Lucrari Laborator Tehnologia Materialelor

5/23/2018 Lucrari Laborator Tehnologia Materialelor

1/103

1

CUPRINS

2. Determinarea proprietilor mecanice ale materialelor................................. 22.1. Comportarea materialelor la solicitri axiale .............................................. 2

2.1.1.ncercarea la traciune.......................................................................... 22.1.2.Determinarea modulului de elasticitate a materialelor metalice.......... 13

2.1.3.ncercarea la compresiune................................................ 172.2. ncercarea la ncovoiere................................................................................ 202.3. ncercarea la forfecare.................................................................................. 222.4. ncercarea la ncovoiere prin ic (reziliena)................................................ 232.5. ncercarea la solicitri ciclice.......................................................................2.6. Determinarea duritii materialelor.............................................................. 27

2.6.1. Determinarea duritii Brinell.......................................... .......... 272.6.2. Determinarea duritii Vickers......................... .................. 312.6.3. Determinarea duritii Rockwell................................................. 342.6.4. Determinarea duritii cu ciocanul Poldi................................. 372.6.5. Determinarea duritii materialelor plastice..................... .......... 39

3. Determinarea proprietilor tehnologice ale materialelor metalice.............. 413.1. ncercarea la ndoire..................................................................................... 433.2. ncercarea la dublndoire a tablelor subiri i a benzilor............................ 453.3. ncercarea la ambutisare a tablelor sau a benzilor dupmetoda Erichsen.... 473.4. ncercrile tehnologice ale evilor................................................................. 503.5. ncercarea la refulare..................................................................................... 553.6. Determinarea contraciei liniare la rcirea aliajelor...................................... 573.7. Determinarea contraciei volumice i a retasurii la solidificarea aliajelor

turnate........................................................................................................... 593.8. Formarea manual......................................................................................... 63

4. Influena deformrii plastice asupra unor proprieti mecanice alematerialelor metalice.................................................................................. 66

5. Influena coninutului de carbon asupra unor proprieti ale oelurilor..... 696. Calculul i determinarea experimental a forei de tragere, a

deformaiilor i a influenei procesului asupra unor proprieti alematerialelor........................................................................................................ 73

7. Controlul nedistructiv al materialelor.............................................................. 777.1. Defectoscopia cu ultrasunete........................................................................ 777.2. Defectoscopia cu raze X............................................................................... 817.3. Defectoscopia cu raze gama......................................................................... 847.4. Defectoscopia magnetic.............................................................................. 87

7.5. Controlul pieselor cu ajutorul lichidelor penetrante..................................... 908. Caracterizarea pulberilor metalice................................................................... 938.1. Determinarea compoziiei granulometrice prin cernere a pulberilor

metalice........................................................................................................ 938.2. Determinarea densitii aparente a pulberilor............................................... 968.3. Determinarea densitii de tasare a pulberilor............................................... 988.4. Determinarea capacitii de curgere a pulberilor.......................................... 1008.5. Determinarea compresibilitii pulberilor metalice...................................... 101


2/103

2

2. DETRMINAREA PROPRIETILOR MECANICE ALE MATERIALELOR2.1. Comportarea materialelor la solicitri axiale2.1.1. ncercarea traciune

1. Scopul lucrrii

nsuirea noiunilor necesare determinrii caracteristicilor de rezisten i de plasticitate amaterialelor ncercate la traciune (conform SR EN 10002/1-1994). De asemenea, se urmrete

cunoaterea utilajelor, a modului de pregtire a probelor necesare ncercrii, a preluctrii i interpretriirezultatelor experimentale obinute.

2. Noiuni teoretice

Curbe caracteristice:

Deoarece strile de tensiuni ntlnite n practic sunt extrem de variate, este imposibildeterminarea experimental, n fiecare caz, a caracteristicilor mecanice ale materialelor. Din teoria strilorde tensiune limitse tie co stare de tensiune oarecare echivaleaz, pe baza anumitor criterii, cu cea maisimpl i cea mai uor de realizat stare de tensiune: aceea de la ntinderea monoaxial. De aceea

comportarea materialelor la ntindere monoaxialprezintinteres nu numai la solicitarea propriu-zislatraciune, ci i pentru toate celelalte stri de solicitare, motiv pentru care se consider c ncercarea latraciune constituie ncercarea de baz a unui material. Dac este necesar, datele obinute vor ficompletate, prin ncercri specifice altor solicitri: ncovoiere, rsucire, forfecare, solicitri compuse.

ncercarea la traciune se executaplicnd unei epruvete o foraxialcresctoare, de obicei pnla ruperea ei, nregistrnd variaiile corespunztoare pentru lungimea epruvetei.

Pentru a defini comportarea materialului la solicitare, trebuie trasat curba caracteristic amaterialului, care exprimlegtura ntre tensiunea i deformaia specific. Aceastcurbse obine, nmod convenional, n coordonate reprezentnd fora R i alungirea At. n figura 2.1 sunt prezentateformele tipice de curbe caracteristice.

n general, curba caracteristic are o poriune liniar OA, n care lungirea epruvetei esteproporionalcu fora aplicat, poriune n care este valabillegea lui Hooke. Panta dreptei OA reprezintmodulul de elasticitate convenionalal materialului, definit fie ca tangenta unghiului format de poriuneadreapta diagramei cu axa deformaiilor, E = tg , fie ca raport ntre efortul unitar i alungirea specificcorespunztoare lui n zona de solicitare sub limita de elasticitate. Deoarece n aceast faza solicitriistarea de tensiune i starea de deformare n epruvet, pe lungimea L0, sunt omogene, se poate scrie (n

aceastzona curbei caracteristice axele de coordonate R, Atpot fi nlocuite prin , ):E = /

Tensiunea corespunztoare punctului A se numete limitde proporionalitate i reprezintefortulunitar maxim corespunztor cruia alungirile ncmai sunt proporionale cu eforturile unitare. Valoarea

Fig.2.1


3/103

3

limitei de proporionalitate se obine raportnd fora corespunztoare Rp la aria seciunii iniiale aepruvetei S0i se noteazcu p:

p= Rp/ S0.Urmtorul punct important al curbei caracteristice este punctul B. n zona OB, ndeprtarea

sarcinii face ca epruveta s-i recapete, ntre repere, lungimea iniialL0; deci, n aceastzonlungireaepruvetei este elastic. Tensiunea corespunztoare punctului B poartnumele de limitde elasticitate ieste efortul unitar pentru care, n mod practic, alungirile dispar dupndeprtarea cauzei care le-a produs.Dup depirea acestei limite, materialul ncepe scapete deformri remanente (plastice). Considernd

foarte exact comportarea materialului, trebuie precizat c deformri plastice apar chiar i n zona deelasticitate, i anume n acele poriuni ale epruvetei n care orientarea cristalelor este favorabil. n cazulunor anumite materiale (oeluri, cupru, alam) poate fi considerat (suficient de precis pentru calculeinginereti) existena unei poriuni elastice i a unei poriuni de proporionalitate, neglijndu-sedeformaiile plastice care se produc chiar de la sarcini mici.

Unele materiale, cum este fonta cenuie, nu prezint o poriune elastic liniar a curbeicaracteristice. n astfel de cazuri, modulul de elasticitate se exprim n mai multe feluri: modulul deelasticitate tangent (curent E,sau iniial E0), modulul de elasticitate convenional, modulul de elasticitatede coard, etc.

Punctul A de pe curba caracteristicn care se sfrete comportarea liniar, sau punctul B, careface trecerea la zona deformaiilor plastice, nu au poziii clar precizate. Acestea se stabilesc convenional,determinarea depinznd i de sensibilitatea instrumentelor cu care se msoardeformaiile.

Limita de proporionalitate convenional l, msuratn N/mm2, reprezinttensiunea la care

modulul de elasticitate curent E atinge o abatere prescris fa de modulul de elasticitate iniial E0..Abaterea se calculeazcu relaia

(E0 - E)100/E0 [%]i se nscrie ca indice. n mod uzual, la oeluri aceast abatere este de 10 % i atunci limita de

proporionalitate convenionalse noteazl10.Limita de elasticitate convenional(pentru o lungire proporionalprescris) p, msurat

n N/mm2, reprezint tensiunea la care abaterea de la variaia proporional dintre tensiune i lungireatinge o valoare prescris (care se menioneaz ca indice la notaia tensiunii). De obicei, la oeluri se

admite abaterea de 0,01 % i astfel limita de elasticitate convenionalse noteazp0.01.Limita de elasticitate tehnic(pentru o lungire remanentprescris) r, msuratn N/mm

2este tensiunea la care lungirea specificremanentatinge o valoare prescris(nscrisca indice). n cazuloelurilor, uzual, lungirea specific remanent se stabilete la valoarea de 0,01 %, deci limita deelasticitate tehnicse noteazcu r0,01.

