1394793563-0-mat_ii_podloge_za_vjezbe_2013_14
description
Transcript of 1394793563-0-mat_ii_podloge_za_vjezbe_2013_14
-
Materijali II
Podloge za vjebe
Nositelji kolegija: Prof. dr. sc. Franjo Cajner Prof. dr. sc. Kreimir Grilec Prof. dr. sc. Vera Rede Prof. dr. sc. Gojko Mari doc. dr. sc. Tatjana Haramina
Student: _____________________________ Grupa: _________
FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
SVEUILITE U ZAGREBU
Zavod za materijale
Ak. god. 2013./14.
-
MATERIJALI II akad.god.2013/2014
Tjedan Predavanje Vjebe
10.03. - 14.03. Cajner
17.03. - 21.03. Cajner 1. Niz kaljenja 2. Utjecaj sadraja ugljika na tvrdou kaljenog elika
24.03. - 28.03. Cajner
01.04. - 04.04. Cajner/Grilec(Rede) 3. Ispitivanje prokaljivosti 4. Poputanje elika
07.04. 11.04. Grilec(Rede)
14.04. 18.04. Grilec(Rede) K I 5. Mikrostruktura toplinski obraenih elika
6. Ispitivanje tribolokih svojstava Uskrnji ponedjeljak (3 termina) petak 10-16 sati
21.04. 25.04. Grilec(Rede)
28.04. 02.05. Grilec(Rede) etvrtak Praznik rada
Petak neradni dan
05.05. 09.05. Grilec(Rede) 7. Metalografija Fe-ljevova 8. Utvrivanje konvencionalne granice razvlaenja elika za opruge 12.05. 16.05. Grilec(Rede)
19.05. 23.05. Haramina 9. Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
10. Svojstva i primjena polimernih materijala 26.05. 30.05. Haramina K II
02.06. 06.06. Mari 11. Svojstva i primjena kompozita 12. Izbor materijala raunalom 09.06. 13.06. Mari
16.06. 20.06. K III etvrtak Tijelovo
Petak neradni dan
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.)_____ Vjeba 1: Niz kaljenja
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
Zadatak 1.
Za elik nepoznatog kemijskog sastava utvrdite je li zakaljiv i ako jest koja je optimalna temperatura austenitizacije ?
1. Provesti niz kaljenja s odabranih temperatura. 2. Ispitati postignute tvrdoe. 3. Konstruirati dijagram ovisnosti tvrdoe o temperaturi austenitizacije. 4. Iz dobivenog dijagrama odrediti optimalnu temperaturu austenitizacije. Za provedbu niza kaljenja raspoloiva je laboratorijska pe s automatskom regulacijom temperature, bazen sa sredstvom za gaenje, temperature ____ C i odgovarajui tvrdomjer.
Oznaka uzorka
ta , min Tvrdoa (HRC) Prosjena
tvrdoa (HRC) a ,C 1 2 3 4 5 6
600 700 800 900 1000 1100 1200Temperatura, oC
0
10
20
30
40
50
60
70
Tvrd
oca,
HRC
Temperatura austenitizacije iznosi: a = _________ C
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.)_____ Vjeba 1: Niz kaljenja
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
Zadatak 2. a) Skicom prikaite mikrostrukture pri ugrijavanju i obrazloite izbor optimalne temperature
austenitizacije podeutektoidnih i nadeutektoidnih ugljinih elika na primjeru dvaju elika poznatog kemijskog sastava (ili oznake).
b) Prikaite kaljenje ovih elika u dijagramu postupka
Fe-C dijagram Uptonov dijagram
aa
Tem
pera
tura
, o C
Vrijeme, h
A1
A3
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 2: Utjecaj %C na tvrdou kaljenog elika
___________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 1
Zadatak 1. Navedite i objasnite osnovne uvjete zakaljivosti elika.
1. 2. 3. 4. Zadatak 2.
Skicirajte jedininu eliju martenzita i oznaite parametre c i a. Kako se naziva omjer parametara c/a?
Zadatak 3.
U eksperimentalnom dijelu vjebe treba provesti kaljenje elika razliitih sadraja ugljika u cilju odreivanja utjecaja ugljika na tvrdou kaljenja. Ispitni uzorci su visine do 10 mm i promjera 10 do 20 mm. Ugrijavanje se provodi u komornim peima u trajanju od 15 min za svaki uzorak, a potom se uzorci gase u vodi.
1. Za svaki kaljeni uzorak treba: a) Odrediti temperaturu austenitizacije. b) Ispitati tvrdou nakon kaljenja (metodom Rockwell C). b) Izraunati srednju vrijednost tvrdoe.
2. Na temelju dobivenih vrijednosti tvrdoe konstruirajte dijagram ovisnosti tvrdoe kaljenja o sadraju ugljika u eliku.
3. Pomou Fe-C dijagrama i Uptonovog dijagrama objasnite dobivenu ovisnost
tvrdoe o sadraju ugljika u eliku. Koji elici se smatraju konvencionalno zakaljivim?
Oznaka uzorka
Oznaka elika
% C
a, oC
Ispitana tvrdoa nakon kaljenja, HRC Prosjena tvrdoa, HRC 1. 2. 3. 4. 5. 6.
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 2: Utjecaj %C na tvrdou kaljenog elika
___________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Sadrzaj ugljika, %
0
10
20
30
40
50
60
70
Tvrd
oca,
HR
C
Dio Fe-C dijagrama
Uptonov dijagram
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 3: Ispitivanje prokaljivosti
___________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 1
UVOD
Osnovna svrha kaljenja elika jest postizanje najvee mogue tvrdoe (ovisno o udjelu ugljika u eliku) i to jednolinijeg prokaljenja (tj. to jednolinije tvrdoe po presjeku).
Zakaljivost elika je svojstvo elika da postigne to viu tvrdou nakon kaljenja ( Burnsov dijagram).
Prokaljivost je svojstvo elika da nakon kaljenja poprimi to jednoliniju tvrdou po presjeku predmeta. Prokaljivost ovisi o kemijskom sastavu elika i veliini austenitnog zrna.
Prokaljenost nekog predmeta ovisi o prokaljivosti elika, dimenzijama predmeta i intenzivnosti gaenja. ISPITIVANJE PROKALJIVOSTI METODOM JOMINY
Slika 1. Shematski prikaz ispitivanja prokaljivosti metodom Jominy Zadatak 1. Treba ispitati prokaljivost zadanog elika metodom Jominy i konstruirati krivulju prokaljivosti. Uz dobivenu krivulju prokaljivosti ucrtajte kvalitativno krivulje jednog bolje i jednog slabije prokaljivog elika.
