kapitulli 9 lodhja

UNVERSITETI I PRISHTINËSFAKULTETI I INXHINIERISË MEKANIKE

PRISHTINË

STUDIMET MASTER

PUNIMI I DYTË SEMINARIK

Lёnda: Materialet bashkëkohore Inxhinierike

Kapitulli 9

LODHJA

Profesori: Kandidati:

Dr. sc. Hysni Osmani bach. Shpend Mehmeti

Prishtinë, 2012

2 MATERIALET BASHKËKOHORE INXHINIERIKE

PËRMBAJTJA

1. 1. PËRGJITHËSIME 3

1. 2. CIKLET KOHORE TË VEPRIMIT TË NGARKESËS 3

1. 3. ASPEKTE MIKROSKOPIKE TE THYERJES 5

1. 4. ASPEKTE MAKROSKOPIKE TE THYERJES 7

1. 5. FAKTORËT NDIKUES 8

1. 5. 1. FAKTORËT METALURGJIKË 8

1. 5. 2. FAKTORËT MEKANIKË 11

1. 5. 2. 1. PËRQENDRIMI I TENSIONEVE 11

1. 5. 2. 2. PËRMASAT E DETALIT 12

1. 5. 2. 3. EFEKTET SIPËRFAQËSORE 13

1. 5. 2. 4. TENSIONI MESATAR 15

1. 5. 2. 5. TEMPERATURA 19

1. 5. 2. 6. FREKUENCA E NGARKESËS 19

LITERATURA 20

1. 1. PËRGJITHËSIME


Dukuria e lodhjes është një sjellje karakteristike dhe e rëndësishme e materialeve metalike, shpesh shkaku i thyerjes së organeve mekanike në zbatim. Ky fenomen është mjaft aktual si në pikëpamje teorike ashtu edhe nga ajo praktike. Në fakt edhe pse në këtë fushë janë arritur rezultate të larta, akoma sot thyerjet për shkak të lodhjes përbëjnë mbi 90% të rasteve të të gjitha thyerjeve në praktikë. Për këtë problem janë interesuar, sektorët automobilistikë, të aeronautikës, të kimikës dhe të makinerive elastike, d.m.th. ato në të cilat mekanizmat mekanike i nënshtrohen tensioneve ciklike që përsëriten në kohë, ose vibrimeve (lëkundjeve).

Thyerjet për shkak të lodhjes janë shumë të paparashikueshme sepse mund të ndodhin edhe pas një periudhe të shkurtër funksionimi, pa asnjë shenjë lajmërimi.

1. 2. CIKLET KOHORE TË VEPRIMIT TË NGARKESËS

Kusht i nevojshëm që ky fenomen të ndodhë është egzistenca e veprimit të një ngarkese periodike. Ndryshimi kohor i kësaj ngarkese mund të merret në përgjithësi i ngjashëm me një nga rastet e mëposhtëme: simetrik i alternuar, asimetrik i alternuar, lëkundës nga origjina (cikël nga zero) dhe pulsues (fig. 1).

Në këto raste mund të supozohet një sjellje sinusoidale me kalimin e kohës, por që përbën thjesht një idealizim të fenomenit, e që tenton të shprehë në mënyrë të përafërt mënyrën e ndryshimit të ngarkesës.

Fig. 1. Cikle të mundshëm ngarkesash

Në realitet keto ndryshime mund të jenë shumë më të ndërlikuara (fig. 2)


Fig. 2. Ndryshimi skematik real i cikleve të ngarkesave

Vlera e çfarëdo lloj tensioni sinusoidal në një moment të caktuar t mund të shprehet me anë të relacionit:

σ=σm+σa⋅sinωt d.m.th. çdo lloj cikli mund të imagjinohet i lindur nga mbivendosja e një tensioni thjesht

alternues me gjysmëamplitudë maksimale σ a (amplituda e tensionit), me pulsim ω dhe me një

tension statik σm (tensioni i mesëm).Sido që të jetë tipi i ciklit, është gjithmonë e mundëshme të dallohet një vlerë më e madhe

se tensioni σmaks dhe një vlerë më e vogël, σmin të shprehura përkatësisht nga:σmaks=σm+σ a ;σmin=σm−σa

Nga këto relacione nxirret, duke i mledhur ato anë me anë, që tensioni i mesëm ka vlerën:

σm=σmaks+σmin

2ndërsa duke bërë diferencën e tyre, anë me anë, merret vlera e gjysmës së amplitudes:

σ a=σmaks−σmin

2Për katër ciklet kohore të përmendura në fillim të paragrafit kemi:

σmaks=−σmin=σa , σm=0 për ngarkesat e alternuara simetrike;σm≠0 , σmaks>0 , σmin<0 , σm<σ apër ngarkesat e alternuara josimetrike;σmaks/2=σm=σ a , σmin=0 për ngarkesat lëkundëse përreth origjinës;σm≠0 ,|σmaks−σmin|>0 , σm>σa për ngarkesat pusuese.

