Anizotropií se rozumí nestejnoměrnost vlastností v různých směrech souřadného systému

1) Žák

-

TVÁŘENÍ

1) Definujte pojem hlubokotažnosti plechu. Ztráta stability. Hlubokotažnost plechu= Schopnost hlubokého tažení plechů (zvláště ocelových), například k výrobě tažených předmětů, nádob, obalů a karosérií. Ztráta stability: 1. ztráta stability dle Tomlenova – vznik kluz. čar na povrchu výrobku (Ludersovy-Černovovy čáry) -u materiálu s tvz. výraznou mezí kluzu 2. ztráta stability vlivem vln v přírubě 3. vznik místního zeslabení nebo trhlin (v koutech, při tažení) -hodnotí se kvalitativně, vizuálně nebo kvantitativně 2) Kritéria hodnocení hlubokotažných plechů ( z tahové zkoušky) hloubka prohlubně- míra vhodnosti plechu pro zhotovování výrobku tažením směr trhliny a tvar trhliny -po vrstevnicích-dobře tvářitelný materiál -napříč vrchlíku-materiál nevhodný ke tváření

Anizotropií se rozumí nestejnoměrnost vlastností v různých směrech souřadného systému. 2) Plošná anizotropie – zkoušení, hodnocení -zjistíme ji u zkoušky: tahové, ohybové, kalíškovací, vytrhávací, zkouška magnetického momentu, zkoušky vrubové houževnatosti, 4) Normálová anizotropie a její význam -Normálová anizotropie se kvantitativně určuje bezrozměrným směrovým součinitelem plastické anizotropie (normálové anizotropie): Rozhodující vliv na anizotropii má textura, definovaná jako pravidelné geometrické a krystalografické uspořádání struktury -význam má pro určení textury materiálu 5) Exponent zpevnění a jeho využití pro tváření plošného materiálu -vyjadřuje intenzitu zpevňování materiálu při deformaci za studena -vychází z tahové zkoušky -přesně určuje 10% a 20% deformaci a nebo jiné deformace 6) Metodiky měření a hodnocení exponentu zpevnění měření n metodik dvoubodovou -přerušováná tahová zkouška měření v přerušení -méně přesná metoda plné křivky -přerušovaná tahová zkouška ale odečtu je tam více -časově náročná, ale zpřesňuje metodu výše uvedenou matematická metoda -rychlejší cesta -metoda nejmenších čtverců, ale musíme zde vložit okrajové podmínky (nepřesnosti) použití odstupňované tyčinky -při jednom zatížení zpracováváme dva průřezy naráz 7) Napodobující zkoušky – technologické zkouška podle Erichsena-normalizovaná dle ČSN 42 0446 -cílem je posoudit hlubokotažnou -rychlost vtlačení je 20-25 m/min -vtlačuje se do vzniku trhliny a mírou je výška vrchlíku která se odečítá z měřidla -tvar trhliny- po vrstevnici(dobře tvářený materiál), napříč vrchlíku(nevhodný materiál ke tváření) zkouška podle Gross-Engelhart -popisuje hlubokotažnou síly podle bodu zvratu a síly po přetržení -zkouší se jeden výtažek

1

kalíškovací zkouška -na klasickém přístroji táhneme postřižek -závislost síly na log. přetvoření přístřihu=součinitel tažení -jednoduchá zkouška fukuiho zkouška -táhne se materiál do kuželové tažnice do porušení materiálu -eliminace vlivu tření a ohybu na třecích hranách -čím nižší hodnota, tím je materiál vhodnější pro tažení zkouška dvouosým tahem -materiál se vytlačuje tahem kapaliny -vyboulování plechu kapalinou až do vzniku trhliny měřítkem je max. log. přetvoření zkouška obýbatelnosti, lámavosti, dvojitým ohybem, střídavým ohybem, podle Gutha