Za provedbu pokusa raspoloiv je Jominy uzorak dimenzija 25x100 mm, laboratorijska pe s automatskom regulacijom temperature, naprava za ispitivanje prokaljivosti i tvrdomjer.
Tablica 1. Parametri kaljenja i izmjerene tvrdoe ovisno o udaljenosti od gaenog ela.
Oznaka elika: Temperatura austenitizacije: Vrijeme austenitizacije:
Udaljenost od gaenog ela (J, mm)
Tvrdoa, HRC
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 3: Ispitivanje prokaljivosti
___________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 2
0 10 20 30 40 50 60 70 80Udaljenost od gaenog cela, mm
0
10
20
30
40
50
60
70Tv
rdoca,
HRC
Slika 2. Krivulja prokaljivosti ( Jominy-krivulja) ispitivanog elika ODREIVANJE PROKALJENOSTI
Zadatak 2. Skicom prikaite raspored tvrdoe po presjeku kaljenih valjaka jednakih dimenzija izraenih od razliitio prokaljivih elika uz gaenje u istom sredstvu.
Tvrd
oca
Promjer
Tvrd
oca
Promjer
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 3: Ispitivanje prokaljivosti
___________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 3
Zadatak 3. Skicom prikaite raspored tvrdoe po presjeku kaljenih valjaka razliitih dimenzija izraenih od istog elika uz gaenje u istom sredstvu.
Tvrd
oca
Promjer
Tvrdo
ca
Promjer Zadatak 4. Skicom prikaite raspored tvrdoe po presjeku kaljenih valjaka jednakih dimenzija izraenih istog elika gaenih u razliitim sredstvima.
Tvrdo
ca
Promjer
Tvrd
oca
Promjer
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 4: Poputanje elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
Definicija i osnovna podjela postupaka poputanja Poputanje je postupak ugrijavanja kaljenog elika na temperaturu ispod temperature A1 u svrhu:
- povienja ilavosti martenzita, - snienje zaostalih naprezanja martenzita, - postizanja dimenzijske postojanosti (kod visokolegiranih alatnih elika pretvorbom zaostalog
austenita u martenzit i karbide poputanja).
Prema visini temperature poputanja (p) postupci poputanja dijele se na :
- niskotemperaturno poputanje (p< 220 C)
- srednjetemperaturno poputanje (220 C
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 4: Poputanje elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
0 100 200 300 400 500 600 700Temperatura, oC
0
10
20
30
40
50
60
70Tv
rdoc
a,
HR
C
Zadatak 2. Koje se mikrostrukturne faze postiu nakon kaljenja i poputanja ugljinih elika sa sadrajima ugljika navedenim u donjoj tablici.
Sadraj ugljika u eliku, % Mikrostruktura nakon kaljenja Mikrostruktura nakon poputanja
< 0,6
0,6 do 0,8
0,8 do 2,0
Zadatak 3. U dijagramu postupka prikaite kaljenje i visokotemperaturno poputanje ugljinog elika C45 i objasnite kako se odreuju radni parametri ovog postupka: temperatura austenitizacije, sredstvo za gaenje i temperatura poputanja. Kako se zove ovaj postupak?
Vrijeme, h
Temp
eratur
a, o C
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
Zadatak 1 Tri uzorka od istog elika za poboljavanje, sa sadrajem ugljika 0,44%, podvrgnuta su razliitim toplinskim obradama: Uzorak 1: Grijanje na temperaturu 820 C i sporo hlaenje (na zraku). Postignuta tvrdoa nakon toplinske obrade: 210 HV. Uzorak 2: Grijanje na temperaturu 750 C i gaenje u vodi. Postignuta tvrdoa nakon toplinske obrade: 530 HV. Uzorak 3: Grijanje na temperaturu 820 C i gaenje u vodi. Postignuta tvrdoa nakon toplinske obrade: 700 HV.
a) Prikazati provedbu toplinskih obrada ispitnih uzoraka u dijagramu postupka. b) Oznaiti prisutne mikrostrukturne faze pojedinih uzoraka nakon provedenih toplinskih obrada. c) Koja je svrha provedbe toplinske obradbe uzorka 1 ? d) Iz TTT-dijagrama (slika 2) izraunati prosjenu brzinu ohlaivanja s temperature austenitizacije
kojom se postie tvrdoa 210 HV. e) Iz TTT- dijagrama (slika 2) izraunati brzinu gaenja s temperature austenitizacije kojom se
postie tvrdoa 700 HV.
Slika 1. Dio Fe-C dijagrama s
podrujem optimalnih temperatura austenitizacije
Slika 2. TTT-dijagram za kontinuirano hlaenje ugljinog elika s 0,44 % C
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
Rjeenje
Mikrostruktura ispitnih uzoraka nakon toplinske obrade:
Uzo
rak
1
Vrijeme, h
Tem
pera
tura
, oC
Uzo
rak
2
Vrijeme, h
Tem
pera
tura
, oC
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
3
Uzo
rak
3
Vrijeme, h
Tem
pera
tura
, oC
Zadatak 2 Uzorak od elika s 0,15 % C (Uzorak 4 ) cementiran je uz slijedee parametre postupka:
- Pougljiavanje na 925C / 4 h / ohlaivanje na zraku, - Kaljenje a= 800C / gaenje u ulju - Niskotemperaturno poputanje na 200C / 2 h / ohlaivanje na zraku.
Izmjerena je tvrdoa povrine 800 HV1 i tvrdoa jezgre 240 HV1. a) Prikazati provedbu cementiranja ispitnog uzorka 4. u dijagramu postupka. b) Kvalitativno skicirati raspored tvrdoe po poprenom presjeku i odrediti mikrostrukturu u
rubnom sloju. c) Koji se dijelovi najee povrinski modificiraju postupkom cementiranja ?