Mënyra e sjelljes në lodhje e materialeve në përgjithësi shprehet nëpërmjet diagrameve σ−N të WHOLER. Në këto diagrame jepet mënyra e ndryshimit të amplitudave të tensionit σ a të ushtruar (ndonjëherë σmaks) në varësi të logaritmit të numrit të cikleve N të nevojshëm për të çuar në thyerjen e materialit (fig. 3). Ndër të tjera ato konsiderohen të marra pë një cikël të

alternuar simetrik (σm=0 ), të paktën nëse nuk është e shprehur ndryshe.


Nga këto diagrama rezulton e dukshme, si tensioni i nevojshëm për të thyer mekanizmin në shqyrtim, zvogëlohet me rritjen e numrit të cikleve. Megjithatë, ndërsa në lidhjet e hekurit mënyra e ndryshimit është asintotik, në lidhjet e lehta është gjithmonë në ulje.

Fig. 3. Kurbat tipike te WOHLER

1. 3. ASPEKTE MIKROSKOPIKE TË THYERJES

Duket e provuar që thyerja e materialeve nga lodhja fillon me një formim të një mikroplasaritjeje, e cila përhapet duke u rritur progresivisht derisa seksioni rezistues i mekanizmit bëhet i barabartë me atë të thyerjes. Madje dukuria mund të shtrihet në tre faza të ndryshme: 1) formimi i mikroplasaritjes, 2) përhapja e saj deri në një vlerë kritike, 3) shkatërrimi i plotë i mekanizmit.

Mikroskopi elektronik ka zbuluar që mbi sipërfaqen e mekanizmave mekanike “të lodhura” janë të pranishme pjesë të dala dhe të thelluara, d.m.th. mikrocepa të dalë dhe mikronale shumë të mprehtë, me përmasa nga 0,1 deri në 1μm (fig. 4). Ato rrjedhin nga rrëshqitja irreversibile e planeve me rrëshqitje më të madhe të kristaleve të orientuar më mirë në lidhje me sforcim të ushtruar. Irreversibiliteti rrjedh nga një proces i paevitueshem, i cili pengon rrëshqitjen e kthimit në të njëjtin plan. Atëherë ai rivendoset mbi plane të tjera, duke bërë të mundur lindjen e thellimeve dhe të dalave që shtohen me rritjen e numrit të cikleve.


Fig. 4. Thellime dhe të dala: a) mekanizmi i formimit; b) e njëjta foto në mikroskop elektronik me shkallë x 4500

Rritja e një plasaritjeje të tillë, si ajo e mikroplasaritjes fillestare, është e orientuar kristolografikisht sipas planeve të rrëshqitjes, të paktën në fillim. Në vazhdim e çara vendoset në një plan tjetër, jo më i lidhur me strukturën e materialit metalik, por me madhësinë e mekanizmit mekanik dhe me forcën e ushtruar dhe shpesh rezulton, për pjesë të mëdha, pingul me tensionin maksimal tërheqës (fig. 5).

Fig. 5. Paraqitje skematike e krijimit dhe përhapjes së një krisje nga lodhja

Shpejtësia e rritjes në fazën e 2 – t do të ndiqte një ligj të tipit:dcdN

=B⋅Δσ⋅c2


ku c është gjysma e gjerësisë së krisjes, N numri i cikleve, B një konstante (e përcaktueshme

eksperimentalisht dhe e varur nga natyra e materialit) dhe Δσ është ndryshimi i tensionit nominal.

Për pjesët metalike me përmasa të vogla formula e mësipërme bëhet:dcdN

=B⋅K 4

ku K është faktori i përqëndrimit të tensionit, prandaj shpejtësia e përparimit dhe jetëgjatësia e detalit, kontrollohet nga fusha e tensionit veprues në afërsi të rrënjës së krisjes. Shpejtësia e përhapjes së krisjes mund të ndryshojë nga 10-10 mm/cikël (në fillim) në 0.1 mm/cikël (në afërsi të thyerjes).