8) Využití plasticity materiálu - Keeler-Goodwinovy diagramy mezních tvařitelností plasticita materiálu -vychází z tahové zkoušky -parametr , který vykládá o chování materiálu -určuje množství práce potřebné pro plastickou deformaci zkušební tyčky tahové zkoušky -vykazuje vnitřní anizotropii Keeler-Goodwin diagram-přeměna plechu do prostoru tělesa probíhá za podm. většinou dvouosé popř. jednoosé napjatosti trnu, pro udržení soudržnosti mají význam kombinace dvouosý tah, a nebo kombinace tahový-tlakový postup vytváření diagramu -na výchozí plech se nanese def. síť -vytažení součástky -každá hodnota se vynese do souřadnic -změna deformace lze vyjádřit lineárně -hlavní parametr je exponent zpevnění a součinitel plast. deformace -proces probíhá za lokálního nestabilního stavu a difuzního nestabilního stavu -tlakovou část vystihuje lokální stav a tahovou lépe difuzní 9) Metoda sítí -před tvářením se na zkoušenou součástku nanese deformační síť(kružnicová def. síť). Nanést se může rytím, sítotiskem, ražením nebo elektrochemicky. -průměr a hustotu sítě volíme dle potřeby -po proběhnutí tvářecí operace se síť zdeformuje a vyhodnotíme: -zapíšeme materiál, exponent zpevnění a průměr kružnic před zkouškou -proměříme osy vzniklé elipsy -vyhodnotíme skutečné deformace -intenzitu deformace -poměrné prodloužení

2

2, NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ MATERIÁLU 1) Rozdělení metod NDT hlediska schopnosti detekce různých typů vad ( vnitřní vady, povrchové vady)

2) Jaký je rozdíl mezi barevnou a fluorescenční kapilární metodou, postup zkoušení kapilární metodou? metody barevné indikace - necelistvosti se projeví vznikem barevné indikace, která kontrastuje s jejím okolím (obvykle bílým). Hodnotí se při denním nebo umělém světle. metody fluorescenční - vada se projeví tak, že při ozáření ultrafialovým světlem zeleně nebo žlutozeleně fluoreskuje a tím světelně kontrastuje s tmavým okolím vady. Hodnocení se provádí v tzv. černém světle (UV) . postup zkoušení kapilární metodou 1) příprava povrchu - mechanické očištění, odmaštění a osušení 2) nanesení penetrantu (detekční kapaliny)na zkoušený povrch natíráním, Čatěji nástřikem, event. u malých součástí ponorem.Teplota při nanášení se má pohybovat v rozmezí + 5 až 50°C. Doba působení penetrantu, tzv. penetrační čas je minimálně 5 až 15 minut 3) odstranění přebytku penetrantu - smytelné (emulgační a postemulgační) oplachem vodou, příp. otřením vlhkou houbou. U nesmytelných se nejprve přebytek setře sajícím textilem, nepouštějícím vlákno, a poté se použije čistič a osuší čistou textilní látkou. Je nutné zabránit vymytí detekční kapaliny z necelistvosti. 4) vyvolání indikace - nanesením vývojky (suché - naprašováním, mokré - natíráním, nástřikem, ponorem). Na bílé vyvolávací vrstvě se objeví po určité době (v závislosti na velikosti necelistvosti) barevná nebo fluorescenční indikace (podle druhu použitého penetrantu) 5) vyhodnocení - provádí se vizuální pouhým okem nebo pomocí lupy a to ihned po nanesení vývojky, kdy se projeví indikace vad větších rozměrů, zatímco projevení indikací jemnějších vad trvá delší dobu, přibližně do 10 minut - barevné indikace se vyhodnocují při rozptýleném bílém světle intenzity nejméně 500 luxů - při fluorescenční metodě se pracuje v zateměné místnosti při černém světle ultrafialové lampy (l=320až400nm) 3) Princip magnetické metody práškové, co je to magnetický rozptyl, náčrt? Metoda je založena na skutečnosti, že ve zmagnetovaném feromagnetickém materiálu se v místě necelistvosti (nebo náhlé změny magnetických vlastností) zvýší magnetický odpor, který způsobí deformaci magnetického pole označovanou jako rozptyl

Rozptylem se rozumí ta část magnetického toku, která probíhá mimo předpokládanou dráhu, např. u povrchové vady vystoupí z magnetovaného předmětu nad jeho povrch do vzduchu, vlivem magnetické vodivosti vzduchu vadu překlene a za vadou se opět šíří předmětem dále. Tohoto jevu se pak využívá ke zjištění vady

3

4) Pólová magnetizace – schéma zkoušení, jaké vady může detekovat?

