ME
ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam – BSc 10. előadás – 2010/2011. tanév, 2. félév E) AZ ÁLLAPOTTÉNYEZŐK HATÁSA Előadó: Dr. Lukács János egyetemi tanár Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszék
Az előadási anyag elérhetősége az Interneten
http://edu.uni-miskolc.hu/
Információk a fóliák olvasásához A tananyag tagolása (fejezetek, részek számozása, címek, alcímek) az előadásokon és a fóliákon azonos Az alkalmazott színek segítséget kívánnak nyújtani a tananyag megértéséhez azzal, hogy felhívják a figyelmet egy-egy részletkérdésre (a zárójelben sárga színnel írott rész példát jelent) (a zárójelben zöld színnel írott rész korábban alkalmazott és/vagy rokon értelmű, illetve idegen nyelvű jelölést, kifejezést jelent) piros színnel írott és/vagy bekarikázott rész a figyelemfelhívást jelent, amelyhez az előadáson általában szóbeli magyarázat is kapcsolódik a fehér hátterű dia tájékoztató, magyarázó, szemléltető jellegű
Az előadási anyag végén megtalálhatók azok a források, amelyek az anyag összeállításánál felhasználásra kerültek a felkészüléshez ajánlott tankönyv vonatkozó részeinek oldalszámai, a tananyag tagolásához rendelve
1. előadás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK
A tantárgyról II. – témakörök Az anyagvizsgálat feladatai, az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása A szakítóvizsgálat és alkalmazásai A nyomóvizsgálat és alkalmazásai A keménységmérések és alkalmazásaik Ismétlődő igénybevételek, fárasztóvizsgálatok, biztonsági diagramok Az állapottényezők, ridegség és szívósság A kúszásvizsgálat Az ütővizsgálat és alkalmazásai A hajlítóvizsgálat és alkalmazásai Vizuális vizsgálatok Ultrahangvizsgálatok Radiográfiai vizsgálatok Mérések és mérőszámok: matematikai-statisztika az anyagvizsgálatban
E) AZ ÁLLAPOTTÉNYEZŐK HATÁSA E) I. BEVEZETÉS szerkezeti elemek és szerkezetek kialakítása, terhelése rideg/szívós viselkedés (rideg/szívós átmenet) rideg viselkedés (rideg állapot, rideg törés): a tönkremenetel makroszkópikus képlékeny alakváltozás nélkül megy végbe szívós viselkedés (szívós állapot, szívós töret): a tönkremenetel előtt makroszkópikus képlékeny alakváltozás következik be, a feszültségszint meghaladja a folyáshatárt
a rideg/szívós viselkedést (rideg/szívós átmenetet) befolyásoló állapottényezők: fkk
feszültségállapot többtengelyű terhelés geometria üzemelés és annak következményei
hőmérséklet alacsonyabb igénybevételi sebesség nagyobb
Ridegtörés egy Liberty típusú hadihajón
1. előadás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK
A tantárgyról II. – témakörök Az anyagvizsgálat feladatai, az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása A szakítóvizsgálat és alkalmazásai A nyomóvizsgálat és alkalmazásai A keménységmérések és alkalmazásaik Ismétlődő igénybevételek, fárasztóvizsgálatok, biztonsági diagramok Az állapottényezők, ridegség és szívósság A kúszásvizsgálat Az ütővizsgálat és alkalmazásai A hajlítóvizsgálat és alkalmazásai Vizuális vizsgálatok Ultrahangvizsgálatok Radiográfiai vizsgálatok Mérések és mérőszámok: matematikai-statisztika az anyagvizsgálatban
E) II. KÚSZÁSVIZSGÁLAT (a hőmérséklet hatása) Megengedett legkisebb Rp0.2 egyezményes folyáshatár értékek növelt hőmérsékleten – kivonat az MSZ EN 10216-2 szabvány 5. táblázatából – Az acélminőség
Falvastagság
Legkisebb egyezményes folyáshatár Rp0.2 N/mm2 a következő hőmérsékleten °C
jele
számjele
mm
100
150
200
250
300
350
...