Plotësimi i fazës së dytë verifikohet kur seksioni rezistues i detalit është zvogëluar deri në atë pike që bëhet i njëjtë me atë të thyerjer, prandaj detail thyhet përnjëherë (faza e tretë).

Te materialet metalike me përdorim të zakonshëm, sistemet e rrëshqitjes janë të shumtë, faza e parë është në përgjithësi me kohëzgjatje të shkurtër dhe i lë vend pothuajse menjëherë fazes së dytë e cila ndjek mekanizmin e figurës 6.

Fig. 6. Mekanizmi i përhapjes së një krisje me gjatësi c dhe rritja e saj ∆c për cikël: a) sforcim zero ose maksimal, shtypjeje; b) sforcim i vogël tërheqës; c) sforcim maksimal tërheqës; d) sforcim i vogël shtypës; e) sforcim zero ose maksimal shtypjeje.

1. 4. ASPEKTE MAKROSKOPIKE TË THYERJES

Përhaphja e plasaritjes duke u nisur nga një difekt paraekzistues, ose nga një rrëshqitje e tipit e thelluar e dalë mbi sipërfaqen e detalit, reflektohet në shkallë makroskopike mbi sipërfaqet e thyerjes. Në fakt në to dallohen lehtësisht dy zona shumë të ndryshme njëra nga tjetra (fig. 7).


Fig. 7. Aspekti skematik i një sipërfaqe të thyer per lodhje nen veprimin e përkuljes së thjeshtë: a) pa vija ndalimi; b) me vija ndalimi.

Zona e parë ka një pamlje të shkëlqyeshme e formuar në fazën e dytë, meqënëse sipërfaqet e krisjes në kontakt me njëra tjetrën i nënshtrohen fërkimeve (fig. 7a).

Ndonjëherë në këtë zonë dallohen disa vija të veçanta, të njohura si vijat e ndalimit, ose të pushimit, (ose të detit), të cilan kanë si qendër pikën e nisjes së krijimit të plasaritjes. Në fakt në funksionimin e mekanizmave mekanikë të makinave që i nënshtrohen lodhjes përbërja e alternuar e ciklit nuk është pothuajse asnjëherë konstante, duke mundur të ndryshojë si amplitudën maksimale dhe frekuencën në funksion të periudhave të punës dhe të pushimit si dhe në varësi të kushteve të përdorimit. Në këto raste krisja përhapet me shpejtësi të ndryshme, duke ndjerë edhe veprimin agresiv të ambjentit gjatë periudhave të ndalimit (fig. 7b).

Ndërsa zona e dytë paraqet një aspekt jo të lëmuar dhe të kadiftë me shenja të rralla të deformimit plastik (normalisht materiali i zgjedhur për organe që i nënshtrohen lodhjes kanë një sjellje plastike) dhe i korrespondon thyerjes së menjëherëshme për shkak të arritjes së seksionit kritik të thyerjes.

Aspekti i plotë i thyerjes varet nga tipi dhe sasia e forces maksimale së cilës i nënshtrohen organi mekanik.


Fig. 8. Sipërfaqet e thyerjes për lodhje në boshtet rrotullues

1. 5. FAKTORËT NDIKUES

Njohja e faktorëve të tillë rezulton vendimtare për një sjellje më të mire në praktikë (pra kohëzgjatje më të madhe) të një mekanizmi mekanik. Ato mund të ndahen në dy kategori: faktorët metalurgjikë dhe faktorët mekanikë.

1. 5. 1. FAKTORËT METALURGJIKË

Faktorët metalurgjik janë më pak të rëndësishëm se ato mekanikë për ndikimin e tyre më të vogël mbi lodhjen. Këto faktorë përbëhen nga parametrat e brendshëm të natyrës së materialeve metalike. Lodhja e një mekanizmi mekanik shkakton zgjerimin e një plasaritjeje dhe përfundon me shkatërrimin e tij. Eshtë e llogjikshme të përshtatet kufiri i lodhjes (ose rezistenca ndaj lodhjes), me të gjitha kushtet e tjera të njëjta, me tensionin e tij të thyerjes Rm. Prandaj të gjitha madhësitë që janë në gjendje të ndikojnë në tensionin e thyerjes së një lidhjeje metalike (pra përbëja, trajtimi termik i kryer dhe shkalla e përforcimit) ndryshojnë sjelljen në lodhje.

