metalne konstrukcije i -...

mrmr..scsc.. Jurko Jurko ZovkiZovkićć

KARAKTERISTIKARAKTERISTIČČNE VELINE VELIČČINE, INE, ISPITIVANJE I DEFINIRANJE ISPITIVANJE I DEFINIRANJE

OSNOVNIH SVOJSTAVA OSNOVNIH SVOJSTAVA ČČELIKAELIKA

METALNE KONSTRUKCIJE IMETALNE KONSTRUKCIJE I

Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava Ispitivanje i definiranje osnovnih svojstava čččelikaelikaelika

MEHANIMEHANIČČKE KARAKTERISTIKE KE KARAKTERISTIKE ČČELIKAELIKA

•• najvanajvažžnije karakteristike nije karakteristike za proraza proraččunun ččelieliččnih konstrukcijanih konstrukcija

•• granica razvlagranica razvlaččenja (enja (ffyy))•• vlavlaččna na ččvrstovrstoćća (a (ffuu))•• izduizdužženjeenje pri lomu (pri lomu (δδ))•• modul elastimodul elastiččnosti (nosti (EE))•• modul modul posmikaposmika ((GG))•• tangentni modul elastitangentni modul elastiččnosti (nosti (EEtt))

••glavne mehaniglavne mehaniččke karakteristike ke karakteristike iz vlaiz vlaččnog ispitivanjanog ispitivanja

•• zajednizajedniččke karakteristike za sve ke karakteristike za sve ččelike:elike:

•• γγ = 7850 [kg/m= 7850 [kg/m33]] zapreminska masa (gustozapreminska masa (gustoćća)a)•• E = 21000 [kN/cmE = 21000 [kN/cm22]] modul elastimodul elastiččnostinosti•• G = E/[2(1+G = E/[2(1+νν)]=8100 [kN/cm)]=8100 [kN/cm22]] modul modul posmikaposmika•• νν = 0.3= 0.3 PoissonovPoissonov brojbroj•• αα = 1.2 x 10= 1.2 x 10--55 [1/[1/ooC]C] koeficijent toplinskog istezanjakoeficijent toplinskog istezanja

2/302/30

ISPITIVANJE SVOJSTAVA ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČČELIKAELIKA

vlavlaččno ispitivanjeno ispitivanje•• vavažžnost nost stanja naprezanjastanja naprezanja materijala materijala •• statistatiččko ispitivanjeko ispitivanje u uvjetima u uvjetima jednoosnogjednoosnog naprezanjanaprezanja•• standardiziranistandardizirani uzorci (epruvete) i procedura ispitivanjauzorci (epruvete) i procedura ispitivanja

•• LL00 –– mjerna dumjerna dužžina epruveteina epruvete•• AoAo –– povrpovrššina suina sužženog dijela presjekaenog dijela presjeka

mmLzaAL

mmLzaAL

o

o

253.11

2565.5

00

00

<⋅=

≥⋅=


h h

L0

Lp

r > 4

d1

d0A0

L0

Lp

r > 4

d1

A0 ab

a2

3/303/30

•• rezultat ispitivanjarezultat ispitivanja σσ--εε dijagramdijagram (iz podataka sila(iz podataka sila--izduizdužženjeenje))•• izduizdužženjeenje::

•• elastielastiččni dioni dio•• plastiplastiččni dioni dio

•• lom lom na suna sužženom dijelu epruveteenom dijelu epruvete

lomlom


ISPITIVANJE SVOJSTAVA ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČČELIKAELIKA4/304/30

KARAKTERISTIKARAKTERISTIČČNE VELINE VELIČČINE INE

elastielastiččnost nost modul elastimodul elastiččnosti nosti poissonovpoissonov brojbrojgranica granica

elastielastiččnostinostiplastiplastiččnostnostgranica granica

popupopušštanjatanja•• gornja gornja •• donjadonja

izduizdužženjeenječčvrstovrstoćća a susužženje pri lomuenje pri lomu


5/305/30 ISPITIVANJE SVOJSTAVA ISPITIVANJE SVOJSTAVA ČČELIKAELIKA

granica elastigranica elastiččnosti nosti ((ffEE))•• naprezanje pri kojem prvi puta nastaje zaostalo naprezanje pri kojem prvi puta nastaje zaostalo izduizdužženjeenje

tehnitehniččka granica elastika granica elastiččnosti nosti ((ff0.010.01))•• naprezanje pri kojem zaostale deformacije iznose 0.01%naprezanje pri kojem zaostale deformacije iznose 0.01%

plastiplastiččnostnost•• podrupodruččje trajne deformacije, nema povratne veze sje trajne deformacije, nema povratne veze s--ee

granica popugranica popušštanja tanja ((ffyy))•• vidljivo plastividljivo plastiččno no izduizdužženjeenje bez povebez poveććanja sile anja sile -- granica plastigranica plastiččnostinosti•• razlikuje se:razlikuje se:

•• gornja granicagornja granica (po(poččetak etak plastifikacijeplastifikacije, nominalna za propise), nominalna za propise)•• donja granicadonja granica (najni(najnižže naprezanje u procesu e naprezanje u procesu plastifikacijeplastifikacije))

podrupodruččje teje teččenjaenja(0.5(0.5--4%)4%)



tehnitehniččka granica popuka granica popušštanjatanja ((ffyy,0.2,0.2))•• dogovorno utvrđena za dogovorno utvrđena za ččelike bez izraelike bez izražžene graniceene granicepopupopušštanja (0.2%)tanja (0.2%)

podrupodruččje oje oččvrvrššććivanjaivanja•• nakon tenakon teččenja potrebno poveenja potrebno poveććati silu za daljnje ati silu za daljnje izduizdužženjeenje

podrupodruččje oje oččvrvrššććivanjaivanja



vlavlaččna na ččvrstovrstoćća a ((ffuu))•• do loma najvedo loma najvećće e nazivnonazivno naprezanjenaprezanje

izduizdužženjeenje ((ddgg))•• ukupno ukupno izduizdužženjeenje do podo poččetka suetka sužženja presjekaenja presjeka

odnosodnos ffyy//ffuu•• zbog ocjenjivanja sposobnosti plastizbog ocjenjivanja sposobnosti plastiččnosti materijala (nosti materijala (ccacca. . 70%,70%, za poboljza poboljššane ane ččelike i do 90%elike i do 90%

susužženje popreenje popreččnog presjekanog presjeka•• pri najvepri najveććem nazivnom naprezanju dolazi do suem nazivnom naprezanju dolazi do sužženja enja poprepopreččnog presjeka, te se nog presjeka, te se šštap produtap produžžuje do vrijednosti uje do vrijednosti ddee

izduizdužženjeenje pri lomupri lomu ((dd))•• iznosi: iznosi:

susužženje pri lomu enje pri lomu ((yy))•• AAuu –– najmanja povrnajmanja površšina popreina popreččnog presjeka na slomljenoj nog presjeka na slomljenoj epruvetiepruveti

ou A

Pf max=

[ ]%1000

0 ⋅−

=+=L

LLeg δδδ

o

uo

AAA −

=ψ




lom klizanjemlom klizanjem –– posmiposmiččni lom ni lom uslijed djelovanja posmičnih naprezanja ––a)a)•• lom odvajanjemlom odvajanjem –– krti materijal krti materijal (normalna naprezanja dosegla prekidnu (kohezijsku) čvrstoću –– b)b)•• mjemješšoviti lomoviti lom -- žžilavi materijal ilavi materijal (prije loma sužavanje uslijed posmičnih naprezanja, u sredini odvajanje uslijed normalnih naprezanja) –– c)c)

žžilavi materijal ilavi materijal

OBLICI LOMOVA EPRUVETEOBLICI LOMOVA EPRUVETE


uouoččiti:iti:

•• nazivno naprezanjenazivno naprezanje::

•• stvarno naprezanjestvarno naprezanje: ; : ; A -- trenutna površina presjeka

• nazivno nazivno izduizdužženjeenje:

• stvarno stvarno izduizdužženjeenje::(cijele epruvete)

• veza:veza: tijekom plastitijekom plastiččne deformacije volumen ostaje ne deformacije volumen ostaje nepromijenjennepromijenjen

odnos između odnos između stvarnog i nazivnogstvarnog i nazivnog naprezanja:naprezanja:

APAP

st

on

=

=

σ

σ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

−=

∫ LL

LdL

LLL

L

Lst

n

0

0

0

ln0

ε

ε

LALAo ⋅=⋅ 0

00 LL

LL

AP

AA

AP

AP

no

sto

ost σσσ =⋅=⇒⋅==



•• uzorci cilindriuzorci cilindriččnog oblika male duljine nog oblika male duljine •• veza stvarnih i nazivnih naprezanja sliveza stvarnih i nazivnih naprezanja sliččna kao kod vlana kao kod vlaččne ne probeprobe•• nemanema neravnomjerne plastineravnomjerne plastiččne deformacijene deformacije•• postoji postoji efekatefekat trenjatrenja na krajevima uzorkana krajevima uzorka