...
...
...
...
...
...
...
...
60
312
292
264
241
219
200
...
...
...
...
...
...
...
20MnNb6 ...
1.0471 ...
400 450 ...
...
186 174 ...
...
A kúszási szilárdság tájékoztató értékei – kivonat az MSZ EN 10216-2 szabvány A1. táblázatából – Az acélminőség
Hőmérséklet
Kúszási szilárdság értékek (N/mm2)a, b, c
jele
számjele
ºC
10 000 h
100 000 h
200 000 h
250 000 h
...
...
...
...
...
...
...
400
243
179
157*
150*
410
221
157
135*
128*
420
200
136
115*
108*
430
180
117
97*
91*
440
161
100
82*
77*
450
143
85
70*
66*
460
126
73
60*
56*
470
110
63
52*
48*
480
96
55
44*
41*
490
84
47
37*
32*
500
74
41
–
–
...
...
...
...
...
20MnNb6
...
1.0471
...
Az Európai Kúszási Együttműködési Bizottság által javasolt értékek – a szórási sáv középértékei Az acélok folyamatos üzemben nem terhelhetők az adott feszültségekig. c A kúszási szilárdság értékekre – a * kivételével – az extrapolációs időtényezők kisebbek háromnál. a
b
E) II. KÚSZÁSVIZSGÁLAT 2. előadás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK
A) 6.4. Az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása a vizsgálati hőmérséklet szerint
kriogén hőmérséklet negatív hőmérséklet szoba- vagy környezeti hőmérséklet magas hőmérséklet különösen magas hőmérséklet
E) II.1. A kúszás jelensége definíció: az anyagnak egy meghatározott hőmérsékleten, állandó terhelés hatására bekövetkező maradó alakváltozása, a terhelés idejétől függően (a terhelés az adott hőmérsékletre vonatkozó folyáshatárnál kisebb) alakváltozási (kúszási) mechanizmusok alacsonyabb hőmérséklet (Thom ≤ 0.4): logaritmikus kúszás magasabb hőmérséklet (Thom > 0.4): általános kúszás
kúszási diagram (nyúlás-idő diagram) átmeneti szakasz állandósult kúszás szakasza harmadlagos kúszás törés
E) II.2. A vizsgálat célja, elve, kivitelezése cél: hosszú ideig ható, állandó húzóterheléssel szembeni ellenállás meghatározása növelt hőmérsékleten méretezési alapadatok szolgáltatása elv: több próbatestet, állandó terheléssel, növelt hőmérsékleten, hosszú ideig terhelünk kivitelezés = kúszási diagram felvétele folyamatos vizsgálat megszakításos vizsgálat
próbatestek hengeres: van a próbatesten felület a nyúlásmérő eszköz elhelyezésére folyamatos vizsgálat lapos, ívelt lapos: nincs felület a nyúlásmérő eszköz elhelyezésére megszakításos vizsgálat
Kúszásvizsgáló laboratórium (Alusuisse)
E) II.3. Mérőszámok kúszási diagram törési idő kívánt mértékű képlékeny nyúláshoz tartozó idő
gyakorlat (← méretezési feladat) kúszási szilárdság (időtartamszilárdság): az a feszültség (R), amellyel előírt vizsgálati hőmérsékleten (T), meghatározott ideig (t) terhelve a próbatestet bekövetkezik annak szakadása jelölése: Rmt[h]/T[°C] (Rm100000/550) [N/mm2] kúszáshatár: az a feszültség (R), amellyel előírt vizsgálati hőmérsékleten (T), meghatározott ideig (t) terhelve a próbatestet, megadott mértékű képlékeny nyúlás (εp) következik be jelölése: Rpε[%]/t[h]/T[°C] (Rp0.2/10000/500) [N/mm2] százalékos szakadási nyúlás (lásd szakítóvizsgálat) százalékos keresztmetszet csökkenés (lásd szakítóvizsgálat)