Për vlera jo shumë të larta të Rm ndikimi i përbërjes është i papërfillshëm. Në çeliqet me

karbon raporti σD /Rm është i barabartë me 0.5 (fig. 9), në lidhjet e lehta zbret menjëherë në 0.35, ndërsa në lidhjet e bakrit vlen rreth 0,4. Ndërsa për vlera më të larta R m efekti i përbërjes është i rëndësishëm, në kuptimin që prania e mundshme e elementeve rrit kufirin e lodhjes, prandaj, për të gjitha kushtet e tjera të njëjta, çeliqet e lidhur i rezistojnë lodhjes më mirë se çeliqet jo të lidhur edhe pse kanë të njëjtë ngarkesë thyerje.


Fig. 9. Ndryshimi i kufirit te lodhjes Lf në varësi të tensionit të thyerjes Rm për disa çeliqe të temperuar dhe të riardhur në temperatura të ndryshme

Ndikimi i madhësisë së kokrrizave kristaline mbi rezistencën ndaj lodhjes është i lehtë dhe i ndryshueshëm. Për të njëjtën vlerë të Rm një strukturë me kokrriza të mëdhaja (me kristale të mprehta) reziston më pak ndaj lodhjes së një strukture me kokrriza të rrumbullakta, sepse një formë sferike e pjesëzave redukton përqendrimin e tensioneve. Përkundrazi strukturat e pllakëzuara, si ajo perlitike e çeliqeve eutektoidale, paraqesin një tension thyerje (pra edhe një kufi të lodhjes) që rritet kur zvogëlohet hapësira e mesme ndërmjet lamelave.

Në çeliqet, sjellja më e mirë ndaj lodhjes merret nga struktura sorbitike, për të cilën σD /Rm≈0 . 6 . Në fakt një riardhje në T<600oC e bën detalin më rezistent, por shkakton edhe një ndjeshmëri më të lartë ndaj çarjeve prandaj ndaj kushteve sipërfaqësore.

Prania e austenitit të mbetur keqëson sjelljen në lodhje të çeliqeve të temperuar dhe të riardhur në të njëjtën fortësi (fig. 10). Kjo tregon domosdoshmërinë e transformimit të plotë të strukturës së çeliqeve në martensit gjatë temperimit (e megjithatë jo pas riardhjes).

Ndërhyrjet jometalike ndikojnë negativisht në mënyrë të ndjeshme sjelljen në lodhje të materialit meqënëse ndërpresin vazhdimësinë e saj strukturore. Një gjë e till mund të kalohet duke punuar lidhjen metalike nën boshllëk (fig. 11).


Fig. 10. Ndryshimi i limitit të lodhjes në varësi të përqindjes së austenitit te mbetur në çeliqet e temperuar dhe të riardhur, me HRC=36

Mënyra e sjelljes në lodhje të një materiali metalik ndikohet nga “fibratura”. Në çeliqet, për shembull, duke shkëputur një kampion prove në drejtim tërthor me drejtimin e

laminimit ka një humbje σD në 30¿ 40 (fig. 11).

Fig. 11. Ndryshimi i limitit te lodhjes në funksion të pranisë së ndërhyrjeve jometalike për çelikun UNI 40NiCrMo7

Përforcimi shkakton një rritje të kufirit të lodhjes sepse rrit tensionin e thyerjes, megjithatë kjo rritje është më e vogël në përqindje se rritja e Rm (tab. 1). Përkundrazi difektet


(bëhet fjalë për mikroplasaritje) të shkaktuara nga një fenomen i tillë e bëjnë atë të padëshirueshëm, sidomos nëse shkalla e deformit është e lartë.

Tab. 1. Ndikimi i inkrudimit mbi limitin e lodhjes në përkulje rrotulluese të fijeve të çelikut me karbon

Përmbajtja e C[%] Rm[MPa ] σD [MPa ] σD /Rm

0.160.160.390.390.580.580.900.90

600900100015001000160015501930

280320320410320440470620

0.4650.3550.320.270.320.2750.300.32

1. 5. 2. FAKTORËT MEKANIKË

Këta faktorë përmbledhin të gjitha madhësitë e lidhura me përdorimin e tyre në praktikë dhe përmasimin e orgnit mekanik, dukes u nisur nga natyra e tij metalurgjike.