karakteristika materijalakarakteristika materijala

ISPITIVANJE NA TLAKISPITIVANJE NA TLAK


ispitivanje na savijanje, ispitivanje na savijanje, posmikposmik i torzijui torziju•• rijetko se izvode i nemaju verijetko se izvode i nemaju većće praktie praktiččno znano značčenjeenje

ispitivanje tvrdoispitivanje tvrdoćće e ččelikaelika•• mjera otpora deformacijimjera otpora deformaciji pri utiskivanju tvrđeg predmeta u pri utiskivanju tvrđeg predmeta u povrpovrššinuinu•• vrijednost tvrdovrijednost tvrdoćće kao e kao odnos sile odnos sile utiskivautiskivaččaa i povri površšine utiskaine utiska•• mogumogućća a korelacija tvrdokorelacija tvrdoćće i e i ččvrstovrstoććee materijala (empirijski !)materijala (empirijski !)•• metode ispitivanja:metode ispitivanja:

•• BrinellovaBrinellova –– a)a)•• VickersovaVickersova –– b)b)•• RockwellovaRockwellova ––c)c)

[ ]MPadDD

PHB22

2−⋅

=π

[ ]MPadPHV 2185.0=



•• brzo nanobrzo nanoššenje optereenje optereććenja enja –– otpornost na dinamiotpornost na dinamiččka ka optereoptereććenjaenja•• ocjena ocjena žžilavosti materijala (opasnost od ilavosti materijala (opasnost od krtog lomakrtog loma))•• žžilaviilavi materijali materijali -- s povrs površšinski centriranom mreinski centriranom mrežžicom (Al, icom (Al, CuCu))•• ScharpyScharpy--jevajeva metoda s udarnim metoda s udarnim ččekiekiććem i standardnom em i standardnom epruvetomepruvetom•• mjeramjera udarne udarne žžilavosti ilavosti –– udarni rad udarni rad (A) za za lom epruvetelom epruvete

[ ]2/ cmJAA

o

=ϕ

Ao –– površina presjeka epruvete na

mjestu zareza


ISPITIVANJE UDARNE ISPITIVANJE UDARNE ŽŽILAVOSTI ILAVOSTI ČČELIKAELIKA



•• udarni bat (m=20kgm=20kg) s visine H, poslije prekida epruvete visina h:

•• udarna udarna žžilavost ovisi o ilavost ovisi o temperaturi temperaturi (ostali se utjecajni faktori pri pokusu drže konstantnim)

••ninižža temperatura a temperatura –– mala mala žžilavostilavost

( )hHGA −=

tema: tema: ŽŽILAVOST I KRTOSTILAVOST I KRTOST


•• dodatnadodatna ocjena mehaniocjena mehaniččkih i tehnolokih i tehnološških svojstava kih svojstava ččelikaelika•• makrografskamakrografska (uve(uveććanje do 20:1) i anje do 20:1) i mikrografskamikrografska ispitivanja ispitivanja (50(50--3000:1)3000:1)•• uzorci se izbruse, uzorci se izbruse, ispolirajuispoliraju i nagrizu otopinom kiseline ( i nagrizu otopinom kiseline ( sumporna i sumporna i slsl.).)•• otkrivanje otkrivanje pukotina, plinskih mjehuripukotina, plinskih mjehurićća, nemetalnih primjesa, a, nemetalnih primjesa, veliveliččina i oblik zrna, debljine pojedinih slojeva pri termiina i oblik zrna, debljine pojedinih slojeva pri termiččkoj koj obradiobradi i i slsl..•• predviđanje mehani predviđanje mehaniččkih i drugih svojstava, kih i drugih svojstava, pogodnostipogodnosti za za primjenu razliprimjenu različčitih mehaniitih mehaniččkih i termikih i termiččkih obrada i kih obrada i slsl..


princip rada princip rada metalografskogmetalografskog mikroskopamikroskopa

METALOGRAFSKA ISPITIVANJA METALOGRAFSKA ISPITIVANJA ČČELIKAELIKA



SVOJSTVA SVOJSTVA ČČELIKA PRI POVIELIKA PRI POVIŠŠENIM TEMPERATURAMAENIM TEMPERATURAMA

OSTALA KARAKTERISTIOSTALA KARAKTERISTIČČNA SVOJSTVA NA SVOJSTVA ČČELIKAELIKA

•• ttemperaturni koeficijentemperaturni koeficijent::• na sobnoj temperaturi αtt == 0.0000117 cm/cm/oC• na povišenim temperaturama do 600 oC αt = (11.0+0.0034t) 10-6; (t u oC)