Lungirea epruvetei este nsoit de micorarea dimensiunilor liniare din seciunea transversal.Raportul dintre lungirea specific transversal tr i lungirea specific longitudinal se numetecoeficient de contracie transversali se noteaz.

Caracteristicile definite mai sus sunt denumite caracteristici elasticeale materialului.Zona deformaiilor plastice pronunate (dup punctul B de pe curba caracteristic) poate avea

aspecte diferite, n funcie de natura materialului. n cazul oelurilor cu coninut redus de carbon, pe curbacaracteristicapare o zonn care deformaiile plastice sunt foarte mari i se produc la o forexterioarconstant sau descresctoare (fig.2.1a). n aceast faz a ncercrii materialul curge, adic sedeformeaz, dei sarcina nu mai crete; pe curba caracteristic se obine un palier de curgere.Urmrindu-se n timpul ncercrii indicaiile sistemului de msurare a forei (sau avnd trasat curbacaracteristic), se poate determina momentul n care creterea forei nceteaz, n timp ce procesul dedeformare a epruvetei continu. Raportul dintre aceast sarcin i aria seciunii transversale iniiale aepruvetei se numete limit de curgere aparent i se noteaz Re. n timpul curgerii sarcina poatenregistra variaii ntre o valoare maximi o valoare minim. mprind aceste sarcini la aria seciuniitransversale iniiale a epruvetei se obin limita de curgere superioarReH i limita de curgere inferioarReL. Aceste doucaracteristici nu se pot determina prin urmrirea acului indicator al mainii, ci numai din

diagramele nregistrate.La materialele care nu au limit de curgere aparent stabilirea acesteia se face convenional,definindu-se:


4/103

4

Limita de curgere convenional: este raportul dintre sarcina corespunztoare unei alungirineproporionale prescrise i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei. Ea se noteazcu Rp, urmat deun indice numeric reprezentnd alungirea neproporionalprescris. La oeluri aceastalungire este de0,2 % i atunci notaia este Rp0,2.

Limita de curgere remanent, notatRr, reprezintraportul dintre sarcina corespunztoare uneialungiri remanente prescrise i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei. Alungirea remanent

prescrisse menioneazca indice la Rr. n cazul oelurilor, uzual, alungirea remanenteste 0,2 %, astfelclimita de curgere remanentse noteazRr0,2.

Pe msur ce se accentueaz gradul de deformare plastic n zona de curgere, metalul seecruiseaz. De aceea, fora necesardeformrii epruvetei ncepe screascpnn punctul D al curbeicaracteristice care corespunde sarcinii maxime din timpul ncercrii, Fmax, iar zona aflat naintea

punctului D se numete zonde ecruisare(de ntrire).n aceastfaza ncercrii se observdestul debine variaii uniforme de lungime ale epruvetei, pe msura creterii forei (cretere care, n raport cucreterea lungimii, este de cteva sute de ori mai lentdect n zona elastic). La un moment dat, ntr-oanumit poriune a epruvetei apare o subiere (gtuire), care se accentueazdestul de rapid deoarecedeformarea epruvetei n continuare a epruvetei are loc numai n zona gtuirii la fore tot mai mici(deoarece seciunea epruvetei scade continuu). Epruveta se rupe la fora corespunztoare punctului E de

pe curba caracteristic, denumitsarcinultim, Fu. Poriunea DE se numete zonde curgere local.Materialul a crui comportare a fost descrismai nainte i a crui curbcaracteristicaratca n

figura 2.1a, se numete tenace.Tenacitatea este proprietatea materialelor care se caracterizeazprin faptul cruperea are loc la sarcinimari i este nsoitde deformaii plastice substaniale.Ductilitatea este proprietatea materialelor de a se deforma mult sub aciunea unor sarcini mici.Materialele ale cror curbe caracteristice au forma din figura 2.1b (frpalier de curgere) pot fi maleabilei ductile. n aceastcategorie intrcuprul, aluminiul, plumbul etc.

n cazul multor materiale, cum ar fi oelurile pentru arcuri, unele oeluri clite, fonta, i altele,ruperea epruvetei se face brusc, cu producerea unei gtuiri nensemnate, care nu se observ n modobinuit. Aceste materiale se numesc fragile, iar curba lor caracteristic are forma din figura 2.1c.Materialele fragile au o anumitalungire la rupere, dar aceasta este foarte redus(sub 2 %, uneori chiarsub 1 %). La ncercarea la traciune a unui material fragil, fora maximi fora ultimdin epruvetsuntaceleai.

Raportul dintre fora maxim i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei se numeterezistenla rupere, se noteaz r(sau Rm) i se msoarn N/mm

2(sau n MPa):

r= Fmax / S0[N/mm2]

n cazul materialelor cu fragilitate pronunat,rezistena la rupere este, practic, aceeai cu limita decurgere.

S-a menionat cntreruperea ncercrii la traciune

cnd ncnu s-a depit limita de elasticitate i nlturareaforei determinrevenirea epruvetei la dimensiunile iniiale.Dac se ntrerupe ncercarea dup depirea limitei deelasticitate, de exemplu n punctul P (fig.2.2a) se constatexperimental c legtura dintre for i lungirea epruvetei,la descrcare, este dat de dreapta PM, paralel cu OA.

Segmentele OM i MN reprezintdeformaiile plastici respectiv elasticpe care le avea epruveta npunctul P. Dacepruveta este rencrcat, variaia forei cu lungirea se desfoarpe linia MP, apoi pelinia PDE, ca i cum nu s-ar fi ntrerupt ncercarea. Este posibil, deci, ca ncercnd la traciune o epruvetdintr-un material ecruisat, curba caracteristicsarate ca n figura 2.2b, adicsdifere de cea adevratdin figura 2.2a i sindice o limitde elasticitate mai mare.

Dupcum s-a artat mai sus, dupce se depete limita de elasticitate, deformaiile mari pe carele captepruveta ncep sproduco micorare importanta seciunii transversale. Din aceast cauz,tensiunea real din epruvet, egal cu raportul dintre fora de traciune nregistrat de main i aria

Fig.2.2


5/103

5

seciunii momentane reale, este mai mare dect valoarea convenionalobinutprin mprirea forei laaria seciunii iniiale.

Dac n sistemul de coordonate R, At se obine o curb caracteristic ABCDE convenional,atunci curba caracteristicrealaratca n figura 2.3. Dei n punctul D fora ncepe sscad, tensiuneareal crete n continuare deoareceepruveta se gtuiete iar seciuneaacesteia scade rapid. Pn la apariiagtuirii, alungirea specific era

aceeai pe toat lungimea epruvetei,aa nct alungirea At=L/L0 ialungirea specific erau identice.Dup gtuire, epruveta sufer olungire local pronunat (fig.2.4) icurba caracteristic real, dup

punctul D, este cresctoare pn npunctul E. Alungirea specific realla rupere este mai mare dectalungirea la rupere determinat cu

baza de msurare L0.

Epruvete destinate ncercrii la traciune:

Forma i dimensiunile epruvetei trebuie sndeplineascurmtoarele condiii: Dimensiunile epruvetei trebuie sfie suficient de mari, astfel nct pe de o parte, rezultatele snu fie

influenate de particularitile de comportare ale unor formaiuni cristaline ale metalului i, pe de altparte, lungirea sse poatmsura cu suficientprecizie.

Sexiste, ntr-o anumit zona epruvetei, o stare de tensiune omogen nct tensiunile locale careapar n poriunile de prindere ale epruvetei sfie minime i snu influeneze starea de tensiune dinzona principal a epruvetei. Faptul c exist o stare de tensiune omogen prezint dou avantaje

importante: pe curba caracteristicse poate observa uor momentul apariiei deformaiilor plastice irelaiile de calcul pentru obinerea tensiunilor i deformaiilor specifice sunt foarte simple.

Forme constructive, dimensiuni:

Pentru ca rezultatele ncercrilor la traciune s fie comparabile este nevoie ca epruvetele srespecte anumite condiii de form, dimensiuni i prelucrare.

n mod obinuit, epruvetele au seciunea circular (epruvete rotunde) sau dreptunghiular(epruvete plate), cu raportul laturilor seciunii mai mic dect 4:1.

Formele uzuale i principalele dimensiuni ale unei epruvete destinate ncercrii la traciune suntprezentate n figura 2.5.

Semnificaiile notaiilor din figursunt urmtoarele:Lt lungimea totala epruvetei;Lc lungimea calibrat a epruvetei (lungimea poriunii de seciune constant n limitele

toleranelor prescrise);L0 lungimea iniial, marcatprin dourepere trasate n interiorul lungimii calibrate. n vederea

determinrii alungirii la rupere, lungimea iniialse mparte n trei pri egale pentru ncercrile obinuite,sau n zece pri egale pentru determinarea alungirii la rupere indiferent de poziia seciunii de rupere.Dacmaterialul epruvetei este sensibil la crestare, atunci reperele de margine i cele intermediare nu setraseazprin zgriere;

d0 diametrul iniial al epruvetei (diametrul seciunii iniiale a epruvetei rotunde), n poriuneacalibrat, sau diametrul echivalent al epruvetei plate care are grosimea ini iala0i limea iniialb0i

pentru care 000 13,1 bad = .