Rjeenje
Temp
eratu
ra, o
C
Vrijeme, h Dijagram postupka cementiranja elika
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
4
Svojstva cementiranih dijelova: Primjena postupka cementiranja
M (visokougljini)
(3 % NITAL, 650:1)
Tvrd
oca,
HV1
Udaljenost od povrine, mm
Mikrostruktura elika C15 nakon cementiranja i raspored tvrdoe po poprenom presjeku
Zadatak 3 Uzorak od elika sa 0,44 %C (uzorak 5) nitriran je u solnoj kupki (TENIFER) pri 580C u trajanju od 2 sata. Izmjerene su slijedee tvrdoe: povrinska tvrdoa 500 HV 0,5; tvrdoa jezgre 140 HV 0,5.
a) Skicirati provedbu nitriranja ispitnog uzorka 5. u dijagramu postupka. b) Skicirati pretpostavljeni raspored tvrdoe i oznaiti karakteristine zone u rubnom sloju. c) Za koje se strojne dijelove i alate primjenjuje postupak nitriranja ?
Rjeenje
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
5
Vrijeme, h
Tem
pera
tura
, oC
Dijagram postupka nitriranja elika
Svojstva nitriranih dijelova i alata: Primjena postupka nitriranja:
Tvrd
oca,
HV0
,5
Udaljenost od povrine, mm Mikrostruktura ugljinog elika s 0,44 %C nakon nitriranja i raspored tvrdoe po poprenom presjeku
Zadatak 4.
Uzorak od elika sa 0,44 %C (uzorak 6) boriran je pri temperaturi 850C u trajanju od 4 sata. Izmjerena je tvrdoa povrine 1800 HV 0,2 i tvrdoa jezgre 180 HV 0,2.
a) Prikazati provedbu boriranja ispitnog uzorka 6. u dijagramu postupka. b) Kvalitativno skicirati raspored tvrdoe po poprenom presjeku i oznaiti karakteristine zone u
rubnom sloju. c) Navesti primjere primjene postupka boriranja za strojne dijelove i alate u cilju povienja
otpornosti na troenje.
-
Materijali II (ak. god 2013./2014.) Vjeba 5: Mikrostruktura toplinski obraenih elika
_________________________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
6
Rjeenje
Vrijeme, h
Tem
pera
tura
, oC
Dijagram postupka boriranja elika Svojstva boriranih dijelova i alata: Primjena postupka boriranja:
(nagrieno 3 % NITAL, 650:1)
Tvrd
oca,
HV0
,2
Udaljenost od povrine, mm
Mikrostruktura ugljinog elika s 0,44 %C nakon boriranja i raspored tvrdoe po poprenom presjeku
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 1
Naziv tribologija dolazi od grkog to znai trenje troenje.
TRIBOLOGIJA je interdisciplinarna znanost o trenju i troenju. Istraivanja na podruju tribologije usmjerena su na smanjivanje negativnih posljedica trenja i troenja, koja se oituju u direktnim gubicima (energije, materijala) i indirektnim gubicima (zastoji, odravanje, pouzdanost, sigurnost, utjecaj na okoli).
1966. Jostov izvjetaj na europskoj konferenciji prvi put se spomije termin tribologija ~ proizvedene energije utroi se na savladavanje trenja ~ industrijskih proizvoda za zamjenu istroenih proizvoda (dijelova) izravni trokovi izazvani trenjem i troenjem ~ 7% BND.
TROENJE je progresivni gubitak materijala s radnih povrina tijela, uslijed dinamikog kontakta s drugim tijelom ili fluidom. Sustavi u kojima se pojavljuju procesi troenja nazivaju se TRIBOSUSTAVI. Takvi su svi sustavi kod kojih postoji relativno gibanje izmedu pojedinih dijelova.
Slika 1. Shema tribosustava
Raznovrsnost uvjeta kontakata (geometrijski oblik, stanje povrine, materijal, nain i brzina relativnog gibanja, temperatura...) uzrokuje veliki broj pojavnih oblika troenja. Kod svakog od njih dolaze do izraaja razliita svojstva materijala pa zato otpornost troenju ne predstavlja jedinstveno svojstvo ve naziv za grupu svojstava. Postoje etiri osnovna mehanizma troenja: abrazija, adhezija, umor povrine i tribokorozija. Mehanizmi troenja opisuju se pomou jedininog dogadaja, tj. slijeda dogadaja koji prethode otkidanju jedne estice troenja s radne povrine tijela. Svaki realni proces troenja sastoji se od jednog, dva ili vie osnovnih mehanizama troenja koji djeluju u vremenskom slijedu ili istovremeno.
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 2
ABRAZIJA
ADHEZIJA
Faza I - Abraziv "a" tvrdoe Ha pod djelovanjem normalne komponente sile Fn prodire u materijal ali samo u konstituent "" koji je meki od abraziva Faza II - Djelovanjem tangencijalne komponente sile Ft ostvaruje se mikrorezanje. estice troenja su spiralne strugotine (duktilni materijali) ili krhotine (krhki materijali)
Faza I - Nastajanje adhezijskog spoja razliitog stupnja jakosti na kontaktu izboina Faza II - Raskidanje adhezijskog spoja. estica troenja ostaje spontano "nalijepljena" na jednom lanu kliznog para Faza III - Otkidanje estice (eventualno). Oblik estica troenja ovisi o uvjetima a uglavnom je listiast
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 3
UMOR POVRINE
Faza I - Stvaranje mikropukotine, redovito ispod povrine Faza II - Propagacija mikropukotine Faza III - "Ispadanje" estice troenja, obino oblika ploice ili iverka
Triboloka kompatibilnost Struktura Sastav
FCC/FCC najloija Fe/Fe najloija BCC/BCC; BCC/FCC loe W/Mo; W/Fe loe HCP/HCP dobro Zn/Mg dobro
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 4
TRIBOKOROZIJA
Faza I - Stvaranje (ili obnavljanje) sloja produkata kemijske reakcije s okolinom Faza II - Mjestimino razaranje sloja produkata kemijske reakcije. estice troenja su u obliku praha (najee oksidnog)
Dinamika izdrljivost povrine:
F + P = loe
Poputeni martenzit = dobro
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 5
Primjeri:
ZUPANIK REDUKTORA
Uzrok: Piting zbog neodgovarajue toplinske obrade (umor povrine) Rjeenje: Cementiranje zupanika
KONE PAPUE - Vlak
Rjeenje: Sivi lijev bez ferita. Grafit + steadit + perlit (~ 1% P) Steadit eutektik s fosforom.