00

0.2

0.4

0.6

0.80.83

1.0

200 400 600 800 1000temperatura Co

EE

t

o

•• mmodul elastiodul elastiččnostinosti::

• smanjuje sesmanjuje se kod povišenih temperatura

• na 800 800 ooCC iznosi cca. 83%83% početnog

16/3016/30


• ččvrstovrstoćća i granica razvlaa i granica razvlaččenjaenja• kod 500500 oC čvrstoća padne ccacca. . 50%50%•• iznad 600 600 oC se smatra da ččelik vielik višše ne nosie ne nosi

SVOJSTVA SVOJSTVA ČČELIKA PRI POVIELIKA PRI POVIŠŠENIM TEMPERATURAMAENIM TEMPERATURAMA

17/3017/30 OSTALA KARAKTERISTIOSTALA KARAKTERISTIČČNA SVOJSTVANA SVOJSTVA


• ppuzanje uzanje ččelika elika • ponašanje čelika pod dugotrajnimdugotrajnim opterećenjem• pri povišenoj temperaturi konstrukcija se ugrijeugrije pa onda optereti

ε ε

t t

normalna temperaturapovišena temperatura

vrijeme

defo

rmac

ija

defo

rmac

ija

vrijeme

A

B

C

D lom

zona 3zona 2

sužavanje presjeka

zona 1

• zona 1zona 1: nelinearna deformacija, ovisno o naprezanju i temperaturi• zona 2zona 2: faza jednolikog puzanja• zona 3zona 3: ubrzano povećanje deformacija i lom



•• brzo provedeno opterebrzo provedeno optereććenje i rastereenje i rastereććenjeenje•• pri ponovljenim opterepri ponovljenim optereććenjima i rastereenjima i rastereććenjima nema enjima nema promjene vanjske konture dijagrama spromjene vanjske konture dijagrama s--ee•• unutarnje unutarnje prigupriguššenjeenje –– energiju materijal pretvara u toplinuenergiju materijal pretvara u toplinu

unutarnje unutarnje prigupriguššenjeenje

UTJECAJ HLADNE OBRADE NA UTJECAJ HLADNE OBRADE NA ČČELIKELIK



•• starenje starenje ččelikaelika•• rastererastereććenje enje uzorka i mirovanje na sobnoj temperaturi i mirovanje na sobnoj temperaturi (nekoliko dana)•• ponovno optereponovno optereććenje enje –– povepoveććana ana ččvrstovrstoćća, smanjenje a, smanjenje deformabilnostideformabilnosti•• prirodnoprirodno (sobna temperatura) i (sobna temperatura) i umjetno starenjeumjetno starenje (povi(poviššena ena temperatura)temperatura)

•• ponavljanjem postupka ponavljanjem postupka ––potpuni gubitak potpuni gubitak deformabilnostideformabilnosti –– šštetna tetna pojava!pojava!•• povepoveććanje nosivostianje nosivosti ččelieliččnih nih žžica, vijaka, armature ica, vijaka, armature (uz razumno smanjenje svojstva plastičnosti)



•• BauschingerovBauschingerov efektefekt•• BauschingerBauschinger, 1886.g. , 1886.g. •• naizmjeninaizmjeniččnono naprezanje vlakom (u podrunaprezanje vlakom (u područčju velikih ju velikih izduizdužženjaenja), rastere), rastereććenje te tlaenje te tlaččenje enje •• slijedeslijedećći ciklusi opterei ciklusi optereććenja slijede put drugog ciklusaenja slijede put drugog ciklusa•• uouoččiti: iti: EE1 1 < E< E•• granica gnjegranica gnječčenja nienja nižžaa od granice teod granice teččenjaenja

granica popugranica popušštanjatanja

granica gnjegranica gnječčenjaenja

σ

ε

Vlak

Tlak

E E

1.ciklus

1.ciklus

2.ciklus1 2



•• naponski vrhovi naponski vrhovi u zoni zareza u zoni zareza ( dA—> 0 )•• ovisno o obliku zarezaovisno o obliku zareza

•• lokalno telokalno teččenjeenje(1)•• prostorno stanje naprezanja prostorno stanje naprezanja –– sprijespriječčeno teeno teččenjeenje (4)

lokalno telokalno teččenjeenje

LOKALNI UTJECAJI (ZAREZI)LOKALNI UTJECAJI (ZAREZI)



statistatiččka trajna ka trajna ččvrstovrstoććaa ((ffuu))•• najveća sila pri kojoj još ne dolazi do ne dolazi do izduizdužženjaenja uzorka

• podrupodruččje 1je 1: pri zaustavljanju prirasta sile deformacija ostaje deformacija ostaje nepromijenjenanepromijenjena