Fig.2.3


6/103

6

Lungimea iniialL0i diametrul iniial d0se aleg n aa fel nct raportul n = L0/d0 ,numit factordimensional, s aib valoarea n = 5 sau n = 10. Corespunztor acestor valori, epruveta se numete

proporional normal sau proporional lung. Este necesar impunerea valorii factorului dimensionalpentru a obine alungiri la rupere comparabile, la epruvete cu diferite seciuni. n cazuri speciale se potutiliza i epruvete neproporionale.

Lungimea calibratse alege n aa fel nct de la marginile ei i pnla reperele care delimiteazlungimea iniialsfie o distande cel puin din d0, ceea ce nseamncvaloarea minima acesteiaeste Lc= L0 + d0 ; n mod normal Lc= L0 + 2d0.

Capetele de prindere ale epruvetei trebuie sfie coaxiale cu poriunea calibrat, pentru a asigurasolicitarea la traciune simpl. Forma i dimensiunile lor se aleg n funcie de dispozitivele de prindere alemainii de ncercat. ntre captul epruvetei i poriunea calibrat se executo racordare cu raza de cel

puin 0,5 din diametrul d0la epruvetele rotunde i de cel puin 20 mm la epruvetele plate.Pentru cercetarea caracteristicilor mecanice ale unui material se pot folosi i epruvete cu alte

dimensiuni. Acestea sunt standardizate i valorile lor pot fi gsite n SR EN 10002/1-94.n cazul ncercrii fontelor cenuii, n afar de prescripiile generale exist i condiii tehnice

specifice. ncercarea se execut pentru a determina caracteristicile mecanice ale materialului i aidentifica marca fontei. Epruvetele sunt de doutipuri, A i B, avnd formele din figura 2.6a, respectiv2.6 b. Capetele cilindrice ale epruvetei pot fi netede sau filetate; dacsunt netede, acestea trebuie sfie

prinse n ntregime n dispozitivele mainii de ncercat, iar dacsunt filetate se nurubeaz n bacurile

mainii, astfel nct cel puin o spirsrmnliber.Forma epruvetei din fonti recomandrile de montare sunt determinate de faptul cfonta este un

material fragil i se rupe, de obicei, n apropierea unui capt, obinndu-se astfel o rezistenla rupere mai

Fig.2.5

Fig.2.6


7/103

7

micdect cea real. Epruvetele de acest fel, cu loc de rupere predeterminat, se folosesc uneori i n cazuloelurilor clite cu duritate mare.

Epruveta se executprin achiere, cu adncimi de achiere mici, din proba de material luatdinsemifabricate conform standardelor. Dacmaterialul este casant, suprafaa epruvetei trebuie lefuit cu

pnzabraziv(avnd grijsnu se creeze rizuri circulare). Rizurile care marcheazlungimea calibrataepruvetei sau care subdivid aceastzonse traseazcu dispozitive speciale.

Dacbara are grosimea 40 mm sau banda are limea 30 mm, proba extraspoate fi supusdirect ncercrii la traciune fra executa o epruvet.

n cazul ncercrii la traciune a fontei cenuii, probele din care se vor prelucra epruvetele setoarnodatcu piesele, n forme uscate, n aceeai formde turnare, sau se toarnca apendice la pies.Un eventual tratament termic se executconcomitent pieselor i probelor. n unele situaii, probele se pottia chiar din corpul piesei.

n cazul produselor din metale i aliaje neferoase locul i poziia de luare a probei sunt prevzuten STAS 8394-69, n funcie de tipul produsului, direcia de deformare, grosime (pentru table, benzi i

plci), sau mrimea seciunii (pentru bare, evi, srme, profile). n toate situaiile n care se recomandfolosirea epruvetelor plate, suprafaa epruvetei trebuie s coincid cu suprafaa produsului (s pstrezestratul superficial neprelucrat).

3. Maini i utilaje

Maina de ncercat

Exist numeroase variante constructive ale mainilor de ncercat, determinate de procedeul deproducere a sarcinii i a modului de msurare a acesteia.

Maina universal dinfigura 2.7 are un cadru fix formatdin coloanele 1 (fixate pe batiu) itraversa 6. Pompa hidraulictrimiteulei n cilindrul 7, care este fixat petraversa 6. Pistonul din cilindrul 7,deplaseaz n sus cadrul mobilformat din traversele 4 i 9 icoloanele 8. Astfel se poate executancercarea la traciune a uneiepuvete montate ntre bacurile 2 i3, ncercarea la compresiune a uneiepruvete aezate ntre platourile de

pe traversele 4 i 6, sau ncercareala ncovoiere, utiliznd reazemele5. Folosind dispozitive adecvate se

poate efectua i ncercarea laforfecare. Uleiul sub presiune dincilindrul 7 ajunge i n cilindrul 11

pentru a deplasa n jos cadrul 12 cerotete pendulul 10, care antreneaz(printr-un mecanism special) aculindicator. 13.Dispozitivul pendular pentrumsurarea forei de traciune are trei greuti diferite care permit funcionarea mainii cu msurarea foreintre urmtoarele limite: greutatea mic, pentru fore de traciune pn la 4 tf. Valoarea forei se citete pe scala interioara

cadranului; greutatea micplus cea mijlocie, pentru fore de traciune pnla 10 tf. Valoarea forelor se citete pe

scala mijlocie a cadranului;

Fig.2.7


8/103

8

toate cele trei greuti, pentru fore de traciune pn la 20 tf. Valoarea forelor se citete pe scalaexterioara cadranului.Cadranul are dou ace indicatoare: unul acionat de dispozitivul de msurare i cellalt, purtat de

primul, care se oprete la valoarea forei maxime de traciune, n timp ce acul purttor se ntoarce la 0odatcu descrcarea epruvetei.

Mainile care au acionare hidraulici la care msurarea forei se face cu manometrul cu arc saucu pendul pot avea accesorii ca: dispozitiv pentru nregistrarea diagramei for-alungire (acest nregistrator are un tambur, pe

generatoarea cruia se deplaseazpenia, acionatpe cale mecanicde sistemul de foral mainii;micarea de rotaie a tamburului este comandatde semnalul electric primit de la un extensometrumontat pe epruvet);

dispozitiv pentru meninerea constanta sarcinii; dispozitiv pentru programarea unei viteze constante de ncrcare; unitate de reglare automat, care permite programarea ncrcrii sau a lungirii i care, n plus,

compenseazautomat elasticitatea proprie a mainii de ncercat sau a cilindrului de for, fcnd cainstalaia sdevinextrem de rigid.

Mainile de ncercat trebuie sndeplineascanumite condiii tehnice i metrologice. Parametriimetrologici caracteristici pentru o mainde ncercri statice la traciune, compresiune i ncovoiere sunturmtorii: eroarea relativ de fidelitate a indicaiilor, eroarea relativ de revenire, eroarea relativ derevenire la zero, pragul de sensibilitate. Aceste caracteristici trebuie saibvalori corespunztoare claseide precizie a mainii.

Dispozitive de prindere a epruvetei:

Epruvetele pot avea diferite tipuri de capete de prindere, n funcie de dispozitivele de fixare alemainii de ncercat.

Pentru epruvete cilindrice rotunde, SR EN 10003/1-94 recomandcapete de prindere cilindrice,conice sau filetate. Corespunztor acestor forme, prinderea n dispozitivul de fixare al mainii se poateface cu pene avnd suprafaa striat, (plat sau cu canal n direcia axial a epruvetei) care se strng

automat (fig.2.8 a), sau prin intermediul unui inel cu suprafaa de sprijin sferic(fig.2.8 b, c).n cazul epruvetelor plate, capetele de prindere pot fi cu sau frgaurpentru bol. Dacnu au

gaurpentru bol, prinderea se face n dispozitivul pancontrapancu suprafaa plat, striat(fig.2.8 a).

4. Desfurarea ncercrii

Pentru buna desfurare a lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se msoar dimensiunile iniiale ale epruvetei i se traseaz reperele care i delimiteaz lungimea

iniial L0 ca i reperele de divizare a acestei lungimi, dup cum s-a artat la descrierea epruvetei.Valorile se nscriu n tabelul 2.1.

Se verificbuna funcionare a mainii de ncercat.

Fig.2.8


9/103

9

Se nfoar hrtia pentru nregistrarea diagramei pe tambur i se ncarc penia cu cerneal,sprijinindu-i apoi vrful pe hrtie.

Se prinde epruveta n dispozitivele de prindere, avnd grij ca flcile lor s corespund tipului idimensiunilor capetelor epruvetelor.