Uzrok: Adhezija. Udio ferita u mikrostrukturi iznosi vie od 5%
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 6
ISPITIVANJE OTPORNOSTI TROENJU
1. Laboratorijsko ispitivanje uzoraka materijala - testovi u kojima se ispituju laboratorijski pripremljeni uzorci 2. Laboratorijsko ispitivanje gotovih dijelova - za razliku od prethodnog ispitivanja, u ovome se koriste gotovi dijelovi 3. Eksploatacijsko ispitivanje - ispitivanje tijekom eksploatacije
LABORATORIJSKA ISPITIVANJA UZORAKA MATERIJALA Ovaj nain ispitivanja je najzastupljeniji. Provodi se na tipiziranim ureajima sa svrhom da se usporedi otpornost pojedinih materijala odreenom tipu ili mehanizmu troenja.
Ispitivanje materijala u uvjetima ABRAZIJE Metoda "suhi pijesak/gumeni kota", ASTM G 65-85
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 6: Ispitivanje tribolokih svojstava
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 7
Ispitivanje materijala u uvjetima EROZIJE
Ispitivanje materijala u uvjetima ADHEZIJE
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 1 / 6
Svojstva lijeva ovise o njegovoj mikrostrukturi, tj. obliku, veliini i raspodjeli izluenog grafita, strukturi metalne osnove te prisustvu nekih drugih mikrostrukturnih konstituenata (karbida, sulfida, fosfidnog eutektika itd.). Uvid u mikrostrukturu lijeva omoguava metalografska analiza. Metalografska analiza takoer omoguava analizu greaka na odljevcima kao i pronalaenje njihovog uzroka.
Slika 1 Povezanost mikrostrukture i svojstava Fe-ljevova Razlika izmeu Fe-C dijagrama za metastabilnu () i stabilnu (- - -) kristalizaciju
Slika 2 Mjeovita kristalizacija u Fe-C dijagramu
Utjecaj brzine skruivanja i grafitizatora na mikrostrukturu lijeva
Slika 3 - Strukturni dijagrami (Sipp -lijevo i Klingenstein - desno)
SVOJSTVA LIJEVA
MIKROSTRUKTURA
Uvjeti pri skruivanju i nakon skruivanja Kemijski sastav
eljezna osnova
Oblik izluenog grafita
Volumni udio grafita
Raspodjela grafitnih estica
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 2 / 6
Priprema uzoraka za metalografsku analizu
- REZANJE UZORAKA - ULAGANJE UZORAKA U POLIMERNI MATERIJAL - BRUENJE I POLIRANJE UZORAKA - METALOGRAFSKA ANALIZA U POLIRANOM (NENAGRIENOM) STANJU (za
ljevove koji sadre grafit)
o Oblik izluenog grafita (slika 4) I i II-listii III- vermikule(lat. vermis=crv) IV i V- vorii VI- kuglice
o Udio grafita u mikrostrukturi o Veliina grafitnih estica o Raspodjela grafitnih estica o Broj grafitnih estica/mm2
Analiza se provodi sukladno normi za svaku vrstu lijeva.
Slika 4 - Osnovni oblici grafita HRN EN ISO 945:2002
- NAGRIZANJE najee u Nitalu (2-4 ml HNO3 i 96- 98 ml C2H5OH) - METALOGRAFSKA ANALIZA U NAGRIENOM STANJU
o Otkrivanje mikrostrukture eljezne osnove (prisutne faze i njihovi udjeli)
Slika 5 - Struktura proizvodnje odljevaka od ljevova na osnovi eljeza u svijetu u 2006. godini
Zadatak 1: Mikrostruktura bijelog tvrdog lijeva u odljevenom stanju prikazana je slikom 6. Lijev sadri oko 3% C, 1-4% Mn i do 0,6% Si. Mikrostruktura je izazvana nagrizanjem u Nitalu.
- Kako kristalizira bijeli tvrdi lijev? - Koje faze ine mikrostrukturu ovog lijeva? Zato je bijel i tvrd? - Osim visoke tvrdoe, koja jo svojstva karakteriziraju bijeli tvrdi lijev? - Oznaiti mikrostrukturu.
Slika 6 Mikrostruktura bijelog tvrdog lijeva
40 m
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 3 / 6
Zadatak 2: Na slici 7 prikazana je mikrostruktura dvaju uzoraka od crnog temper lijeva. Uzorak a je nakon lijevanja aren i sporo hlaen (u pei). Uzorak na slici b je odljeven, aren i hlaen na zraku. Mikrostruktura oba uzorka izazvana je nagrizanjem u Nitalu. Tvrdoa uzorka a je 140 HV a tvrdoa uzorka b je 250 HV.
- Koji je oblik grafita prisutan u ljevovima? - Kakva je mikrostruktura eljezne osnove i kako se zovu ovi temper ljevovi? - Koja je polazna sirovina za dobivanje crnog temper lijeva? - Nacrtati dijagram postupka dobivanja crnog temper lijeva za oba uzorka. - Na koji nain struktura eljezne osnove utjee na mehanika svojstva? - Oznaiti mikrostrukturu.
a) odljeveno, areno i sporo hlaeno
b) odljeveno, areno i hlaeno na zraku
Slika 7 - Mikrostruktura crnih temper ljevova
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 4 / 6
Zadatak 3:
Na slikama 8 i 9 prikazana je mikrostruktura dvaju ljevova u poliranom (a) i nagrienom (b) stanju. - Prema obliku izluenog grafita odrediti o kojem lijevu se radi. - Kakva je mikrostruktura eljezne osnove? Oznaiti faze na slici. - Navesti karakteristina svojstva ovih ljevova. - Linijskom analizom odrediti volumni udio prisutnih mikrostrukturnih faza kod jednog od ova
dva lijeva.
a) polirano stanje
b) nagrieno stanje
Slika 8 - Mikrostruktura lijeva
500 m
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 5 / 6
a) polirano stanje
b) nagrieno stanje
Slika 9 - Mikrostruktura lijeva
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 7: Metalografija Fe-ljevova
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 6 / 6
Zadatak 4: Na slici 10 prikazana je mikrostruktura elinog lijeva u odljevenom (a) i normalizacijski arenom stanju (b). Lijev sadri oko 0,25 % C. Mikrostrukture uzoraka izazvane su nagrizanjem u Nitalu.