technikai kivitelezés szabványos adatok
Folyáshatár és kúszási szilárdság értékek – az MSZ EN 10216-2 szabvány 5. és A1. táblázatai alapján; anyagminőség: 20MnNb6 – szakítóvizsgálat szobahőmérsékleten
400 350
szakítóvizsgálat növelt hőmérsékleten
Fesz ültség, N/m m
2
300 250 200
Legkisebb folyáshatár
150
Legkisebb egyezményes folyáshatár Kúszási szilárdság 10 000 h időtartamra
100
Kúszási szilárdság 100 000 h időtartamra Kúszási szilárdság 200 000 h időtartamra
50
Kúszási szilárdság 250 000 h időtartamra 0 0
100
200
300
Hőmérséklet, °C
400
500
kúszásvizsgálat
600
E) II.4. Extrapoláció kúszásnál indok: rövidebb idejű vizsgálatból becsülni a hosszabb időtartamra érvényes viselkedést (mérőszámot) költség megtakarítás Larsen-Miller eljárás alapgondolat: a kúszás folyamatát döntően a diffúzió szabályozza van hőmérséklet-idő (T-t) egyenértékűség összefüggés alkalmazás alkalmazási korlátok
a hőmérséklet változás mellett nem következhet be meghatározó anyagszerkezettani változás (fázisátalakulás, kiválás, újrakristályosodás) ΔT < 50 K, a megbízhatóság érdekében
1. előadás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK
A tantárgyról II. – témakörök Az anyagvizsgálat feladatai, az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása A szakítóvizsgálat és alkalmazásai A nyomóvizsgálat és alkalmazásai A keménységmérések és alkalmazásaik Ismétlődő igénybevételek, fárasztóvizsgálatok, biztonsági diagramok Az állapottényezők, ridegség és szívósság A kúszásvizsgálat Az ütővizsgálat és alkalmazásai A hajlítóvizsgálat és alkalmazásai Vizuális vizsgálatok Ultrahangvizsgálatok Radiográfiai vizsgálatok Mérések és mérőszámok: matematikai-statisztika az anyagvizsgálatban
2. előadás: A) BEVEZETŐ ISMERETEK
A) 6.7. Az anyagvizsgáló eljárások csoportosítása az igénybevétel sebessége alapján – csoportosítás roncsolásos vizsgálatokra – Jellemző (vizsgálati) idő, s >103
103-5*10-1
5*10-1-5*10-4
5*10-4-5*10-6
<10-6
Alakváltozási sebesség, 1/s >10-5
10-5-10-1
10-1-5*101
5*101-104
>104
kúszás
kvázistatikus
átmeneti
nagy
nagyon nagy
speciális szervohidraulikus, pneumatikus, mechanikus berendezés
mechanikai vagy robbantásos hatás
gázágyúval vagy robbantással előidézett hatás
szakítóvizsgálat, ütővizsgálat
Pellini-féle ejtősúlyos vizsgálat
Taylor-féle dinamikus vizsgálat
állandó F szervohidraulikus vagy vagy berendezés orsós berendezés kúszásvizsgálat, lassú szakítóvizsgálat
szakítóvizsgálat
E) III. ÜTŐVIZSGÁLAT (a hőmérséklet és az igénybevételi sebesség hatása) A Titanic katasztrófája (1912): a hajó szerkezete
E) III. ÜTŐVIZSGÁLAT A Titanic katasztrófája (1912): ütővizsgálati eredmények
Legkisebb átlagos ütőmunka értékek – kivonat az MSZ EN 10216-4 szabvány 5. táblázatából – Az acélminőség számjele
mm
P215NL
1.0451
10
...
...