Se pune n funciune maina i se pompeazulei n cilindru, reglndu-se astfel debitul de ulei, nctviteza de ncrcare a epruvetei snu depeascvaloarea de 1 daN/mm2.s-1pnla depirea limiteide curgere.

Pentru stabilirea limitei de curgere se urmrete continuu deplasarea acului indicator pentru a

reine valoarea sarcinii corespunztoare limitei de curgere fizic (dacmaterialul care se ncearcare oastfel de limit). n acest sens, atunci cnd acul oscileaz, epruveta continund s se alungeasc, se va

Fig.2.9


10/103

10

nota valoarea minima forei ce apare n cursul oscilaiilor. Dacse constatnumai o oprire a creteriiforei de traciune se noteaz valoarea respectiv F0. Dac materialul ncercat nu prezint limit decurgere fizic, atunci i se determincea convenional, Rp0,2, pentru care, dupterminarea ncercrii, sedeterminvaloarea forei F0,2printr-o construcie graficpe diagrama nregistrat(se traseazo paralelcu poriunea dreapta diagramei de la punctul de pe axa absciselor egal cu L=0,2L0 /100 i se citeteordonata F0,2corespunztoare, respectndu-se scara la care a fost desenatdiagrama). Limita de curgerese calculeaz fcnd raportul dintre valoarea forei corespunztoare, F0 sau F0,2, i aria seciuniitransversale iniiale a epruvetei S0.

Stabilirea rezistenei la ruperea materialului ncercat. Se noteazvaloarea forei maxime careapare n timpul ncercrii epruvetei Fmaxi se calculeazrezistena la rupere prin mprirea lui Fmaxcu S0.Stabilirea alungirii relative la rupere. La epruvetele normale sau proporionale scurte care s-au

rupt n treimea mijlocie a lungimii dintre reperele extreme ca i la cele lungi care s-au rupt la o distandecel puin 1/5 din lungimea dintre aceste repere, alungirea relativ la rupere se determinprin msuraredirect, dup cum urmeaz: se pun cele dou buci ale epruvetei cu prile de rupere cap la cap,apsndu-le astfel nct s rezulte un contact ct mai bun ntre ele i se msoar lungimea Lu dintrereperele extreme. Alungirea relativla ruperese calculeazcu ajutorul relaiei:

A = [(Lu L0)/L0].100[%].Alungirea relativ la rupere determinat n acest fel este valabil, indiferent de poziia gtuirii,

dacvaloarea obinutse ncadreazntre limitele prescrise pentru materialul ncercat. n cazul formrii

gtuirii n afara limitelor artate mai sus, valoarea obinut pentru alungirea relativ la rupere prinmsurare direct este mai mic dect cea obinutpentru acelai material, n cazul formrii gtuirii nzona mijlocie a epruvetei. Acest fapt se explicprin aceea c, dupapariia gtuirii, alungirile specificedin aceastzonsunt mult mai mari dect cele din rest.

Alungirea specific a ntregii epruvete fiind media sumei alungirilor specifice ale fiecreidiviziuni a epruvetei. n cazul unei gtuiri centrale ea este mai mare (fig.2.9a) dect n cazul unei gtuirimarginale (fig.2.9b).

n cazul n care lungimea iniiala epruvetei se divizeazn zece pri egale, alungirea la rupere sepoate determina independent de poziia seciunii de rupere n cadrul lungimii iniiale. n cazul general, ncare lungimea iniial are un numr total de N intervale, lungimea dup rupere se determin princumularea msurrilor lungirilor pariale din zona rupturii, dup urmtorul procedeu: se stabilesc doulungimi de msurat - figurile 2.10a i 2.10b: lungimea OP, care conine seciunea de rupere, este delimitat de reperul marginal O al poriunii

scurte a epruvetei rupte i reperul P de pe primul interval ntreg de pe poriunea lunga epruveteirupte; lungimea OP conine n intervale;

lungimea PQ (fig.2.10a) sau lungimile PQ i PQ (fig.2.10b) de pe poriunea lung; dacnumrul (N-n) este par, se stabilete PQ = (N-n)/2, iar lungimea dupruperea epruvetei este: Lu = OP+2PQ; dacnumrul (N-n) este impar, se stabilesc PQ=(N-n-1)/2 i PQ= (N-n+1)/2, iar Lu=OP+PQ+PQ.

Pentru N = 10 sunt posibile situaiile din fig.2.11. Gtuirea relativla rupere, Z, se calculeazca raport ntre diferena dintre aria seciunii iniiale i aria

seciunii ultime a epruvetei, i aria seciunii iniiale; se exprimn procente:

Z = [(S0 Su)/S0].100 [%].

Aria seciunii ultime este aria seciunii transversale a epruvetei n zona de rupere. Evaluareaacesteia se face n urmtoarele condiii convenionale de msurare a dimensiunilor:

Fig.2.10


11/103

11

dac epruveta este rotund, diametrul seciunii de rupere se consider ca fiind media aritmetic adimensiunii transversale maxime i a celei minime;

dacepruveta este plat, drept seciune ultimse considerun dreptunghi ale crei laturi sunt egale cudimensiunile minime msurate n seciunea rupturii.

Alungirea i gtuirea la rupere sunt doumrimi ce caracterizeazmaterialul din punct de vedere

tehnologic i nu sunt utile pentru calculele de rezisten. Acestea se refer lacomportarea materialului epruvetei ntr-o zonlimitat, n care, dupatingereasarcinii maxime, se produc deformaii locale mult mai mari dect n rest.

Analiza formei i aspectul epruvetei duprupere:

Ruperea unui material poate fi ductil, fragil sau mixt. n cazulruperii ductile, materialul permite deformaii plastice puternice, iar n cazulruperii fragile, fisura se propagbrusc, nu se produce o deformaie globalaunei zone a materialului, ci doar o microdeformaie local pe suprafaa derupere (microdeformaie ce nu se observdect la analiza prin difracie cu razeX).

n cazul epruvetelor supuse la traciune, ruperea fragil produce oseciune de separaie normal pe ax (fig.2.12a). Acest tip de rupere apare

Fig.2.11

Fig.2.12


12/103

12

brusc, frnici o manifestare prealabil, iar seciunea de rupere prezinto structurgrunoas.Epruvetele executate din materiale foarte plastice (aur, plumb) capt o gtuire mare, iar n

momentul ruperii seciunea poate ajunge chiar la un punct (fig.2.12b). Materialele cu ductilitate medie (deexemplu oelurile carbon) au, nainte de rupere, o gtuire destul de pronunat. La acestea ruperea ncepedin centrul seciunii epruvetei i se propagpe direciile tensiunilor tangeniale maxime (la 45), aspectulsuprafeei de rupere fiind acela din figura 2.12c, denumit con-crater.

Factori care influeneazrezultatele ncercrii:

Pentru un anumit material, caracteristicile mecanice de rezistenpot dobndi valori diferite, nfuncie de condiiile n care s-a efectuat determinarea lor experimental. Factorii care determinrezultatele ncercrii i care produc, o modificare aparenta valorilor caracteristicilor mecanice de rezisten sunt: dimensiunile epruvetei, viteza de solicitare i

caracteristicile mainii de ncercat.Diametrul epruvetei influeneazrezultatul ncercrii dacscade sub 4-5 mm. n cazul n care este

foarte mic (zecimi de milimetru) se obine o valoare a rezistenei la rupere sensibil mai mare dect aceeadeterminatcu epruvete uzuale.

Lungimea poriunii calibrate a epruvetei influeneazvaloarea alungirii la rupere. n cazul cnd sefolosesc epruvete lungi, alungirea la rupere rezult mai mic dect alungirea determinat pe epruvete

scurte.Viteza de solicitare influeneazrezistena la rupere i alungirea n felul urmtor: cu ct ncrcarea

se face mai lent, cu att rezistena la rupere este mai mic, iar alungirea la rupere este mai mare.Caracteristicile mainii de ncercat influeneazaspectul curbei caracteristice n zona de curgere.

Dacsistemul de msurare al mainii are inerie mare, atunci nu sunt obinute limitele de curgere. Acelailucru se ntmpli la sistemele cu inerie mic, dacviteza de ncrcare este mare.

ncercri speciale la traciune

n unele cazuri intereseazcomportarea la traciune nu a unui material, ci a unui produs care nutilizarea lui normal este supus unei solicitri de traciune. n aceast situaie se gsesc produse ca:lanuri, cabluri, evi, srme, benzi etc.

Pentru ncercarea de rupere la traciune a evilor se recomandconsultarea STAS 67718-76 i aSTAS 10782-76, iar n ceea ce privete ncercarea de rupere la traciune a srmelor i cablurilor, acestease efectueazconform STAS 6951-76, respectiv STAS 2172-74.