- Odrediti prisutne konstituente i faze (FeC-dijagram). - Usporediti strukturu i svojstva ovih dvaju uzoraka. - Kako se zove struktura toplinski neobraenog uzorka i u kojim uvjetima nastaje? - Zato se mora provesti normalizacijsko arenje elinih odljevaka? - Oznaiti mikrostrukturu na slici. - Nacrtati dijagram postupka normalizacijskog arenja.
a) odljeveno stanje b) odljeveno i normalizacijski
areno stanje
Slika 10 Mikrostruktura elinog lijeva Domaa zadaa Potrebno je popuniti prazne kuice u donjoj tablici: Tablica 1. eljezni ljevovi i njihovi stupnjevi grafitizacije
SIVI LIJEV NODULARNI LIJEV BIJELI TVRDI
LIJEV TEMPER LIJEV
primarna kristalizacija
oblik grafita
sekundarna kristalizacija
mikrostruktura eljezne osnove
promjene mikrostrukture
nastale topl. obradom
- - -
100 m 100 m
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 8: Utvrivanje konvencionalne granice razvlaenja elika za opruge
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 1
Iz dijagrama - (slika 1) proizlazi da je jedino kod opeg konstrukcijskog elika za nosive konstrukcije izraena granica razvlaenja Re. Slika 1. Dijagrami naprezanje-istezanje za neke metalne materijale
Granica razvlaenja Re je pri dimenzioniranju strojarskih proizvoda najznaajnija veliina jer se kod elemenata strojeva i dijelova konstrukcija ne smije pojaviti plastina - trajna deformacija. Zbog toga se kod materijala, kod kojih nije izraena granica razvlaenja, utvruje KONVENCIONALNA (dogovorena) granica razvlaenja Rp0,2 ili Rp0,1. Konvencionalna (dogovorena) granica razvlaenja Rp0,2 (Rp0,1) je ono naprezanje koje nakon rastereenja ispitnog tijela izaziva trajnu (plastinu) deformaciju od 0,2% (0,1%).
Za utvrivanje konvencionalne granice razvlaenja potreban je, osim kidalice i ispitnog uzorka i ekstenziometar precizni mjera produljenja ispitnog uzorka. Ekstenzimetar mjeri aksijalno produljenje ispitnog uzorka te se postavlja na ispitni uzorak kao to je prikazano na slikama 2 i 3.
Ispitni uzorak
Ekstenzimetar
Slika 2. Mehaniki ekstenzimetar i ispitni uzorak
Slika 3. Elektronski ekstenzimetar na kidalici EU 40mod
1 Opi konstrukcijski elik za nosive konstrukcije 2 elik za opruge u poboljanom stanju 3 Sivi lijev EN-GJL250S (SL25) 4 Mjed CuZn40 5 Tehniki isti aluminij Al 99,5
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 8: Utvrivanje konvencionalne granice razvlaenja elika za opruge
Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale 2
Uzorak 1: elik za opruge _________ u poboljanom stanju (temperatura poputanja ___0C) Uzorak 2: elik za opruge _________ u poboljanom stanju (temperatura poputanja ___0C)
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 9: Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 1 / 5
METALOGRAFIJA LAKIH I OBOJENIH METALA Zadatak 1:
Mikrostruktura Cu-legure sastava: 86% Cu i 14% Sn prikazana je na slici 1. Mikrostruktura je izazvana nagrizanjem u otopini FeCl3, HCl i H2O. Stanje: lijevano u pijesku.
- Prema kemijskom sastavu, odredite o kojoj Cu-leguri je rije. - Iz dijagrama stanja Cu-Sn, slika 2, odrediti prisutne konstituente. - Iz istog dijagrama odrediti do kojeg udjela kositra je legura monofazna.
Slika 1 Mikrostruktura ___________________
Slika 2 Dijagram stanja Cu-Sn
50 m
Tem
pera
tura
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 9: Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 2 / 5
Zadatak 2:
Na slici 3 prikazana je mikrostruktura dviju Cu-Zn legura, izazvana nagrizanjem u otopini FeCl3, HCl i H2O. Kemijski sastav legure i stanje prerade navedeni su ispod pripadajue fotografije.
- Prema kemijskom sastavu, odrediti o kojim Cu-legurama je rije. - Iz dijagrama stanja Cu-Zn, slika 4, odrediti prisutne konstituente. - Do kojeg je udjela cinka legura monofazna? Kako se nazivaju te legure? Kako se zovu legure
s viim udjelom cinka? - Navesti karakteristina mehanika svojstva za jednu i drugu leguru.
Kemijski sastav: 80% Cu, 20% Zn
Stanje: gnjeeno, polutvrdo Kemijski sastav: 60% Cu, 40% Zn
Stanje: gnjeeno, polutvrdo
Slika3 Mikrostruktura Cu-Zn legura
Slika 4 Dijagram stanja Cu-Zn
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 9: Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 3 / 5
Zadatak 3:
Dva uzorka istog kemijskog sastava (10% Si i ostatak Al), a razliitog naina prerade, metalografski su pripremljena i u poliranom stanju prikazana na slici 5.
- Kako se zovu legure aluminija sa silicijem? - Iz dijagrama stanja Al-Si na slici 6, odrediti prisutne konstituente. - Koja je svrha cijepljenja? - Objasniti utjecaj mikrostrukture na svojstva ovih dviju legura. - Moe li se legura ovog kemijskog sastava ovrsnuti i zato?
Stanje: odljeveno u pijesku
- necijepljeno Stanje: odljeveno u pijesku
- cijepljeno
Slika5 Mikrostruktura Al-Si legura
Slika 6 Dijagram stanja Al-Si
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 9: Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 4 / 5
Zadatak 4: Na slici 7 prikazana je mikrostruktura Al-legure sljedeeg kemijskog sastava: 4% Cu, 1,5% Mg i ostatak Al. Legura je u gnjeenom stanju i toplinski je obraena. Toplinska obrada: homogenizacija na 460 C / 0,5 h i dozrijevanje na 120 C / 10 h + 150 C / 8 h. Mikrostruktura je izazvana nagrizanjem u otopini HF+HCl+HNO3+H2O.
- Zato se ova legura moe toplinski obraditi? - Kako se zove toplinska obrada? - Prikazati postupak toplinske obrade u T-t dijagramu i za karakteristina stanja (toke) skicirati
mikrostrukturu. - Kakva su svojstva legure u toplinski obraenom stanju u odnosu na toplinski neobraeno
stanje?
Slika 7 - Mikrostruktura toplinski obraene Al-legure
40 m
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.) Vjeba 9: Metalografija lakih i obojenih metala i nehrajuih elika
Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 5 / 5
METALOGRAFIJA NEHRAJUIH ELIKA
- Koji uvjeti moraju biti ispunjeni da elik bude potpuno postojan na opu koroziju? - Na temelju ega je napravljena podjela i kako se dijele korozijski postojani elici?