1. 5. 2. 1. PËRQËNDRIMI I TENSIONEVE

Ndikimi i pranisë së pavazhdimësisë të çfarëdo lloji, mbi ekzistencën e një mekanizmi mekanik që i nënshtrohet një force statike shprehet me faktorin e zmadhimit të tensionit KI (i quajtur edhe faktori i çarjes statike), d.m.th. koefiçientin me të cilin duhet shumzuar tensionin nominal që vepron mbi kampionin për të marrë vlerën e tensionit maksimal efektiv në korrispondencë me pavazhdimësinë. Prandaj këto të fundit mund të zvogëlojnë edhe shumë jetvgjatësinë në lodhje, si në rastin kur janë të parashikuara (filetime, vende të vendosjes së kiavetave, etj.) ashtu edhe kur rrjedhin nga difekte ekzistuece në material (porozitete, ndërhyrje jometalike, fjongo, ejt.). Efekti i tyre mund të vlerësohet duke konsideruar koefiçentin e ndjeshëmërisë ndaj prerjeve η , i cili shpreh ndikimin real të një prerjeje (ose të një pavazhdimësie, ose ndërprerje) mbi mënyrën e sjelljes në lodhje të një kampioni prove në krahasim me atë që duhet të kishte në bazë të teorisë së elasticiteti, pra:

η=K f−1

K I−1ku Kf është raporti ndërmjet kufirit të lodhjes së kampionit pa prerje me atë të kampionit të prerë, ndërsa KI është faktori i prerjes statike.

Domethënë η shpreh keqësimin e sjelljes në lodhje të detalit të prodhuar për shkak të një ndërprerjeje në krahasim me atë që do të shkaktonte e njëjta ndëprerje mbi të njëjtin detal, i supozuar elastik në mënyrë ideale.

Duke analizuar formulën e mësipërme shihet që η mund të marrë vlerat nga 0 në 1 dhe më saktë:η≈0 kur materiali është paraktikisht i pandjeshëm ndaj prerjeve, prandaj Kf=1;


η≈1 kur ai është i ndjeshëm ndaj prerjeve si një material ideal, d.m.th. nuk është i deformueshëm plastikisht dhe nuk mund të përforcohet, në këtë Kf = KI.

Faktori η zmadhohet me rritjen e tensionit të ushtruar, të rrezes së kurbaturës së prerjes (fig. 12), të përmasave të detalit dhe imtësisë së kokrrizave kristaline.

Megjithatë ndonjëherë ndikimi i prerjes vlerësohet vetëm me anë të raportit Kf , që për çdo material mund të shprehet me relacionin që vijon:

Kf = f(KI, Rm)ku Rm është rezistenca ndaj tërheqjes statike të materialit metalik në shqyrtim.

Fig. 12. Ndikimi i rrezes së kurbatures r të prerjes mbi Fig. 13. Koefiçienti eksperimental korrigjues koefiçientin e ndjeshmërisë ndaj prerjes Kf në funksion të rezistencës së

tërheqjes statike dhe te koefiçientit të formës

Në fazën projektuese vlerat e Kf merren nga tabela, ose diagram në të cilat jepen në boshtin e ordinatave vlerat e Kf dhe në atë të abshisave ato të Rm, të vlefshme për KI = konstante (fig. 13).

1. 5. 2. 2. PËRMASAT E DETALIT

Shpesh ndodh një zvogëlim i limit të lodhjes me rritjen e përmasave të detalit. Në fakt lindja e difektit fillon shpesh nga sipërfaqja e jashtme, prandaj probabiliteti i shfaqjes së një plasaritjeje rritet me rritjen e shtrirjes së saj. Ndër të tjera një zmadhim i përmasave të detalit zvogëlon gradientin e sforcimeve kështu që mund të rezultojë shumë i ngarkuar një vëllim më i madh i materialit.

Nga ana tjetër jo të gjithë studiuesit janë dakord mbi ndikimin negativë të ushtruar nga përmasat e detalit mbi sjelljen e materialit në lodhje, duke ditur ndikimin e madh të disa madhësive të proves, për shëmbull një kamion çeliku me C pa prerje nuk e ndjen ndikimin e përmasave, në ndryshim nga një tjetër që përmban prerje.


1. 5. 2. 3. EFEKTET SIPËRFAQËSORE

Duke qenë se lindja e mikrokrisjes ndodh në përgjithësi mbi sipërfaqen e detalit, ku është sasia më e madhe e ngarkesave të ushtruara, një rëndësi të madhe marrin efektet sipërfaqësore, të lidhura me faktorët e ashpërsisë, me gjendjen e tensionur paraekzistuese dhe të mikrostrurës.

