubekky trubekky trubekky trubek• ZkouZkouZkouZkoušššška ka ka ka trubek trubek trubek trubek lemovlemovlemovlemováááánnnníííímmmm

• jeden konec trubky se rozšiřuje trnem o vrcholovém úhlu 90 až120˚

• pak se vytvoří kolmo na osu lem určité šířky →měla by splňovat hodnotu, kterou udávajímateriálové listy

56

Zkouška trubek rozháněním

� Do trubky se zarážítrn určitého průměru → při rozšíření nesmívzniknout trhlina

57

Nedestruktivní metody zkoušení - defektoskopie

• Lze zajišťovat:• Kontrola výroby důležitých vysoce namáhaných výrobků (tlakovénádoby, části turbín…)

• Vytřídění vadných kusů při sériovévýrobě (automatizovaná kontrola)

• Pravidelná kontrola důležitých strojůa zařízení v průběhu jejich životnosti

58

Rozdělení

• Podle fyzikálních principů na:

• Vizuální• Kapilární• Magnetoinduktivní• Ultrazvukové• Prozařovací

59

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, velkénádrže, kotle, tlakové nádoby –usazeniny, koroze). Dokonalejšíendoskopy spojeny s televizní kamerou – obraz lze pozorovat na obrazovce.

60

Kapilární metody

• Pro povrchové vady, podle detekční kapaliny metody barevnénebo fluorescenční

61

Magnetoinduktivní metody

• Pro vady povrchové nebo těsněpodpovrchové

• Využívají změny magnetické vodivosti ve feromagnetických materiálech (vady silně zvyšují magn.odpor a dochází ke zhuštění siločar. K indikaci se používásuchého feromagn.prášku nebo detekční kapaliny, ve které je rozptýlen.

• Podmínkou je, aby celý předmět byl zmagnetován.

62

Ultrazvukové metody

• Ultrazvuk je vlnění s vyšší frekvencínež slyšitelnou, tj. vyšší než cca 16 kHz ( 1-10 MHz)

• Nejmenší velikost zjistitelné vady (kolmo na směr šíření) je větší nežpolovina vlnové délky použitého vlnění

• Metody se používají nejen ke zjišťování vnitřních vad, ale i k měření tloušťky materiálu nebo vrstev

63

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.

64

Odrazová metoda

• Vysílají se krátké uz impulsy, které se odrážejí od povrchu a vad a vrací se. V okamžiku vysílánípočáteční 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

65

Metody prozařovací

• Ze zdroje záření se

vysílá svazek

paprsků na

zkoušený materiál

• Paprsky

rentgenové nebo

gama