Austenitni nehrajui elici
Slika 2- Mikrostruktura austenitnog nehrajueg elika - Koji su legirni elementi prisutni u ovom eliku i zato?
Stanje:
Slika 3 Stanje:
Slika 4 - Koji je ovo oblik korozije i zato nastaje? Feritni nehrajui elici
Slika 5 - Feritni nehrajui elik
- Koji su legirni elementi prisutni u ovom eliku i zato?
(CrFe)23C6
100 m
100 m
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
I. Mehanika svojstva polimernih materijala:
Mehanika svojstva polimernih materijala uvjetovana su njihovim viskoelastinim ponaanjem.
Viskoelastino ponaanje opisuje se kao kombinacija elastinog i viskoznog odziva. Pokazuje ga veina materijala, i metali, i bioloka tkiva i polimeri. Ipak, kod meko kondenziranih tvari, u koje se ubrajaju i polimeri, viskoelastini efekt je najizraeniji. Zanimljiva svojstva koja pokazuju ovakvi materijali posljedica su veliine estica od kojih se sastoje i naina na koje su one meusobno povezane. Osim to utjee na svojstva polimera u vrstom stanju, viskoelastinost je vana i zbog ponaanja polimernih taljevina pri preradi, zbog teenja i ispunjavanja kalupa.
Meko kondenzirane tvari kombiniraju elastini i viskozni odgovor, a ponaanje je izrazito ovisno o temperaturi i vremenskoj skali (frekvenciji) na kojoj se promatra. Polimeri imaju strukturu koja je uvijek kombinacija kristalnog i amorfnog podruja. Kristalni dio e reagirati uglavnom elastino, dok e kod amorfnog viskozna komponenta biti puno znaajnija.
Cilj vjebe je upoznati se s ispitivanjima nekih mehanikih svojstava polimernih materijala i nauiti o utjecaju viskoelastinog efekta na ponaanje materijala, tijek ispitivanja i analizu podataka.
1. Kratkotrajna ispitivanja: a) Udarno optereenje:
Udarni rad loma (ilavost) b) Statiko optereenje:
Tvrdoa, vrstoa, modul elastinosti
2. Dugotrajna ispitivanja:
a) Statiko optereenje Statika izdrljivost
b) Dinamiko optereenje Dinamiki modul elastinosti - mehanika spektroskopija ispitivanje polimera u ovisnosti o temperaturi i frekvenciji (promatranje na razliitIm vremenskim skalama). Dinamika izdrljivost - kod veine polimera nije izraeno asimptotsko pribliavanje u Woehlerovom dijagramu. Kod ispitivanja dinamike izdrljivosti obino je vea amplituda nego u sluaju mehanike spektroskopije.
ILAVOST: HRN EN ISO 179-1 Ureaj: Charpyjev bat
epruveta
smjer udara bata zarez
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
TVRDOA A. PLASTOMERI I DUROMERI Metoda utiskivanja kuglice EN ISO 2039-1 Ureaj: tvrdomjer Oitava se dubina prodiranja za vrijeme djelovanja optereenja: nakon 10s, 30s, 60s. Zato? Korekcija oitanih vrijednosti dijagram. Tvrdoa se izraunava prema: B. ELASTOMERI Metoda po Shore-u (HRN EN ISO 868)
d = min. 4 mm D = 5 mm h = 0,15 do 0,35 mm prema h biramo F
hF
DH
1pol = , N/mm2
1 mm2
Shore A Shore C Shore D
F = 10 N F = 50 N F = 50 N
F F F
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
3
VLANA VRSTOA HRN EN ISO 527 Ureaj: univerzalna kidalica Metoda: statiki vlano ispitivanje vrstoa se izraunava prema: Oblik epruvete za vlano (rastezno) ispitivanje:
Usporedite oblik epruvete s metalnim epruvetama!
MODUL ELASTINOSTI (ista norma HRN EN ISO 527) Hookeov zakon vrijedi za linearno elastino podruje.
tan=
=E nagib: D > P > E pa je: ED > EP > EE
Orijentacijske vrijednosti vlanog (rasteznog) modula elastinosti:
plastomeri: oko 3000 N/mm2 elastomeri: 50-150 N/mm2 duromeri: 5000 12000 N/mm2
Kako bi izgledala krivulja za amorfne plastomere? Zato? Kako bi glasila jednadba pravca koji se moe provui kroz priblino linearno podruje u dijagramu?
abFR maxm = , N/mm
2
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
4
Odreivanje vlanog (rasteznog) modula elastinosti plastomera i duromera prema HRN EN ISO 527-1 Materijal: Naziv: Oznaka: Iz skupine:
Ureaj: Norma: Nain optereivanja: Mjerno podruje na ureaju: Brzina optereivanja:
Dimenzije epruvete: l0, mm a, mm b, mm
sila, F, N produljenje, l, mm srednja
vrijednost l, mm lijevo desno
Fmax, N
Modul elastinosti polimera nije konstanta jer svojstva, uz isti kemijski sastav ponavljane jedinice, ovise o: -stupnju polimerizacije -stupnju kristalnosti (ureenosti strukture) Primjer: EPE LD =0,2/0,5 kN/mm2 EPEHD =0,7/1,4 kN/mm2
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
5
Iz dijagrama F-l oitati vrijednosti:
x =
F =
ili pomou raunala odrediti nagib tangente na priblino linearno podruje krivulje F-l.
Vlani (rastezni) se modul elastinosti izraunava prema:
xl
abFE o
=
=
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
6
2. DUGOTRAJNA ISPITIVANJA
STATIKA IZDRLJIVOST (PUZANJE) kod polimera se ve pri sobnoj temperaturi javlja puzanje.
Opa krivulja puzanja polimera:
1. Trenutna elastina deformacija (OP)
2. Brzi rast istezanja, ali prirast pada s vremenom - primarno puzanje (PQ)
3. Priblino konstantni prirast istezanja hladno teenje (QR)
4. Prirast raste do loma (RS)
Koji se stadiji vide na grafu? Zato nisu svi stadiji prikazani?