A) Ashpërsia sipërfaqësoreGjurmët e lëna nga makinat gjatë punimeve mund të konsiderohen si prerje të vogla. Si

rrjedhim, me rritjen e ashpërsisë sipërfaqësore kufiri i lodhjes zvogëlohet. Kjo ndodh, për shembull, kur kalojmë nga ashpërsia e një sipërfaqjeje të retifikuar në atë të marrë nga punnimi në torno dhe në fund në kushtet sipërfaqësore të marra nga një punim i thjeshtë në të ngrohtë. Kjo influencë rezulton aq më e dëmshme sa më e madhe të jetë rezistenca e materialit ndaj thyerjes.

Diagrama e figurës 14 nënvizon efektin e gjendjes sipërfaqësore mbi kufirin e lodhjes për disa klasa çeliqesh.

Fig. 14. Ndikimi i trajtimit termik dhe i kushteve sipërfaqësore mbi limitin e lodhjes në përkulje rrotulluese

Një ndikim negativ shumë të theksuar mbi kufirin e lodhjes jep edhe korrodimi i njëkohshëm me ngarkesën ciklike, për shkak të parregullsive sipërfaqësore që sulmimi kimik shkakton. Në këtë rast flitet për korrodim nga lodhja. Figura 15 paraqet një skemë përmbledhëse të këtyre dukurive, në të janë ndërtuar, për të njëjtin çelik në kushte të ndryshme, kurbat që përfaqësojnë koefiçientin e reduktimit d.m.th raportin në përqindje ndërmjet kufirit efektiv të lodhjes dhe atij teorik (sipërfaqe e lëmuar pasqyrore) në varësi të tensionit të thyerjes (këputjes) Rm.


Fig. 15. Ndikimi i shkallës së ashpërsisë sipërfaqësore mbi kufirin e lodhjes

B) Tensionet mbetës sipërfaqësorNëse sipërfaqja e një organi mekanik shtypet plastikisht dhe pastaj hiqen ngarkesat

vepruese, zona elastike që ndodhet nën atë plastike ruan një pjesë të tensionit shtypës. Këto tensione prodhojnë një përmirësim të dukshëm të sjelljes në lodhje të materialeve metalike, sepse kundërshtojnë efektin e forcës tërheqëse që mund të ushtrohet më pas (fig. 16). Në praktikë këto tensione mund të jenë shkaktuar nga zmerilimi, goditja me sfera të vogla, kalimi nën rrula, ose në rastin e cilindrave për presione të larta me një teknikë të veçantë (autofrettage).

Fig. 16. Mbivendosja e një ngarkese të jashtme në një të mbetur nga shtypja paraprake: a) veprimi i përkuljes; b) veprimi sipërfaqësor mbetës; c) veprimi i përbashët.

Kujtojmë që:- goditja me sfera të vogla, kryhet duke lëshuar me shpejtësi të lartë, me ajër të

kompresuar, ose me anë të forcave centrifugale, sfera të vogla prej çeliku shumë të fortë, ose prej gize të bardhë mbi sipërfaqen e detalit;

- rrullimi, që mund të kryhet vetëm mbi një organ cilindrik, bazohet në shtyerjen mbi sipërfaqen e detalit të tre rrulave prej çeliku shumë të fortë, të vendosur me kënd prej 120O ndërmjet tyre.


Avantazhet që rrjedhin si rezultat i përdorimit të këtyre trajtimeve mund të shprehen si në jetëgjatësinë ashtu edhe në vlerën e kufirit të lodhjes për detalin, për shëmbull, sustat me siprale që i nënshtrohen goditjes me sfera të vogla mund të kenë një jetë 50 herë më të gjatë dhe një kufi të lodhjeje të zmadhuar deri 40%. Në këto raste përmirësimi rrjedh nga rritja e Rm për shkak të përforcimit.

C) Vetitë sipërfaqësoreEdhe kushtet mikrostrukturore të sipërfaqes së materialit mund të ndryshojnë vetitë dhe si

rrjedhim, jetëgjatësinë në lodhje. Në fakt, kushte të tilla mund të rrisin, ose të zvogëlojnë këtë zgjatje në varësi të faktit që krijojnë përkatësisht sipërfaqe të forta, ose të dobëta.

Sh’karbonizmi sipërfaqësor i çeliqeve shkakton një zvogëlim të rrezikshëm të tensionit Rm pikërisht në sipërfaqe, prandaj mund të përbëjë një shkak të thyerjes për lodhje (fig. 17).