Stejnosměrná magnetizace principiálně umožňuje obsáhnout i podpovrchové objemové vady (až do cca 5 - 10 mm). Magnetizace střídavým polem reaguje jen na povrchové vady, nebo mírně podpovrchové vady (do asi 2 mm).

5) Proudová magnetizace – schéma zkoušení, jaké vady můžeme detekovat? Předmět se magnetuje přičně, takže jsou zjistitelné podélné necelistvosti jak na vnějším, tak i na vnitřním povrchu. Lze detekovat i radiální necelistvosti v okolí dutin (např. na čele trubky). 6) Metoda vířivých proudů – princip zkoušky, kdy se používá varianta s průchozí cívkou a kdy s příložnou cívkou, jaký je rozdíl? Princip metody: Ve vzorku, který má elektrickou vodivost g, permeabilitu m a určité rozměry se po jeho vložení do střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy, které svými magnetickými účinky působí zpětně na pole původní budicí. Vzniklá magnetická pole (od magnetizační cívky a od vířivých proudů indukovaných ve vzorku) se vektorově skládají. U principu s průchozí cívkou obepínal cívkový systém kontrolované těleso a údaj metody odpovídal průměrné hodnotě z povrchové vrstvy celého obvodu tělesa. Naproti tomu u snímače typu příložné cívky je oblast jeho působení podstatně omezenější, srovnatelná svými rozměry s rozměry cívkového snímače. Hlavní oblastí aplikace metody s průchozí cívkou je zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průřezu, trubky, dráty). 7) Zkoušky ultrazvukem – co je to první kritický úhel? Nechť úhel dopadu podélné vlny aL1 roste od kolmice. V obou prostředích jsou oba druhy vln. Je však vidět, že úhel lomené vlny aL2 se blíží rychleji k rozhraní (aL2 -> 90°) než úhel aL1. Při úhlu dopadu

nastane první kritický úhel a(L1)1, kdy: zanikne v prostředí 2 (ocel) podélná vlna L2. Prostředím 2 se bude šířit pouze příčná vlna. Při dosažení prvního kritického úhlu bude

4

8) Zkoušky ultrazvukem – jaké typy sond pro zkoušení používáme, z čeho se UT sonda skládá?

9) Princip metody prozařovací, zdroje a druhy záření používaného v NDT? Svazek ionizujícího záření vycházejícího ze zdroje záření prochází zkoušeným objektem, kde dochází k interakci záření s materiálem objektu. Svazek ionizujícího záření se stává nositelem požadované informace o objektu, kde mírou informace je lokální změna hustoty toku částic ve svazku resp. změna energie částic. Svazek ionizujícího záření je potom detekován záznamovým prostředkem. Rentgenové záření vzniká ve speciálních elektronkách, zvaných rentgenky. Wolframové vlákno na katodě rentgenky je žhaveno elektrickým proudem. To má za následek emisi volných a slabě vázaných elektronů z kovu vlákna do vyčerpaného prostoru rentgeny. Vloží-li se mezi katodu a anodu potenciální spád U, budou elektrony urychlovány směrem k anodě, kde dojde k interakci urychlených elektronů s hmotou anody. 10) Jak je na rentgenogramu zobrazena vada typu bubliny, proč (reliéf intenzity)? Ze zeslabovacího zákona vyplývá, že různé tloušťky prozářených objektů, ale také různé materiály, budou zeslabovat záření prošlé snímkovaným předmětem a budou vytvářet jeho energeticky nehomogenní svazek, tzv. reliéf intenzity, který je registrován expozicí filmu nebo jiným záznamem.