X10Ni9
1.5682
Irány
Legkisebb KV átlagos ütőmunka [J] a következő hőmérsékleten °C -196
-120
-110
-100
-90
-60
-50
-40
-20
20
H
–
–
–
–
–
–
80 –
40
45
55
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
40
H
40
50
50
60
60
70
70
70
70
70
K
27
35
35
40
40
50
60 50
50
50
50
Ütőmunka, KV, J
jele
Falvastagság
70
50 40 30 20
P215NL (EN10216-4) Hosszirányú (H) próbatest X10Ni9 (EN 10216-4) Hosszirányú (H) próbatest
10
X10Ni9 (EN 10216-4) Keresztirányú (K) próbatest 0 -200
-160
-120
-80
Hőmérséklet, °C
-40
0
40
E) III.1. A vizsgálat célja, lényege, kivitelezése cél: az anyag szívósságára jellemző mérőszámok meghatározása lényeg: bemetszett próbatestet a bemetszéssel ellentétes oldalon, egyetlen (dinamikus) ütéssel terhelünk a próbatest általában kettétörik kivitelezés ingás ütőmű az ingás ütőművek jellemző ütési energiái
fémek és ötvözeteik: 300-350 J (750 J) polimerek, kerámiák: 2-50 J
jellemző ütési sebesség: 4-7 m/s
Ingás ütőművek
Források jegyzéke I. 6. dia: BLUMENAUER, H.; PUSCH, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig – Stuttgart, 1993. Abb.1.1. a) p. 14. 8. dia: MSZ EN 10216-2: Varrat nélküli acélcsövek nyomástartó berendezésekhez. Műszaki szállítási feltételek. 2. rész: Növelt hőmérsékleten szavatolt tulajdonságú ötvözetlen és ötvözött acélcsövek. 9. dia: MSZ EN 10216-2: Varrat nélküli acélcsövek nyomástartó berendezésekhez. Műszaki szállítási feltételek. 2. rész: Növelt hőmérsékleten szavatolt tulajdonságú ötvözetlen és ötvözött acélcsövek. 13. dia: Alusuisse Lonza Services AG, Neuhausen am Rheinfall, Foto Nr. 84900. 15. dia: Az „MSZ EN 10216-2: Varrat nélküli acélcsövek nyomástartó berendezésekhez. Műszaki szállítási feltételek. 2. rész: Növelt hőmérsékleten szavatolt tulajdonságú ötvözetlen és ötvözött acélcsövek.” című szabványban található adatok alapján. 18. dia: ASM Handbook, Vol. 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Materials Park, Ohio, 2000. Fig. 1 p. 427. 19. dia: http://www.ep128.hu/Titanic/Titanic.html 20. dia: McLEAN, A.: Some perspectives on technological exchange and international co-operation in steel related research. Review. ISIJ International, Vol. 38 (1998), No. 9. pp. 905-912. Fig. 6., Fig. 7., Fig. 9. 21. dia: MSZ EN 10216-4:2002: Varrat nélküli acélcsövek nyomástartó berendezésekhez. Műszaki szállítási feltételek. 4. rész: Kis hőmérsékleten szavatolt tulajdonságú ötvözetlen és ötvözött acélcsövek.
Források jegyzéke II. 23. dia: a megjelenés sorrendjében Gál, I.; Kocsisné, B. M.; Lenkeyné, B. Gy.; Lukács, J.; Marosné, B. M.; Nagy, Gy.; Tisza, M.: Anyagvizsgálat. Szerk.: Tisza, M. Miskolci Egyetemi Kiadó, 2001. 3.67. ábra, p. 178. Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszék CEAST progress in testing. Resil Family. Gyártmányismertető, AP960-06 0406.
A felkészüléshez ajánlott tankönyv és a vonatkozó oldalszámok Gál, I.; Kocsisné, B. M.; Lenkeyné, B. Gy.; Lukács, J.; Marosné, B. M.; Nagy, Gy.; Tisza, M.: Anyagvizsgálat. Szerk.: Tisza, M. Miskolci Egyetemi Kiadó, 2001.
E) II.1. – p. 167-169. E) II.2. – p. 170-172. E) II.3. – p. 173-175. E) II.4. – p. 175-177. E) III.1. – p. 179-180.
ME
ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam – BSc 10. előadás – 2010/2011. tanév, 2. félév E) AZ ÁLLAPOTTÉNYEZŐK HATÁSA
Köszönöm a figyelmet!