Fig. 17. Ndikimi i sh’karbonizimit mbi rezistencen ndaj lodhjes

Meqënese çkarbonizmi ndodh pothuajse gjithmonë për shkak të atmosferave të furrave ngrohës që përdoren në trajtimet termike, në shumë raste përdoren furra me “atmosfere të kontrolluar”, ose në boshllëk. Në këtë mënyrë evitohet, ose të paktën, kufizohet shtresa e çkarbonizuar. Mund të përdoret edhe një furrë me ajër, por duke u kujdesur të jetë lënë një shtresë e mbimetalit që pastaj duhet të hiqet më parë se të vihet në përdorim metali.

1. 5. 2. 4. TENSIONI MESATAR

Diagrama e WOHLER në përgjithësi përcaktohet për një tension mesatar zero. Sjellja në

lodhje nuk varet vetëm nga amplitudë e tensionit veprues alternuar σ a , por edhe nga tensioni i

mesëm σm (që mund të mos jetë zero). Analizojmë atëhere ndikimin e σm mbi lodhjen e materialeve metalike dhe të shohim si plotësohet diagram e WOHLER.

Nëse shënojmë me μ raportin algjebrik ndërmjet tensionit nominal σmin dhe tensionit

maksimal të zbatuar σmaks :


μ=σmin

σmaks=σm−σaσm+σa

Pra μ (raporti i tensionit) mund të marrë vlera nga +1 kur σ a=0 (ngarkesë thjesht

statike) në -1 kur σm=0 (ngarkesë thjesht simetrike).

Nëse digrama e WOHLER vë në boshtin e ordinatave amplitude e tensionit σ a , vendosja

mbi këtë të fundit të tensioneve statike σm që rriten në mënyrë progressive ul kufirin e lodhjes së

një çeliku (fig. 18) derisa e bën këtë vlerë zero në rastin kur σm shkon drejt Rm. Nga kjo rrjedh që raporti i tensionit μ merr vlera parametrike rritëse në drejtim të pjesës së poshtëme me rritjen

e σm dhe shkon drejt vlerës +1 kur σm i afrohet tensionit të thyerjes.

Fig. 18. Ndikimi i tensioneve të mesëm mbi kurbën e WOHLER të një çeliku

Nëse në boshtin e ordinatave vihet tensioni σmaks , diagram e WOHLER parametrike në

μ(oneσm) ndryshon si në figurën 19. Nga vëzhgimi i saj rezulton që μ merr vlera rritëse në

drejtimin e sipërm, prandaj kufiri i lodhjes zvogëlohet me zvogëlimin e μ(oneσm) deri sa merr

një vlerë minimale kur μ=−1. Kjo do të thotë që cikli dinamik më i rrezikshëm për një mekanizëm mekanik që i nënshtrohet lodhjes është ai thjesht simetrik.


Fig. 19. Ndikimi i raportit të tensionit (ose te tensionit) mesatar mbi kurbat e WOHLERKëto koncepte shpjegohen edhe në figurën 20, që njihet si diagram e HAIGH. Në të janë

ndërtuar në shkallë lineare relacionet teorike ndërmjet σ a dhe σm të propozuara nga GOODMAN (drejtëza që kalon në Rm) dhe SODEBER (drejtëza që kalon në RS) për kohëzgjatje

të pacaktuara. Të gjitha këto relacione lejojnë të merret vlera e σ a që duhet mbivendosur për çdo

vlerë σm në mënyrë që të kemi të njëjtën kohëzgjatje në lodhje, prandaj çdo vijë përfaqëson tensioned maksimale të lejuara.

Një diagramë e tillë është shumë e dobishme sepse lidh madhësitë përkatëse të lodhjes (σ a , σmdheN) me madhësitë e rezistencës statike (RS e Rm).

Fig. 20. Diagrama e HAIGH

Akoma më të përdorëshme janë diagramet e tipit të paraqitura në figurën 21, që

ndryshojnë nga ajo e mëparshme për shkak të zëvendësimit të madhësisë σ a me madhësitë σmaks

e σmin me fjalë të tjera ato lejojnë të përcaktohen, në varësi të tensionit të mesëm σm , tensionet maksimale dhe minimale që shkaktonë thyerjen e detalit në shqyrtim pas një kohëzgjatje të parapërcaktuar pren N ciklesh.