3) MATERIALOGRAFIE 5

1. Popište rozdíly mezi normálním a převráceným uspořádáním světelných mikroskopů, uveďte výhody a nevýhody.

normální uspořádání + levnější + menší ztráty světla - ustavení vzorku

převrácené uspořádání - dražší - ztráty světla

normální uspořádání

převrácené uspořádání

2. Vyjmenujte a popište základní vady čoček. Chromatická vada – barevné složky světla nemají společné ohnisko = špatná ostrost okuláry Sférická vada – paprsky dál od osy se lámou víc než ty, které jsou poblíž osy port pro připojení kamery

Astigmatismus – projeví se při zobrazení mimosového bodu tím, že zobrazovací svazek namísto aby byl centrický má eliptický průřez filtry Sklenutí obrazového pole - zakřivení 3. Vysvětlete a definujte tyto pojmy: Zvětšení, rozlišovací schopnost a hloubka ostrosti. Zvětšení – dělíme na celkové, užitečné a prázdné 1) celkové

Zvcelkové  Zvokuláru  Zvobjektivu Zu 

2) užitečné

rozlišovací schopnost lidského oka

d1  (500  1000)  A d

numerická apertura objektivu

rozlišovací schopnost objektivu

Rozlišitelnost d – mez rozlišitelnosti, je definována jako vzdálenost dvou bodů, které jsou při pozorování mikroskopem od sebe jasně rozlišitelné - pro světlé pole

d

- pro tmavé pole

d



A

kde λ je vlnová délka světla použitého při osvětlení

 2A

A  n  sin 

kde n je index lomu prostředí mezi objektivem a pozorovaným

předmětem

6

a α je polovina otvorového úhlu objektivu

n

c v

n je veličina daná poměrem rychlosti světla ve vakuu a rychlosti světla

v daném prostředí. například index lomu imerzního oleje n = 1,52

Hloubka ostrosti – schopnost zobrazit předměty ležící mezi dvěma rovinami

H

d tg

4. Vyjmenujte základní kroky při přípravě metalografického vzorku a popište je. - volba místa odběru vzorku - odběr vzorku ( nesmí dojít k ovlivnění vrstvy materiálu – tepelné, deformační) - preparace vzorku: I. zalévání: a) zalévání za tepla ( rychle hotové + dokonalá rovina – cena) b) zalévání za studena c) vakuová impregnace II. broušení III. leštění a) mechanické ( diamantové) leštění b) mechanicko-chemické leštění c) elektrolytické leštění d) chemické leštění IV. leptání

a) chemické leptání - na mikrostrukturu (leptání na hranice zrn, plošné leptání, selektivní leptání) - na makrostrukturu b) elektrolytické leptání c) tepelné ptání d) iontové odpracování,

- analýza struktury 5. Co je to barevný kontrast a proč se používá v materialografii. Rozdělte používané metody. zlepšuje nám vlastnosti při sledování vzorku dělíme na:

- přirozený - vyvolaný

- způsob osvětlení - úpravou povrchu

- polarizované světlo - diferenciální interferenční kontrast - barevné leptání - napařené interferenční vrstvy

diferenciální interferenční kontrast je založen na štěpení světelného paprsku na více paprsků, které se po určité dráze spojují dohromady. 6. Na jaké skutečnosti je založen diferenciální interferenční kontrast (Nomarski). Diferenciální interferenční kontrast je metoda založená na štěpení světelného paprsku na více paprsků, které se po určité dráze opět spojují dohromady a vzájemně interferují. Při interferenci vzniká barevný kontrast tzv. pseudobarvy. Povrch se tím barevně rozlišuje. Každá barva znamená výškový rozdíl. 7. Popište metody vyvolaného barevného kontrastu úpravou povrchu vzorků. napařené interferenční vrstvy: povlaky musí mít vhodný index lomu (ZnS) barevné leptání: reakce mezi povrchem metalografického vorku a barevného leptadla vzniká transparentní film, který má funkci interferenčního povlaku, když je vzorek pokrytý transparentním filmem, vznikají interference světla. V důsledku rozdělení odraženého světla na složky odražené na rozhraní vrstvy vzduch – vrstva a na rozhraní kov vrstva