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)_____ Vjeba 10: Ispitivanje mehanikih i toplinsko-mehanikih svojstava polimernih materijala
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
7
II. Toplinsko-mehanika svojstva polimernih materijala:
1. Toplinsko-mehanika svojstva plastomera: Odreivanje temperature omekavanja po Vicatu
Znaajka omekavanja plastomera: temperatura pri kojoj dubina prodiranja iznosi 1 mm
2. Toplinsko-mehanika svojstva duromera: Odreivanje temperature postojanosti oblika po Martensu
Znaajka postojanosti oblika duromera: temperatura pri kojoj se vrh poluge pri savijanju spusti za 6 mm
15 x 10 x 120 mm
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)______________Vjeba 11: Svojstva i primjena kompozita
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
1. UVOD Definicija kompozita:
Kompoziti - tvorevine dobivene umjetnim spajanjem dvaju ili vie materijala razliitih svojstava s ciljem dobivanja svojstava kakva ne posjeduje niti jedna komponenta sama za sebe.
Podjela kompozita prema materijalu matrice:
metalni, keramiki i polimerni kompoziti.
Dodaci kompozitu se razlikuju prema:
udjelu, veliini, obliku, razdiobi, orijentiranju. Podjela kompozita prema obliku ojaala:
a) kompoziti s esticama b) vlaknima ojaani kompoziti c) slojeviti kompoziti strukturni
kompoziti sendvi konstrukcije
Vlaknima ojaani kompoziti Ugradnjom vrstih, krutih i krhkih vlakana u ilaviju i manje vrstu i elastiniju matricu poveava se nastaje kompozitni materijal poviene vrstoe, ilavosti, krutosti, omjera vrstoa-gustoa i modul elastinosti-gustoa. Razliiti naini rasporeda vlaknastih ojaavala:
a) c) b)
kontinuirana jednosmjerna vlakna
sluajno usmjerena diskontinuirana vlakna
ortogonalno rasporeena vlakna
viesmjerno usmjerena vlakna
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)______________Vjeba 11: Svojstva i primjena kompozita
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
2. MEHANIKA SVOJSTVA KOMPOZITA Ponaanje kompozita ovisi o:
svojstvima matrice i ojaala veliini i rasporedu (raspodjeli) konstituenata volumnom udjelu konstituenata obliku konstituenata prirodi i jakosti veza meu konstituentima
Odreivanje savojne vrstoe pri razliitim omjerima razmaka oslonaca i debljine epruvete; odreivanje meuslojne vrstoe
Jednostavni nosa optereen jednom koncentriranom silom
max
, ,max 2
32m s s
F lRa b
= =
3
34sF lEf a b
=
max3
4Fab
=
A B
l
l/2
+
-
F
FB
FA FQ
F FA FB
M +
b
a
I
II III
vlakna
matrica kompozit
, N/mm2
, %
Dijagram naprezanje-istezanje jednosmjernog vlaknastog kompozita
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)______________Vjeba 11: Svojstva i primjena kompozita
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
3
Odrediti savojnu i meuslojnu vrstou polimernog kompozita (duromerna smola + staklena vlakna) Ispitivanje: 1. SAVOJNO 2. MEUSLOJNO Materijal matrice: Oblik ojaala: Ureaj: Norma: HRN EN ISO 14125 HRN EN ISO 14130 Nain optereivanja: Mjerno podruje na ureaju: Brzina optereivanja:
Dimenzije epruvete:
l, mm a, mm b, mm l/a
Fmax, N Izraunate vrijednosti mehanikih svojstva: Rm,s =
Rm,s = =
3. ZADACI
1. Izvesti jednadbu zakona mijeanja za modul elastinosti vlaknima ojaanog kompozita ako naprezanje djeluje u smjeru vlakana.
2. Izvesti jednadbu zakona mijeanja za modul elastinosti vlaknima ojaanog kompozita ako naprezanje djeluje u smjeru okomitom na smjer rasprostiranja vlakana.
3. Poliamid 66 (PA 66) ojaan staklenim vlaknima izloen je rasteznom naprezanju u smjeru vlakana. Koliki je omjer preuzimanja optereenja, Fvlakana/Fukupno, ako PA 66 sadri 30 vol. % E-stakla? Rastezni modul elastinosti PA 66 je 1,4 kN/mm2, a E-stakala 77 kN/mm2. Koliki je smisleni udio vlakana u kompozitu?
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)______________Vjeba 11: Svojstva i primjena kompozita
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
4
4. PRIMJERI PRIMJENE Polimerni kompoziti: namotavane cijevi, pultrudirani profili, razni konstrukcijski elementi... Keramiki kompoziti: lopatice turbina (ugljina vlakna u SiC) Metalni kompoziti: rezne ploice od tvrdog metala, elektrini kontakti (Ag ojaano s Wotpornost troenju i dobra elektrina vodljivost)
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)___ Vjeba 12: Izbor materijala raunalom
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
1
UVOD
Konstruktori i tehnolozi trebaju podatke i informacije o materijalima. Izvori su ili klasine podloge (katalozi, prirunici, knjige) ili elektronike baze podataka.
Primjena raunala u informiranju i odluivanju o materijalu je sve rairenija jer:
- Sve je vie razliitih vrsta materijala, - Sve je vie podataka o svojstvima pojedinog
materijala, - Nepotpuna su znanja pojedinca, - Omoguuje objektivnost, kvantificiranje i
formalizaciju odluivanja, - Omoguuju bre informiranje i odluivanje
pri razvoju proizvoda i izboru materijala.
Kriteriji za izbor materijala pri razvoju proizvoda su:
- Funkcionalnost, - Eksploatabilnost, - Tehnologinost, - Ekologinost reciklinost i unitivost, - Ekonominost raspoloivost, nabavljivost i cijena, - Normiranost standardnost, - Estetinost.
Brojne su kvantitativne metode za izbor materijala. Cilj svake metode je to objektivniji izbor najboljeg materijala. Temelj svake metode je usporedba traenih i postojeih vrijednosti svojstava materijala. Tri su naina usporedbe:
1. Zadovoljenje neke minimalne i maksimalne traene vrijednosti ili eliminacija preko nul-zahtjeva,
2. Prekrivanje polja toleriranih vrijednosti: o Niti jedan ne zadovoljava, o Jedan zadovoljava, o Vie njih zadovoljava (najee),
3. Optimiranje funkcije cilja. Na temelju konstrukcijskih zahtjeva odreuju se: funkcija, ogranienja, funkcija cilja i slobodne varijable.