5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Rezultatele obinute se trec n tabelul 2.1, se discuti pe baza lor se cautidentificarea calitiimaterialului:

Tabelul 2.1Material d0[mm]

a0[mm]

b0[mm]

L0[mm]

S0[mm2]

Fc[N]

Fmax[N]

F0,2[N]

du[mm]

au[mm]

bu[mm]

Lu[mm]

L[mm]

Su[mm2]

c[N/mm2]

0,2[N/mm2]

r[N/mm2]

A[%]

Z[%]


13/103

13

2.1.2. Determinarea modulului de elasticitate a materialelor metalice

1.Scopul lucrrii

nsuirea metodologiei, cunoaterea aparatelor i calculul modulului de elasticitate a materialelormetalice. Se va face un studiu comparativ privind modulul de elasticitate a dou sau trei categorii de

materiale distincte (oel, alami aluminiu).

2. Noiuni introductive

Pentru aprecierea metalelor cu privire la posibilitatea folosirii lor n construcia de maini este de odeosebitde importansse cunoasc, n afara rezistenei de rupere la traciune, i comportarea elastica acestora. Din aceastcauzeste necesar sse determine unele caracteristici de elasticitate.

Conform STAS 1029-75, n urma ncercrii la traciune efectuate n condiiile atmosferei ambianteprevzute n STAS 6300-74 se pot determina i urmtoarele caracteristici elastice:

modulul de elasticitate longitudinal; coeficientul de contracie transversal; limita de proporionalitate convenional; limita de elasticitate convenional; limita de elasticitate tehnic.

Acest standard face referiri la determinarea caracteristicilor de elasticitate pentru produsele iepruvetele cu diametru mai mare sau egal cu 3 mm. Pentru alte produse standardul se aplicnumai ncondiiile specificate n standardul de produs sau standardul de ncercare la trac iune a produsuluirespectiv.

Limita de elasticitate convenional p (pentru o lungire proporional prescris) reprezinttensiunea la care abaterea de la variaia proporionaldintre tensiune i lungire atinge o valoare prescrisi indicatca indice a tensiunii. La oeluri, n mod uzual se admite o abatere de 0,01% i se noteazp0,01,

(N/mm

2

)Limita de elasticitate tehnicr, (pentru o lungire remanentprescris) reprezinttensiunea lacare lungirea specificremanentatinge o valoare prescrisi indicatca indice al tensiunii. La oeluri, nmod uzual, se adopto lungire specificremanentde 0,01% i se noteazcu r0,01, (N/mm

2).Modulul de elasticitate longitudinal E, n general, reprezintraportul dintre tensiunea normali

deformaia specific, n condiiile n care tensiunea nu depete limita de proporionalitate.Modulul de elasticitate longitudinal este de mai multe feluri, i anume:

modul de elasticitate tangent; modul de elasticitate de coard; modul de elasticitate mediu; modul de elasticitate convenional.

Aceste module de elasticitate se difereniazntre ele numai prin modul lor de determinare i iaun considerare faptul caspectul curbei caracteristice convenionale a ncercrii la traciune nu are o zonde proporionalitate perfect liniar.

3. Epruvete, aparaturi utilaje

Forma i dimensiunile epruvetelor destinate determinrii modulului de elasticitate i a celorlaltecaracteristici elastice sunt aceleai cu cele recomandate pentru ncercarea la traciune SR EN 10002/1-94:

epruvet rotundnormalcu diametrul d0= 10 mm, lungimea iniialL0= 50 mm i lungimeacalibratLcL0+ 2d0

epruveta rotundproporionallungcu diametrul d0= 10 mm, lungimea iniialL0= 100 mm ilungimea calibratLcL0+ 2d0 epruvet plat proporional normal cu grosimea a0 = 5 mm, limea b0 = 16 mm, lungimea

iniialL0= 50 mm i lungimea calibrat 00 2 SLLc += ;


14/103

14

epruvetplatproporionallungcu grosimea a0= 5 mm, limea b0= 16 mm, lungimea iniialL0= 100 mm i lungimea calibrat 00 2 SLLc += ;

Msurarea dimensiunilor epruvetelor se face cu precizia de: 0,02 mm la dimensiuni mai mici sau egale cu 50 mm; 0,05 mm la dimensiuni de peste 50 mm.

Dimensiunile epruvetelor se stabilesc ca medie aritmetic a valorilor obinute n urmamsurtorilor efectuate n douplane transversale diferite pe lungimea poriunii calibrate.

Fora aplicat asupra epruvetei se msoar cu sprijinul pendulului manometric specific mainiiuniversale de ncercate (existent n laborator) i care permite stabilirea valorii acesteia cu precizie mare petot parcursul ncercrii.

Montajul epruvetei n dispozitivul de prindere a mainii de ncercat trebuie s fie fcut cu mareatenie pentru asigurarea coaxialitii dintre fora de tragere i axa probei, astfel nct sse realizeze ouniforma epruvetei de-a lungul fiecrei generatoare. Se admite o diferenntre diferenntre lungirilemsurate pe fibrele exterioare opuse ale epruvetei de cel mult 5% din valoarea lungirii maxime. Abatereade la axialitate se determinprin msurarea lungirilor specifice pe doufibre diametral opuse, respectiv

pe doufee paralele ale epruvetei plane dispuse n planul axelor coloanelor mainii de ncercat i ntr-unplan normal pe primul.

Msurarea lungirii specifice longitudinale sau transversale (dup caz) se realizeaz cu aparate

montate direct pe epruveti care trebuie sasigure urmtoarea precizie: 5 % din valoarea prescrislungimii specifice, la determinarea limitei de elasticitate convenionalei tehnice;

10 m/mm la determinarea modulului de elasticitate longitudinal, coeficientul de contracietransversali a limitei de proporionalitate.Msurarea lungimii se face cu ajutorul unor aparate numite extensometre care, din punct de

vedere constructiv pot fi: mecanice, electronice (inductive) i optice. Extensometrele mecanice ielectronice (inductive) se fixeazdirect pe suprafaa epruvetei prin intermediul unor vrfuri ascuite fixei mobile. Cuitele mobile (vrfurile) sunt n legturcu, dupcaz, fie cu tija palpatoare a unor ceasuricomparatoare (n cazul extensometrelor mecanice), fie cu tija unui miez de fier ce se mi cn interiorulunei bobine (n cazul extensometrelor electronice). Extensometrul electronic este format din (fig. 2.13):

extensometrul propriu-zis 1; capul de reducere; blocul de alimentare la reea 2; aparatul de nregistrare 3.

Extensometrul propriu-zis, figura 2.13, este format din douelemente de msurare separate (ca in cazul extensometrelor mecanice) care recepioneaz variaiile de lungime a dou fibre opuse aleepruvetei. Elementele de msurare au fiecare dintre ele cte un cuit fix 4 i cte unul mobil 5. Cuitele

mobile sunt legate la un transmitorinductiv 6 i mpreunsunt fixate ntr-un suport care permite fixarea mult

mai simpl a aparatului pe prob.Distana iniialdintre tiul fix i celmobil poate lua valori diferite, prinschimbarea cuitelor fixe.

Capul de reducere se folosetepentru nregistrarea curbelor de pnla 3 mm, n cazul ncercrilor lancovoiere i compresiune.

Blocul de alimentare 2 estesituat ntre extensometrul propriu-zisi aparatul de nregistrare, avnd rolul

ca, pe lngalimentarea cu curent a sistemului, spermitcuplarea treptelor de amplificare a semnaluluide la 20:1 pnla 200:1 pentru capul de reducere (butoanele 7) i de 200:1 pnla 2000:1 (butonul 8)

pentru extensometrul inductiv.

Fig.2.13


15/103

15

Aparatul de nregistrare servete la nregistrarea variaiilor de lungime n raport cu fora aplicatasupra probei. Funcionarea extensometrului inductiv este urmtoarea: Variaia de lungime a probei

provoaco deplasare a cuitului mobil 5 care, la rndul su, determino modificare a poziiei miezului defier 9 n interiorul traductorului inductiv. Traductorii inductivi sunt formai din bobine prin care trececurent electric i sunt legai ntre ei cu transformatori difereniali. Aceeai tensiune ce este aplicat la

bobinele traductorului se aplici asupra potenialului de msurare din aparatul de nregistrare de undepoate deriva o tensiune parial. Aceast tensiune parial se compar cu tensiunea secundar atraductorului care se modific prin schimbarea poziiei miezului de ferit. Dac apare o diferen de

tensiune, aceasta este amplificati pune motorul reversibil din aparatul de nregistrare n funciune.