7

Schéma interference paprsků odražených od vzorku s povlakem

Podstata barevného leptání

8. Popište princip elektronové mikroskopie. Jaký je rozdíl mezi REM a TEM zrychlený elektron se chová ve vakuu jako světlo. Elektron má energii a hybnost má vlnovou povahu – pohybuje se přímočaře, má vlnovou délku λ (až 100 000 x menší než světlo) a frekvenci. Principem je šíření elektronů, čím větší je urychlovací napětí tím je vyšší vlnová délka.

elektronové dělo

TEM – transmisní elektronová mikroskopie – proud jde skrz vzorek. Spíše ve výzkumu a vývoji. vlivem vysokého kladného potenciálu anody vůči vakuu jsou elektrony z okolí vlákna urychlovány směrem k anodě, kde je otvor, kterým projde elektronový parsek.

elektromagnetická soustava čiček vzorek

REM – rastrovací elektronová mikroskopie – elektrony neprochází ale odrážejí se + velká hloubka ostrosti + můžeme sledovat i třeba lomy zdroj + malé nároky na přípravu vzorků - horší rozlišovací schopnost

projektiv

fluorescenční stínítka

objektiv

Transmisní elektronový mikroskop

Řádkovací skenovaní elektronový mikroskop 9. Nakreslete a popište signály, vznikající při pozorování vzorku v TEM a REM. primární REM TEM svazek

BSE (zpětně rozptýlené elektrony) AE- Augerovy elektrony

vyražený orbitální elektron SE

SE (sekundární elektrony) charakteristické rentgenové záření REM, TEM (analýza chem. složení)

dopadající elektron zpětně odražený BSE elektron

vzorek

difraktovaný elektronový svazek – elektronová difrakce

primární transmitovaný svazek TEM

10. Popište přípravu metalografických vzorků pro TEM (fólie, repliky) a pro SEM. pro TEM – musí být tenké vzorky jinak by došlo k absorpci elektronů. Kovové fólie nebo repliky (otisky). pro SEM - příprava vzorku stejná jako v otázce 4. Zkoušený vzorek musí být vodivý.

8

4) MECHANICKÉ ZKOUŠKY 1.

Zakreslete tahový diagram bez výrazné meze kluzu. Definujte základní charakteristiky.

základní mechanické charakteristiky (Re, Rm, A, Z),

2.

Zakreslete tahový diagram s horní a dolní mezí kluzu. Definujte základní charakteristiky.

3.

Definujte co je to tvrdost. Uveďte a popište metodu dle Brinella.

odpor materiálu vůči vnikání cizího tělesa. Na základě hodnot tvrdosti se vyjadřuje zpravidla odolnost materiálu vůči opotřebení či otěru.

9

4.

Definujte co je to tvrdost. Uveďte a popište metodu dle Vickerse.

5.

Definujte co je to tvrdost. Uveďte a popište metodu dle Rockwella

6.

Popište zkoušku rázem v ohybu, včetně měřených veličin.

10

7.

Vysvětlete co je to tranzitní chování a u kterých materiálů je pozorováno.

8.

Zakreslete teplotní závislost nárazové práce pro materiály s tranzitním chováním a definujte tranzitní teploty.

9.

Vysvětlete pojmy lomová mechanika, součinitel intenzity napětí a lomová houževnatost. U veličin uveďte označení a jednotky.

Lomová mechanika je vědní obor, který se zabývá chováním materiálu obsahujícího trhliny, resp. malé defekty. Pod pojmem „defekty“ rozumíme malé póry (dírky), vměstky a mikrotrhliny. V tomto případě neuvažujeme defekty na atomové úrovni – vakance nebo dislokace. Chceme znát hodnotu maximálního zatížení (napětí) materiálu v případě, že obsahuje trhlinu dané velikosti a tvaru. Součinitel intenzity napětí – veličina vyjadřující zatížení tělesa s trhlinou Lomová houževnatost – materiálová charakteristika vyjadřující odpor materiálu vůči iniciaci lomu z defektu.

