ČVRSTOĆA

1. ČVRSTOĆA 7. EKSPERIMENTALNI REZULTATI STATIČKOG RASTEZANJA ŠTAPOVA

2. EKSPERIMENTALNI REZULTATI Ispitivanje mehaničkih svojstava različitih materijala pri statičkom rastezanju vrši se u laboratoriju za ispitivanje mehaničkih svojstava materijala na kidalicama.

3. EKSPERIMENTALNI REZULTATI • Slika prikazuje je takav dijagram rastezanja za meki čelik. Karakteristične točke u dijagramu označene su O, A, B, C i D. • Točka O odgovara početku rastezanja. Na odsječku OA postoji linearna zavisnost sile P od produljenja Δl. • Točka A je granica proporcionalnosti. Naprezanje u epruveti, u tom trenutku, zove se granica proporcionalnosti, a određeno je relacijom • Deformacije epruvete u tom području veoma su male i mogu se ustanoviti samo s pomoću specijalnih instrumenata (ekstenzometri).

4. EKSPERIMENTALNI REZULTATI Točka B leži na liniji približno paralelnoj s osi produljenja Δl. Taj odsječak krivulje karakterizira stanje materijala kada produljenje raste a da se ne povećava sila P inastaje razvlačenje (popuštanje) materijala. Hookeov zakon više ne vrijedi. Pri tom se na vanjskoj površini epruvete, a posebno ako je prethodno ispolirana, mogu golim okom zamijetiti kose linije, što su zapravo sitne pukotine. To su Luedersove linije. One su obično nagnute pod kutom nešto većim od 45° prema uzdužnoj osi štapa. Njihova se pojava objašnjava kao posljedica plastičnih deformacija, čiji uzrok uglavnom leži u tangencijalnim naprezanjima.

6. EKSPERIMENTALNI REZULTATI Ako veličinu PR, pri kojoj nastaje razvlačenje materijala, podijelimo prvobitnom površinom presjeka epruvete F, dobivamo naprezanje koje nazivamo granica razvlačenja (limit of yield, yield stress)

7. EKSPERIMENTALNI REZULTATI • Pri daljnjem opterećenju materijal se ponovo opire djelovanju sile P i dijagram rastezanja dobiva oblik krivulje, čiji se maksimum nalazi u točki C. Pri tom maksimalnom opterećenju pojavljuju se prvi uočljivi znakovi raskida epruvete u obliku lokalnog suženja (grla) epruvete koje pri daljnjem rastezanju postiže svoju graničnu veličinu i nastupa raskid epruvete po najmanjem presjeku FK (točka D). • U tome trenutku epruveta ima ukupno produljenje Δltot, koje se nakon raskida ponešto smanji, jer u razdvojenim dijelovima epruvete nestaju elastične deformacije. Permanentno produljenje Δlper, koje se izmjeri nakon raskida, naziva se apsolutno produljenje pri raskidu, a odnos • zove se relativno produljenje pri raskidu.

8. EKSPERIMENTALNI REZULTATI Označimo li sa PLnajveću vrijednost opterećenja koje epruveta može izdržati, a sa Pkveličinu sile P u trenutku raskida, onda se naprezanje, naziva prelomno naprezanjena vlak ili granica čvrstoće pri rastezanju, ili zatezna čvrstoćadok se naprezanje, • naziva čvrstoća pri raskidu.

9. EKSPERIMENTALNI REZULTATI Pri relativnom uspoređivanju svojstava različitih materijala treba isključiti iz razmatranja apsolutne dimenzije epruvete. Zato se dijagram rastezanja, koji se dobiva na kidalici, transformira u odgovarajući σ= f(ε), u koordinatama: pri čemu taj novi dijagram ima isti oblik ali je prikazan u drugom mjerilu.

10. Ako ordinate dijagrama rastezanja podijelimo površinom presjeka koja odgovara trenutku ispitivanja, dobit ćemo dijagram stvarnih naprezanja.Takav je dijagram prikazan na slici crtkanom linijom s maksimalnom ordinatom k u trenutku raskida. On pokazuje intenzivniji porast deformacija u blizini "grla" epruvete.

11. EKSPERIMENTALNI REZULTATI S obzirom na relativno produljenje pri raskidu, materijali se dijele na plastične i krhke. Za prve se obično uzima da relativno produljenje iznosi > 5%, a za druge < 5%. U plastične materijale ubraja se meki čelik, bakar itd., a u krhke kaljen čelik, lijevano željezo, kamen, beton i sl.

12. EKSPERIMENTALNI REZULTATI • Na slici prikazani su dijagrami rastezanja različitih materijala, koji karakteriziraju njihova mehanička svojstva. • 1 krivulja za meki čelik, • 2 krivulja za tvrdi ugljični čelik, • 3 krivulja za legirani čelik i • 4 krivulja za bronzu. • Iz dijagrama se vidi da tvrdi ugljični čelik ima visoko prelomno naprezanjepri malom relativnom produljenju i slabo izraženoj granici razvlačenja;legirani čelik ima veliko relativno produljenje pri dovoljno visokom prelomnom naprezanju, dok granica razvlačenja uopće ne postoji; bronza pak ima veliko relativno produljenje pri malom prelomnom naprezanju.

13. PUZANJE MATERIJALA Označimo sa ε0 deformaciju epruvete zbog samog opterećenja i nazovimo je početnom deformacijom. Promjena početne deformacije uslijed trajnog djelovanja konstantnog opterećenja zove se efekt naknadnog djelovanja. Pri dovoljno visokoj temperaturi (koja je različita za različite materijale) to naknadno djelovanje igra važnu ulogu. Za čelik i lijevano željezo ta temperatura iznosi oko 300°C, dok se npr. kod obojenih metala (cink, aluminij) efekt naknadnog djelovanja može primijetiti već na normalnoj temperaturi (oko 20°C).

14. PUZANJE MATERIJALA

15. PUZANJE MATERIJALA Veliko praktičko značenje ima neelastični efekt naknadnog djelovanja, koji se naziva puzanje, jer se pri tome mogu pojaviti plastične deformacije, koje znadu postići vrijednosti nedopuštene za normalno funkcioniranje promatranog elementa stroja. Ovdje valja istaknuti da se puzanje može pojaviti kako pri elastično-plastičnoj, tako i pri elastičnoj početnoj deformaciji ε0.

16. PUZANJE MATERIJALA • U uskoj svezi s pojavom puzanja jest pojam trajne čvrstoće elementa stroja odnosno konstrukcije. • Mnogi elementi strojeva ili konstrukcija rade na visokoj temperaturi (cjevovodi za paru, lopatice turbina razni elementi postrojenja kemijske industrije). • Zahtjev trajne čvrstoće takvih elemenata nalaže konstruktoru da deformacija elementa za sve vrijeme njegove upotrebe ne smije premašiti vrijednosti predviđene za njegovu normalnu eksploataciju (npr. = 0,002 za 10 000 radnih sati).

17. RELAKSACIJA Relaksacija. Ako rastegnutu epruvetu poslije završenog procesa opterećenja učvrstimo tako da dobivena početna deformacija ε0 ostane nepromijenjena, utjecaj povišene temperature i vremena manifestirat će se u smanjenju naprezanja u epruveti. Ta se pojava naziva relaksacija, a objašnjava se time što se elastična deformacija, koju je epruveta dobila pri opterećenju, postepeno pretvara u plastičnu deformaciju.