Fig. 21. Diagrama e GOODMAN – SMITHNdërtimi i këtyre diagrameve (fig. 21) bëhet në mënyrën që vijon. Duke u nisur nga

origjina e boshteve koordinative hiqet një drejtëz me 450 mbi boshtin e abshisave σm vendoset

një segment OK¿

=Rm dhe ngrihet një vertikale që kalon në K derisa të takojë drejtëzën e hequr

më parë në pikën A. Mbo boshtin e ordinatave shënohen OB__

=OC__

=σa , pastaj bashkohet pika

A me ato B dhe C. Drejtëza AB (që paraqet vlerat e tensionit σmaks ) dhe drejtëza AC (që paraqet

vlerat e tensionit σmin) . Diferenca ndërmjet ordinatave të shënuara mbi dy drejtëzat AB dhe AO, që i përkasin një vlere të çfarëdoshme të abshisave, përfaqëson amplitude maksimale të tensionit σ a që i duhet shtuar sforcimit statik σm .

Sipërfaqja e trekëndëshit ABC përbën pra një sipërfaqe të sigurtë, sepse të gjithë ciklet me skajet e vendosura në brendësi të saj nuk shkaktojnë thyerje, ndërsa ato me skajet jashtë kësaj zone e shkaktojnë atë pak a shumë në mënyrë të shpejtë në varësi të distances së madhe, ose të vogël të këtyre skajeve nga drejtëzat.

Nga ana tjetër, meqënëse nuk është kurrë e leverdisshme të kalohet kufiri i rrjedhshmërisë, ndërpritet diagrama BAC me pjesën DEF, prandaj zona reale e sigurisë rezulton e kufizuar nga poligoni BDEFC.

Një relacion tjetër (i përdorur si hipotezë parashikimi është ai që quhet rregulla e MINER ose teoria e demit përmbledhës) niset nga supozimi që në funksionimin e një mekanizmi mekanik pa arritur në thyerje, pjesa e demit mund të shprehet si raport ndërmjet numrit të cikleve të zbatuar ni dhe atij Ni që, për të njëjtin tension, do të shkaktonte thyerjen e

materialit. Marrim si shembull një tension ciklik (periodic) me vlerë maksimale σ 1 , që ushtrohet mbi një material për një numër n1 të cikleve, më i vogël se numri N1 i cikleve që përbëjnë

jetëgjatësinë maksimale të thyerjes (pika P). Nëse zvogëlojmë deri σ 2 vlerën e tensionit të


ushtruar për të cilën jetëgjatësia në lodhje vlen N2 cikle (pika Q) mund të pritet që kampioni të thyhet pas n2 ciklesh, ku kjo n2 plotëson rregullin e MINER (fig. 22):

n1

N 1

+n2

N2

+. .. . .. .=∑niN i

=1

Fig. 22. Kurba e WOHLER duke u mbështetur në hipotezën MINER1. 5. 2. 5. TEMPERATURA

Shkatërrimi nga lodhja mund të ndodh në çdo T (fig. 23).

Fig. 23. Kurbat e WOHLER per bakrin në temperature të ndryshme

Meqënëse sjellja në lodhje e një mekanizmi metalik varet nga tensioni i thyerjes, i lidhur nga ana e tij me temperaturë, rrjedh që limiti dhe rezistenca në lodhje varen të dyja nga T. Në veçanti, me rritjen e kësaj të fundit zvogëlohet jetëgjatësia e mekanizmit.

Bën përjashtim çeliku me karbon, i cili mbi 100OC ka një rritje të σD dhe si rrjedhim edhe të Rm.

Përkundrazi, me zvogëlimin e temperatures përmirësohet sjellja në lodhje, sidomos në materialet që kanë T më të ulët shkrirjeje.


1. 5. 2. 6. FREKUENCA E NGARKESËS

Në çeliqet dhe në lidhjet e aluminit sjellja në lodhje është praktikisht e pandjeshme ndaj frekuencës së ngacmimit (ngarkesës) deri në 104 cikle/min, gjithmonë nëse kampioni ftohet (në ngjashmëri me atë që ndodh për koefiçientin e shuarjes). Kjo lejon ndjekjen e provave të shpejtuara por të besueshme dhe përcaktimin e kufirit te lodhjes në kohë të ndryshme.

Për frekuenca më të larta sjellja në lodhje përmirësohet (fig. 23), të paktën derisa prova nuk kryhet në T të lartë (pa ftohje të kampioneve).

Fig. 24. Ndikini frekeuencës së ngarkesës mbi kohëzgjatjen në lodhje

LITERATURALOCATI L., La fatica dei materiali metallic, Ed. HOEPLI, Milano, 1950.COLANGELO V.J. e HEISER F.A., Analysis of metallurgical failures, John Wiley & Sons, New

York, 1974.BIGGIERO G., Scienza dei metallic, Ed. Siderea, Roma, 1971.

kapitulli 9 lodhja

Documents