11

10. Znázorněte zatěžované ploché těleso s centrální trhlinou a uveďte základní vztah lomové mechaniky. 1

Kc  f     a [MPa m 2 ]

11. Uveďte tři aplikace základního vztahu lomové mechaniky. Je znám materiál (jeho KC) a zatížení s , je nutné určit kritickou velikost defektu pro vznik nestabilní trhliny

aC 

1  KC      

2

a < a C  b ezp ečí

Je zadán materiál s danou lomovou houževnatostí KC a velikost defektu a, je hledáno kritické zatížení pro vznik nestabilní trhliny C 

KC  a

σ < σC  bezpečí

Je dána velikost defektu a a zatížení s , je třeba najít materiál odolný proti vzniku nestabilní trhliny

K    a

K < KC  bezpečí

12. Vysvětlete co je to tranzitní délka trhliny, graficky. Znázorněte

Potom ac je tzv. tranzitní délka trhliny, tj. délka, při které dojde k jejímu nestabilnímu šíření

13. Vysvětlete pojmy transkrystalický a interkrystalický. Uveďte klasifikaci lomů z hlediska energetické náročnosti a z hlediska uplatňujícího se mikromechanismu. Transkrystalický – „trans“ ve významu „přes“ (tj. transkrysta-lický lom je lom, při němž se trhlina šíří přes zrna polykrysta-lického materiálu). Interkrystalický – „inter“ ve významu „mezi“ (tj. interkrysta-lický lom se šíří mezi zrny nebo podél hranic zrn polykrysta-lického materiálu). Energetická náročnost - Křehký lom - Houževnatý lom Mikromechanismus lomu - Štěpný lom - Tvárný lom 14. Definujte co je to únava materiálu, uveďte tři stádia únavového procesu. Únava materiálu je proces změn strukturního stavu materiálu a jeho vlastností vyvolaný cyklickým (kmitavým) zatěžováním, přičemž nejvyšší napětí je menší než mez pevnosti Rm a ve většině případů i menší než mez kluzu Re. V důsledku toho dochází v materiálu k hromadění poškození, které se v závěru procesu projeví růstem makroskopické trhliny a únavovým lomem. Místo iniciace lomu je přednostně na povrchu, vyjímku tvoří kompozitní materiály. Prvé stádium odpovídá iniciaci (nukleaci) trhliny na povrchu součásti. K iniciaci dochází zpravidla až po jistém poměrně vysokém počtu cyklů. Místa nukleace únavových trhlinek jsou na (příp. v blízkosti) povrchu. Důvodem je

12

volný povrch na němž mohou být (škrábance, dutiny, ostré přechody, vruby, drážky) koncentrátory napětí, nebo se tyto koncentrátory na volném povrchu vytvoří (skluzové pásy). Při některých podmínkách zatěžování je zde největší napětí (např. ohyb). Druhé stádium je postupné šíření jedná z mnoha iniciovaných trhlin v závislosti na počtu cyklů. Třetí stádium odpovídá náhlému lomu, který je buďto křehký (trhlina dosáhla kritické velikosti) nebo ve zbývajícím průřezu napětí přesáhlo pevnost, došlo k přetížení. K tomu aby došlo k únavovému porušení musí alespoň jedna ze složek napětí být tahová. V dalším budeme uvažovat o únavě součástí vyrobených z kovu nebo plastu 15. Zakreslete sinusový zátěžný cyklus, popište jeho charakteristiky včetně parametrů asymetrie. a = amplituda napětí m = střední napětí h = horní (maximální) napětí n = dolní (minimální) napětí

16. Zakreslete Wohlerovu křivku ve vysokocyklové oblasti, vyznačte oblasti časované a trvalé únavové pevnosti a definujte mez únavy.

Mez únavy je napětí pod kterým je 50% pravděpodobnost , že nedojde k únavovému lomu, což se využívá při konstrukčním návrhu.????? maximální napětí, které součást vydrží po nekonečný počet cyklů bez prasknutí

13

17. Zakreslete a vysvětlete Smithův únavový diagram.

Zjednodušený Smithův diagram

Smithovy diagramy pro ocel 12

18. Zakreslete a vysvětlete Haighův únavový diagram.

14