Raunalna aplikacija za izbor materijala, dimenzija i oblika presjeka poluproizvoda ili proizvodnih postupaka. CES objedinjuje sve tehniki upotrebljive materijale (keramike, kompozitni materijali, pjenasti materijali, metali, prirodni materijali, polimerni materijali), te ostale materijale (vlakna i estice). Osim mehanikih, toplinskih, elektrinih, ekonomskih svojstava, za svaki su materijal definirana i svojstva vezana uz njegov utjecaj na okoli.
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)___ Vjeba 12: Izbor materijala raunalom
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
2
Skupina Podskupina Vrsta Svojstva
Stakla i keramike
Metali i legure
Polimeri i elastomeri
Hibridni materijali
elici
Cu-legure
Al-legure
Ti-legure
Ni-legure
Zn-legure
10002000300040005000600070008000
Al 6400
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6060
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6061
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Materijali
Skupina Podskupina Vrsta Svojstva
Stakla i keramike
Metali i legure
Polimeri i elastomeri
Hibridni materijali
elici
Cu-legure
Al-legure
Ti-legure
Ni-legure
Zn-legure
10002000300040005000600070008000
Al 6400
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6060
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6061
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Skupina Podskupina Vrsta Svojstva
Stakla i keramike
Metali i legure
Polimeri i elastomeri
Hibridni materijali
elici
Cu-legure
Al-legure
Ti-legure
Ni-legure
Zn-legure
10002000300040005000600070008000
Al 6400
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6060
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6061
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6400
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6400
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6060
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6060
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6061
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Al 6061
Gustoa
Meh. svojstva
Topl. svojstva
El. svojstva
Optika svojstva
Korozijska otp.
Materijali
Zadatak 1: U bazi materijala (Material Universe) druge razine (Level 2) pregledajte podjelu materijala po skupinama.
a) Koja su mehanika svojstva nehrajuih elika upisana u bazu? b) Koje su neeljezne legure? c) Koje su osnove vrste tehnike keramike? d) Naite polimer PS te pogledajte njegova svojstva, tipine
upotrebe i mogunost recikliranja.
Zadatak 2: a) Pretraivanjem (Search) po bazi materijala (Material Universe) druge razine (Level 2)
pronaite sljedee: polikarbonat (engl. polycarbonate) materijale za rezne alate (engl. cutting tools)
b) U bazi tehnolokih postupaka (Process Universe) druge
razine (Level 2) pronaite opis postupka nitriranja (engl. nitriding). Na kojim se temperaturama nitriraju elici? Koji se spojevi stvaraju i do kojih dubina?
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)___ Vjeba 12: Izbor materijala raunalom
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
3
Zadatak 3: Pomou baze materijala (Material Universe) druge razine (Level 2) nacrtajte sljedee dijagrame: a) histogramski prikaz
modula elastinosti za razliite materijale
b) kartu svojstava za modul elastinosti i gustou
Zadatak 4: Pomou baze materijala (Material Universe) druge razine (Level 2) izaberite materijale koji zadovoljavaju sljedee uvjete: a) Radna temperatura (engl. max. service temperature) iznad 200 C, b) Toplinska vodljivost (engl. thermal conductivity) vea od 25 W/m.K i c) Elektriki vodi ili izolator (engl. electrical conductor ili good insulator): dobar izolator. Zadatak 5: Pomou baze materijala (Material Universe) druge razine (Level 2): a) U histogramu granica razvlaenja (engl. yield strength ili elastic limit) izaberite materijale
s najviim vrijednostima tog svojstva (box selection). b) Dodajte na drugu os gustou. c) Izaberite materijale s niskom gustoom i visokom granicom razvlaenja (box selection). d) Zamijenite box selection s line selection (nagib = 1) i odaberite tri materijala koji
imaju najviu relativnu granicu razvlaenja.
-
Materijali II (ak. god. 2013./2014.)___ Vjeba 12: Izbor materijala raunalom
__________________________________________________________________________ Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale
4
Zadatak 6: Pomou baze materijala (Material Universe) druge razine (Level 2) izabrati materijale pogodne za izradu cijevi u izmjenjivau topline. Funkcija cilja je maksimizirati toplinsku vodljivost cijevi. Zahtjevi na materijal su: a) Radna temperatura
> 150 C, b) Istezljivost > 20%, c) Dobra ili vrlo dobra
postojanost u vodi, d) to vea toplinska
vodljivost, e) Minimalna cijena.
0_Naslovna_stranica_2013_14MATERIJALI II Plan nastave 2014MII_V1_Niz kaljenja_ ak god 2013_14Zadatak 1.Prosjena tvrdoa (HRC)Oznaka uzorka
MII_V2_Utjecaj_C_na_tvrdocu_kaljenog_celika_ak god 2013_14Navedite i objasnite osnovne uvjete zakaljivosti elika.Skicirajte jedininu eliju martenzita i oznaite parametre c i a. Kako se naziva omjer parametara c/a?Zadatak 3.
MII_V3_Ispitivanje_prokaljivosti_ak god 2013_14ISPITIVANJE PROKALJIVOSTI METODOM JOMINYTvrdoa, HRCODREIVANJE PROKALJENOSTI
MII_V4_Popustanje_ ak god 2013_14Definicija i osnovna podjela postupaka poputanjaZadatak 1Zadatak 2.Zadatak 3.
Oznaka elika :Tvrdoa, HRCMikrostruktura nakon kaljenjaMikrostruktura nakon poputanja
MII_V5_Mikrostruktura_toplinski_obradjenih_celika_2013_14Tri uzorka od istog elika za poboljavanje, sa sadrajem ugljika 0,44%, podvrgnuta su razliitim toplinskim obradama:
MII_V6_Ispitivanje_triboloskih_svojstava_2013_14MII_V7_Metalografija_Fe_ljevovaSlika 2 Mjeovita kristalizacija u Fe-C dijagramuZadatak 2:Zadatak 3:
MII_V8_Utvrdivanje konvencionalne granice razvlacenja kod celika za oprugeMII_V9_Metalografija_lakih_i_obojenih_metala_i_nehrdajucih_celikaMETALOGRAFIJA LAKIH I OBOJENIH METALAZadatak 2:Zadatak 3:METALOGRAFIJA NEHRAJUIH ELIKA
MII_V10_Polimeri_mehanicka_svojstvaTVRDOAFFFVLANA VRSTOA HRN EN ISO 527Usporedite oblik epruvete s metalnim epruvetama!MODUL ELASTINOSTI (ista norma HRN EN ISO 527)
MII_V11_Svojstva i primjena kompozitaMII_V12_Izbor materijala racunalom