• podrupodruččje 2je 2: nekontrolirani rast nekontrolirani rast deformacijedeformacije i pri zaustavljanju prirasta sile



•• vrijeme nanovrijeme nanoššenja optereenja optereććenja teenja težži nuli (i nuli (udaracudarac))•• povepoveććanje anje ččvrstovrstoćće i granice popue i granice popušštanja, tanja, pad pad izduizdužženjaenja pri pri lomulomu

krti lomkrti lom

•• opasnost od pojave opasnost od pojave krtog lomakrtog lomapri brzom prirastupri brzom prirastu

BRZINA PRIRASTA OPTEREBRZINA PRIRASTA OPTEREĆĆENJAENJA


SMANJENJE NOSIVOSTI SMANJENJE NOSIVOSTI ČČELIKAELIKAkrti lomkrti lom

•• lom bez plastilom bez plastiččne deformacije (ne deformacije (ffyy==ffuu))•• element opelement opććenito joenito jošš u u ““elastielastiččnomnom”” podrupodruččju (prosjeju (prosječčna naprezanja)na naprezanja)•• gubitak svojstva plastigubitak svojstva plastiččnosti uslijed:nosti uslijed:

• metalurmetaluršških razlogakih razloga (rezanje, zavarivanje, i sl. - promjene u strukturi)• eksploatacijskih razlogaeksploatacijskih razloga :

• prostorno stanje naprezanjaprostorno stanje naprezanja (RR)• niska temperaturaniska temperatura (TT)• brzina prirasta naprezanjabrzina prirasta naprezanja (VV)

ffyy==ffuu


0

500

1000

σ (N/mm )2

-200 -150 -100 -50 0temperatura Co

glatki štapštap sa zarezom

fy

fy

fufu

25/3025/30

vrlo opasne vrlo opasne gregrešške u ke u strukturi strukturi materijalamaterijala

•• lokalne grelokalne grešške u materijalu ke u materijalu –– zarezizarezi•• uzrokuju lokalne uzrokuju lokalne koncentracije naprezanjakoncentracije naprezanja•• promjene presjeka, grepromjene presjeka, grešške pri zavarivanju, oke pri zavarivanju, oššteteććenja pri enja pri obradiobradi

•• osiguranjeosiguranje od pojave krtog loma kroz od pojave krtog loma kroz IZBOR OSNOVNOG MATERIJALAIZBOR OSNOVNOG MATERIJALA

26/3026/30 SMANJENJE NOSIVOSTI SMANJENJE NOSIVOSTI ČČELIKAELIKA


umaranje materijalaumaranje materijala•• do loma elementa dolazi do loma elementa dolazi ispod ispod tzvtzv. stati. statiččke ke ččvrstovrstoććee ako je ako je izloizložžen en uuččestaloj promjeni naprezanjaestaloj promjeni naprezanja dovoljan broj puta (pad dovoljan broj puta (pad ččvrstovrstoćće!)e!)

•• do odo oššteteććenja dolazi uslijed enja dolazi uslijed šširenja pukotineirenja pukotine uzrokovanog uzrokovanog uuččestalom promjenom optereestalom promjenom optereććenjaenja

•• lokalne lokalne alternativne alternativne plastifikacijeplastifikacije materijala pri materijala pri koncentracijamakoncentracijama

tema: UMARANJE MATERIJALAtema: UMARANJE MATERIJALA



•• WWööhlerovahlerova linija linija •• karakteristikarakterističčna podruna područčja:ja:

σ

N

niskociklični umor

umaranje nema utjecaja

visokociklični umor

prijelaznopodručje

trajna čvrstoćana umor (bez loma)



lamelarnolamelarno kidanjekidanje•• kod kod valjanih proizvodavaljanih proizvoda optereoptereććenih okomito na ravninu enih okomito na ravninu valjanjavaljanja•• najnajččeeššćće se javlja kod e se javlja kod zavarenih konstrukcijazavarenih konstrukcija•• posljedica posljedica pukotinapukotina koje se javljaju ispod zone utjecaja koje se javljaju ispod zone utjecaja toplinetopline

nastanak kidanjanastanak kidanja

smjer valjanjaσ

σdekohezije zbognečistoća

otvaranje i povezivanje pukotina



smanjenje opasnosti smanjenje opasnosti •• izborom materijalaizborom materijala•• pravilnim oblikovanjem detaljapravilnim oblikovanjem detalja

pukotine

pukotine

Detalji osjetljivi nalamelarno kidanje Poboljšano rješenje detalja


metalne konstrukcije i -...

Documents