4. Desfurarea lucrrii

Pentru efectuarea lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se pun sub tensiune blocul de alimentare i maina universalde ncercat; Se cupleaz blocul de alimentare, prin apsarea butonului de pornire, i, una din treptele de

transformare 7 (20:1, 100:1, 200:1) prevzute pentru capul de reducere i respectiv 8 pentruextensometrul inductiv (200:1, 1000:1, 2000:1);

Se fixeazhrtia necesartrasrii curbei caracteristice pe aparatul de nregistrat; Se fixeaz epruveta E n bacurile mainii de ncercat dup care se monteaz extensometrul pe

suprafaa acesteia; Cu ajutorul regulatorului de poziionare 9 a blocului de alimentare se pune tamburul de

nregistrare la zero pentru a evita apariia unei diferene la msurarea n dou sensuri. Lanregistrarea variaiei de lungime , tamburul se rotete spre stnga;

Se aplicfora n mod lent i continuu avnd grijca viteza de solicitare elasticsfie cuprinsntre 1...10 N/mm2s-1;

Diagrama ncrcrii la traciune pentru un domeniu preponderent elastic se nregistreazgrafic,dac se folosete extensometrul inductiv, sau se traseaz prin puncte (citind fora pe aparatulmainii de ncercare i deformaia la cele dou ceasuri comparatoare) cnd se foloseteextensometrul mecanic.

5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Pe diagrama trasatde aparatul de nregistrare se trece fora, pe ordonat, i lungirea pe abscis.Dacapare o distorsiune (deformaia nu pornete din momentul F = 0) n punctul zero, partea dreaptacurbei trebuie prelungitpnla linia zero a variaiei de lungime (fig. 2.14). Se duce o paralella dreaptacorespunztoare poriunii pe care este valabillegea lui Hooke la o distanegalcu procentajul prescris

al lungimii de msurare.Limita de elasticitate remanentcorespunde punctului de

intersecie a dreptei cu curba caracteristic trasat Ladeterminarea modulului de elasticitate se folosete relaia:

=E

Pentru cn diagramsunt reprezentate fore n locul tensiunii ivariaiile lungimii L n locul deformaiei specifice , estenevoie a se face urmtoarele calcule:

A

F= ,

n care:F este fora ce acioneazasupra materialului [daN];A aria seciunii transversale a epruvetei [mm2].

0LL=

n care:L0este distana dintre cuitul fix i cel mobil al extensometrului.

Fig.2.14


16/103

16

Astfel se obine relaia de determinare a modulului de elasticitate care captforma:

LA

LFE

= 0

Cnd determinarea deformaiei se face cu ajutorul extensometrului mecanic, valorilecorespunztoare forei de ncercare a probei, citite pe cadranul comparatorului, se trec n tabelul 2.4.

Pe baza rezultatelor din tabel se va construi curba de variaie F = f(Lmed) i se va proceda ladeterminarea modulului de elasticitate ca i n cazul diagramelor obinute n urma ncercrii i folosiriiextensometrului inductiv. Se vor face determinri pe materiale diferite, se vor compara i se vor interpreta

rezultatele obinute.

Tabelul 2.2.

Nr.Crt. F[daN]

L1[m]

L2[m]

Lmed[m]

1.2.3.4.


17/103

17

2.1.3. ncercarea la compresiune

1. Scopul lucrrii

Lucrarea i propune nsuirea noiunilor necesare desfurrii practice a ncercrii lacompresiune, a determinrii experimentale i a calculului principalelor caracteristici de rezisten i de

plasticitate a materialelor. De asemenea, se urmrete cunoaterea i exploatarea mainilor i aparaturiidestinate acestui scop.

2. Noiuni introductive

ncercarea la compresiune se execut, de obicei, pentru determinarea proprietilor mecanice alematerialelor fragile (la rece sau la cald), care au o rezisten mic la traciune (fonte, metale i aliaje

neferoase etc.). Prin aceastncercare se determinscurtarea irezistena de rupere lacompresiune, conform STAS1552-78, dac nu se solicit ideterminarea altor caracteristici n

documentaia tehnic.Principala problem pe

care o ridic ncercarea lacompresiune este aceea arealizrii unei stri de tensiuniomogene n epruvet. Dacepruveta are form cilindric(fig.2.15), starea de tensiunemonoaxial este modificatdatorit frecrilor dintresuprafeele de contact aleepruvetei i suprafeele de

apsare. n timpul ncercrii, suprafaa A-A rmne, practic, n contact cu placa de apsare, iar punctele Bale epruvetei nesolicitate ajung, prin rsfrngerea materialului, n contact cu placa de apsare (punctele

B). Punctele C se deplaseaz mult pe direcie radial. Acest mod de deformare arat c n epruvetacilindric plin starea de tensiuni este neomogen. n afar de acestea, n epruvet poate aprea i osolicitare de ncovoiere, din cauza neparalelismului celor dou suprafee frontale, a neomogenitiimaterialului sau a aplicrii excentrice a sarcinii.

Fig.2.15

Fig.2.16


18/103

18

O problemspecificncercrii la compresiune o constituie aceea c, materialele tenace, nu se rupla acest tip de solicitare. Ele se deformeazplastic n mod continuu, pe msura creterii sarcinii.

Metalele rigide prezinto etapde deformare elasticurmatde una de deformare plastic, care seterminprin distrugerea epruvetei.

Forma diagramei de compresiune a metalelor plastice este prezentat n figura 2.16 a, iar ametalelor rigide, n figura 2.16 b.

Deformarea epruvetei se manifest sub forma reducerii nlimii ei, de aceea pe axa absciselordiagramelor de compresiune se ia scurtarea h n funcie de fora F trecutpe ordonat.

Caracteristicile ce se determinprin ncercarea la compresiune sunt cuprinse n tabelul 2.3.

Tabelul 2.3.Termenul Simbolul

Epruveta Diametrul iniial i ultimLungimea dintre repere; iniiali ultimAria seciunii transversale: -iniial:

-ultim:Factorul dimensional

d0, du; [mm]h0,hu; [mm]S0 = d0

2/4 [mm2]Su = du

2/4 [mm2]N = L0 /d0.

Sarcina Curent

La limita de curgereUltim

F [N]

Fc [N]Fu [N]Caracteristicimecanice uzuale

Limita de curgereRezistena la compresiuneScurtarea procentuala epruveteiUmflarea procentuala epruvetei

c = Fc/S0; [N/mm2]

rc = Fmax/S0; [N/mm2]

Ac = h0-hu)/h0.100 [%]Zc = (Su-S0)/S0.100 [%]

n urma deformrii epruveta ia o formde butoi. Rmnerea n urma deformrilor transversaleale suprafeelor de baz ale epruvetei se datoreaz forelor de frecare ce apar ntre aceste suprafee i

platourile mainii de ncercat. Aceste fore de frecare se combincu forele de presare i dau o rezultantce acioneazsub un unghi fade axa epruvetei, aa cum se vede n figura 2.17. Rezultanta va provoca o

repartizare inegal a deformaiilor elementare, pe direcia axei longitudinale. Din punct de vedere alstructurii sale, deformarea unei epruvete are loc dupcum se vede n figura 2.18.

Pentru evitarea frecrii dintre platouri i suprafeele bazelor epruvetei, se intercaleazplci dintr-un material mai moale sau se face o ungere cu parafin.

Pentru ca sarcina sfie uniform repartizatpe suprafaa epruvetei i pentru a exclude erorile ce arproveni din uoare abateri de la paralelism a feelor epruvetei, se prevede ca unul din platouri s fieprevzut cu o calotsferic, aa cum se vede n figura 2.19. Raza R a calotei sferice va fi egalcu suma

grosimii plcii pe care este aplicati nlimea calotei.

Fig.2.17 Fig.2.18


19/103

19

3. Materiale, utilaje i aparatur

Epruvetele pentru ncercarea la compresiune a metalelor vor fi de formcilindric dreapt, cu bazele paralele ntre ele, avnd forme i dimensiunistandardizate conform STAS 1552-78.

Locul de prelevare a epruvetelor i orientarea lor se specific nstandardele materialelor respective.

Pentru ncercarea la compresiune se va folosi maina universal pentru

ncercarea la traciune, compresiune i ncovoiere (vezi lucrarea ncercarea latraciune).

4. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Epruvetele ce se supun ncercrii la compresiune nu trebuie sprezinte urme de tratament termic,turtiri, retasuri, incluziuni nemetalice sau alte defecte.Feele epruvetelor i suprafeele platourilor trebuiesfie uscate i snu aiburme de unsoare, ulei etc. Locurile acoperite cu astfel de impuriti se spalcuacetonsau benzin.Se msoardiametrul iniial d0a epruvetei, dupdoudirecii perpendiculare una pe

alta, cu ajutorul unui micrometru ce are o precizie de 0.01 mm, trecnd media aritmetica celor doumsurri n tabelul de rezultate (Tabelul 2.4). Valoarea determinat se va folosi pentru calculul arieiseciunii transversale iniiale S0. Se msoarde asemenea i nlimea iniialh0 i rezultatul se trece nacelai tabel. Valoarea sarcinii de rupere la compresiune se consideratins, n cazul materialelor rigide,la apariia primei fisuri pe suprafaa laterala epruvetei. n cazul materialelor plastice (moi), ncercareanu poate fi efectuatpnla rupere, deoarece epruveta se strivete ntre platourile aparatului. n acest cazncercarea se executdoar pndupdepirea limitei de curgere.La materialele care nu au o limitdecurgere observabil prin ncercare, se determin limita de curgere convenional 0,2c ca i n cazulncercrii la traciune. Dupefectuarea ncercrii la compresiune se va msura nlimea hui diametrul dudin zona cea mai puternic deformat, folosind acelai micrometru. Cu ajutorul diametrului du secalculeazsuprafaa seciunii probei ncercate la compresiune Su. Rezultatele msurtorilor se vor trece n

tabelul de rezultate 2.4.Tabelul2.4

Material d0

[mm]

S0

[mm2]

h0

[mm]

Fr

[N]

r

[N/mm2]

hu

[mm]

du

[mm]

Su

[mm2]

Ac

[%]

Zc

[%]

Fig.2.19


20/103

20

2.2. ncercarea la ncovoiere

1. Scopul lucrrii

nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii caracteristicilor mecanice alematerialelor solicitate la ncovoiere.

2. Noiuni teoretice

n practic, ncercarea la ncovoiere se folosete numai n cazul materialelor turnate, din careurmeaz s se execute piese ce vor fi supuse n timpul funcionrii unor solicitri la ncovoiere,determinndu-se rezistena de rupere la ncovoiere i sgeata la rupere.

La ncovoiere, ca i la compresiune, metalele se comportn doumoduri, n funcie de natura lor:tenace, cum este cazul oelurilor, care pot fi deformate apreciabil prin ncovoiere frca ele sse rup,sau rigide, cum este de exemplu fonta, folositmult n construcia de maini, dar care se rupe relativ uorn cazul solicitrii la ncovoiere. Ca atare, ncercarea la ncovoiere este mai importantn cazul fontelorcrora li se cere, uneori, i stabilirea capacitii de preluare a acestui tip de solicitri. Condiiile dencercare la ncovoiere pentru fonte sunt cuprinse n STAS 1660-80, n care sunt specificate forma i

dimensiunile epruvetelor.Pentru ncercarea la

ncovoiere se alege o schem simplde solicitare n care, epruveta dinfont, avnd forma unei bare cuseciunea circular saudreptunghiular, se va rezema simplula ambele capete, iar sarcina va fiaplicat perpendicular pe axaepruvetei, la mijlocul distanei dintrereazeme, pn n momentul

producerii ruperii, conform imaginiidin figura 2.20.

Starea de tensiuni n epruveteste neomogen, datorit attvariaiei momentului ncovoietor nraport cu axa longitudinal, de la o seciune la alta, ct i datorit faptului c, pentru o seciunetransversal dat, n domeniul elastic, tensiunile variaz liniar. n timpul solicitrii, n epruvet aparconcomitent eforturi de traciune i compresiune, a cror repartizare este reprezentatn figura 2. 21.

Tensiunea ntr-o fibroarecare aflatla distana y este datde relaia: = (My)/Iz, unde M estemomentul ncovoietor n acea seciune iar Izeste momentul de inerie al seciunii transversale n raport cu

axa de ncovoiere.Aplicarea sarcinii se face cu o vitez maxim de 10N/mm2s-1. ncercarea se desfoarpnla ruperea epruvetei i sestabilete sarcina maximFmaxdin momentul ruperii.Rezistena la ncovoiere, notatcu Ri, msuratn N/mm

2, definitca raportul dintre momentul de ncovoiere la ruperea epruvetei Mi=Fmax1/4 i modulul de rezisten W = d0

3/32, se calculeaz cuprecizia de 5 N/mm2, folosind relaia: Ri= 8lFmax/(d0

3).Valoarea rezistenei la ncovoiere astfel obinut este

influenatatt de forma seciunii transversale a epruvetei, ct i de raportul dintre lungime i diametru. nSTAS 1660.80 se indicun raport constant l/d = 20.

Odat cu determinarea valorii sarcinii maxime din momentul ruperii, Fmax, cu ajutoruldispozitivului de nregistrare al mainii universale de ncercat, se determini sgeata la rupere. Sgeatala rupere este nsi deformaia epruvetei n momentul ruperii, msurat prin deplasarea vertical a

punctului de aplicare al sarcinii.

Fig.2.20

Fig.2.21


21/103

21

ncercarea la ncovoiere a fontelor este admisi pentru epruvete cu seciune eliptic. Seciuneatransversalde la mijlocul lungimii epruvetei se considerelipticdacdiametrele perpendiculare a i b(b fiind pe direcia forei, iar a > b) diferntre ele cu peste 0,6 mm la epruvetele cu 10, 13 i 20 mm saucu peste 1,3 mm la epruvetele de 30 i 45 mm. Sarcina la care se produce ruperea se mpaerte lacoeficientul de corecie K = ab2/d3i, astfel modificat, se folosete la calculul rezistenei la ncovoiere cuformula deja stabilitpentru epruvete cu seciune circular.

3. Epruvete

Pentru ncercarea la ncovoiere a fontelor se folosesc epruvete ce pot fi turnate separat sau legatede pies. De obicei se utilizeaz epruvete turnate n stare brutdar, n cazuri speciale, se pot folosi iepruvete prelucrate. Suprafaa epruvetelor trebuie s fie neted i fr urme de bavuri. Bavurile dacexist, se ndeprteazprin polizare. Epruvetele prelucrate trebuie saibsuprafaa netedi lipsitdeurme de achiere.

4. Utilaje i aparatur

Pentru ncercarea la ncovoiere se folosete maina universalde ncercat care este dotat, pentruaceastncercare, cu un dispozitiv cu dourole de reazem, paralele ntre ele, aezate perpendicular pe axa

epruvetei. Distana dintre axele rolelor se poate modifica prin alunecarea lor pe un ghidaj prevzut ntraversa inferioar a mainii de ncercat i se poate msura cu ajutorul riglei gradate de pe margineaghidajului. Maina de ncercat dispune i de o piesde apsare ce se monteazn platoul su superior .


Se verificdacepruveta ndeplinete condiiile prevzute n STAS 1660-80; Se msoar diametrul epruvetei, dup dou direcii perpendiculare, n seciunea n care se va

aplica sarcina. Msurarea se face cu ajutorul unui ubler cu precizia de 0,1 mm. Valoareadiametrului epruvetei d0, se obine fcnd media aritmetica celor doudiametre;

Se determinlungimea epruvetei; Se monteaz n platoul superior piesa de apsare corespunztoare, iar pe travers cele doureazeme se aeazsimetric fade piesa de apsare, la distana li;

Epruveta de ncercat se dispune pe reazeme astfel nct axa ei streacprin mijlocul reazemelor.Epruvetele se vor fixa la capete cu legturi flexibile, astfel nct, aceste legturi snu mpiedicencercarea dar nici snu permitepruvetei ssarde la locul ei n momentul ruperii;

Se deplaseaztraversa mobiln sus, spre piesa de apsare; Se aplic epruvetei o sarcin iniial F0, aceasta pentru eliminarea erorilor de msurare la

determinarea sgeii de ncovoiere f; Se aplicsarcina de compresiune, urmrind indicaiile acelor dispozitivului de msurare a forelor

Fr, precum i indicaia dispozitivului de msurare a sgeii de rupere f, la ncovoiere;

Se calculeazrezistena de rupere la ncovoiere Ri; Valorile msurtorilor efectuate, precum i rezultatele calculelor se trec n tabelul de rezultate 2.5.

Tabelul 2.5Material li

[mm]d0

[mm]Fr[N]

Ri[N/mm2]

F[mm]


22/103

22

2.3. cercarea la forfecare

1. Scopul lucrrii

nsuirea noiunilor, metodologiei i cunoaterea dispozitivelor necesare determinrii rezistenei laforfecare a materialelor metalice.

2. Noiuni teoretice

Aceast ncercare se aplic epruvetelor prelevate dinsemifabricate destinate executrii unor piese ce vor fi supuse,n exploatare, la forfecare. ncercarea se efectueazpe mainilede ncercat la traciune sau la compresiune, folosind dispozitiveadecvate.

ncercarea de rezistenla forfecare se executconformSTAS 7927-67. De obicei epruveta are seciune circular.Dispozitivul necesar pentru executarea ncercrii pe maina dencercat la traciune este prezentat n figura 2.22. Epruveta se

trece prin trei inele de oel clit, cu

dimensiunea alezajuluicorespunztoare seciunii epruvetei.Doudintre inele sunt montate ntr-ofurc, iar al treilea ntr-un suportseparat. Schema de principiu adispozitivului (fig.2.23) aratc, subaciunea forei F, epruveta C esterupt ntre flcile de fixare B1, B2ifalca de tiere Z, dupdouseciunide forfecare, q1 i q2. Duritateaflcilor de fixare, respectiv a celor detiere trebuie sfie 700 HV.

3. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor experimentale

Cunoscnd diametrul epruvetei i valoarea maxim a forei de forfecare Fmax, se determinrezistena la forfecarecu formula:r=Fmax/2S0[N/mm

2], unde S0 = d02/4 [mm2].

Datele iniiale, rezultatele ncercrilor i a calculelor efectuate se trec n tabelul 2.6.

Tabelul 2.6.

Material d0[mm]

S0[mm2]

r[N/mm2]

Fig. 2.22 Fig.2. 23


23/103

23

2.4. ncercarea de ncovoiere prin oc (reziliena)

1. Scopul lucrrii

nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii comportrii materialelor la ncovoiereprin oc.

2. Noiuni teoretice

Un oel, care n mod normal este ductil, poate deveni fragil n anumite condi ii de solicitare, cumar fi: vitezde deformare mare, temperatursczuti stare complexde tensiune. Pentru a se produce orupere fragilnu este nevoie ca toi aceti factori sfie prezeni simultan. Ca urmare a aprut necesitateaelaborrii unei ncercri noi, destinata studia comportarea tenace sau fragila metalului, comportare cenu poate fi sesizat prin ncercri statice. Aceast ncercare este ncercarea de ncovoiere prin oc,cunoscut i sub denumirea dencercarea de rezilien. Tot prin aceast ncercare se poate controlacalitatea i omogenitatea structural a unor materiale obinute prin turnare, uniformitatea tratamentelortermice aplicate i se poate verifica gradul de mbtrnire a metalului ce urmeaz a fi folosit pentrufabricarea cazanelor i turbinelor cu aburi.

ncercarea la ncovoiere prin oc constn ruperea unei epruvete crestate la mijloc, dintr-o singur

lovitur aplicat cu un ciocan pendul. Lovitura se aplic n partea opus crestturii epruvetei simplurezematsau la captul liber al unei epruvete n consol, cu cresttura n dreptul ncastrrii.

Aspectul geometric al crestturii poate fi n formde U sau n formde V. n funcie de formacrestturii, ncercarea la ncovoiere prin oc se execut diferit, conform SR EN 1045/1-93 (pentruepruvete cu cresttura n formde U), respectiv STAS 7511-81 (.pentru epruvete cu cresttura n formdeV).

3. Utilaje i epruvete

Pentru efectuarea ncercrii la ncovoiere prin oc se folosete ciocanul pendul Charpy. Schiaciocanului pendul este prezentat n figura 2.24. El este prevzut cu un ciocan de greutate Gp, careoscileaz, practic frfrecare, n jurul axului O. Pentru ruperea epruvetei aezatliber pe doureazemede pe batiul B, ciocanul cade de la o anumitnlime H, la care fusese ridicat i fixat. Energia poteniala ciocanului pendul n aceastpoziie este W0. Legea conservrii energiei mecanice presupune cenergia

poteniala unui corp se transform integral n energie cinetic i invers. Ciocanul pendul eliberat dinpoziia iniiallovete epruveta prin intermediul unui cuit din material dur i o rupe, consumnd astfel o

parte din energia sa cinetic. Energia consumat senoteaz cu Wc. Restul de energie este folosit de pendul

pentru a se ridica la o nlime h, invers proporionalculucrul mecanic consumat pentru ruperea epruvetei.Considernd c pierderile de energie ce se produc n

timpul ncercrii nu afecteazmrimile msurate, energiaconsumatpentru ruperea epruvetei se poate calcula curelaia:

Wc= W0 W = Gp(H - h) = Gplc(cos- cos)

n care:W0este energia poteniala pendulului n poziia

iniial;W - este energia poteniala pendulului n poziia

final;

Gp- este greutatea pendulului;lc - braul pendulului - distana de la centrul degreutate al pendulului pnla axul de rotaie;

Fig.2.2


24/103

24

H, h - nlimile iniial, respectiv finala centrului de greutate al pendulului, msurate pe verticalfade poziia cea mai de jos atinsde centrul de greutate n cursa de rotaie;

, - unghiurile celor doupoziii extreme fade axa vertical.Ciocanul pendul Charpy are montat un cadran gradat pe care se poate citi direct lucrul mecanic

consumat pentru ruperea epruvetei.n general, ciocanele pendul cu cadran au o singur poziie de lansare, iar variaia energiei de

lovire nu se poate obine dect prin schimbarea discului pendulului. Aceastoperaie de schimbare estelimitat, deoarece existpericolul modificrii poziiei centrului de percuie i a raportului greutilor. Din

aceastcauzciocanele pendul cu cadran sunt prevzute doar cu doudiscuri cu raportul greutilor 1:2.n mod uzual, pentru condiiile standard de ncercare la ncovoiere prin oc, ciocanele pendul seconstruiesc pentru o energie maximW0= 300 J (Joule) sau W0= 15 J i o vitezde lovire de 4,5-7 m/s.

4. Tipuri de epruvete

Pentru executarea ncercrii de ncovoiere prin oc se utilizeazepruvete cu crestturn formdeU (fig.2.25 a) sau V (fig.2.25 b), simplu rezemate la capete (epruvete Charpy) i n consol (epruveteIzod).

Epruvetele normale Charpy U (fig.2.25 a) au seciunea transversalptrati au o cresttur n

formde U, cu raza de racordare la fundul crestturii de 1 mm. Adncimea crestturii poate lua diferitevalori, pentru a putea pune n eviden fragilitatea metalului. Dimensiunile epruvetelor folosite pentruncercarea de ncovoiere prin oc sunt standardizate i sunt cuprinse n tabelul 2.7 (SR EN 1045/1-93).

Tabel 2.7

Dimensiune SimbolValoare

nominalAbaterilimit

Lungime, [mm] I 55 0,60Grosime epruvete uzuale, [mm] 10 0,11

7,5 0,11Grosime epruvete subiri, [mm]

b5 0,09

nlime, [mm] a 10 0,11nlimea la baza crestturii:

- epruvete cu h = 5 mm;- epruvete cu h = 3 mm;- epruvete cu h = 2 mm.

ac 578

0,090,110,11

Raza de curburla baza crestturii, [mm] r 1 0,07

Distana dintre planul de simetrie al crestturii i unul dincapetele epruvetei, [mm]. l/2 27,5 0,42

Fig.2.25


25/103

25

Pentru a pune n eviden sensibilitatea la fragilizare a oelului prin amorsarea fisurii, au fostconcepute crestturi n formde V, cu o razde racordare la fundul crestturii de 0,25 mm. Acest tip deepruvete poart numele de Charpy V (fig.2.25b) i este folosit pentru aprecierea tenacitii oelurilordestinate construciilor de importandeosebit.

Rezultatele obinute pe epruvetele tip Charpy U sau V se completeazreciproc. Aceasta deoarecencercarea pe epruvete cu cresttura n V evideniazproprietatea metalului de a opri propagarea fisuriiamorsate pe vrful ascuit, iar ncercarea pe epruvete cu cresttura n U evideniazproprietatea metaluluide a evita amorsarea unei fisuri.

Prelucrarea epruvetelor destinate ncercrii la ncovoiere prin oc se face cu o atenie deosebitdeoarece ea va asigura precizia i reproductibilitatea rezultatelor experimentale. n primul rnd,epruvetele trebuie prelevate astfel nct proprietile materialului snu fie denaturate. La prelucrarea cuscule achietoare trebuie evitate nclzirea exagerat a materialului i eforturile de ncovoiere sau altesolicitri ce pot aprea. De asemenea, se va evita formarea concentratorilor de tensiune, care au oinfluenfoarte mare la aciunea dinamic, constituind surse de amorsare a fisurii.

Cresttura se execut prin gurire i tiere sau prin frezare i rectificare, astfel nct pe fundulcrestturii snu aparzgrieturi orientate dupgeneratoare. Flancurile i planul de simetrie al crestturiitrebuie sfie perpendiculare pe axa longitudinala epruvetei.

Pentru ncercarea de rezilien a sudurilor epruveta se ia astfel nct cresttura s poat fiexecutatn mijlocul custurii.

n cazul epruvetelor tratate termic, tratamentul termic trebuie efectuat nainte de executareacrestturii.


Se stabilete felul metalului i se examineazaspectul exterior al epruvetei. Aceasta nu trebuie saiburme de prelucrare, turtiri sau alte defecte. Cresttura trebuie s fie perpendicularpe faaepruvetei;

Se msoar, cu ajutorul unui ubler cu precizia de 0,1 mm, limea a i grosimea b a epruvetein dreptul crestturii, precum i nlimea crestturii h. Se calculeazaria seciunii iniiale S0=(a-h)b, iar rezultatele msurtorilor i a calculelor se trec n tabelul de rezultate;

Se verificbuna funcionare a ciocanului pendul. Pentru aceasta pendulul se lasscadliber dinpoziia de lansare i se verificdacacul indicator s-a oprit pe cadran la gradaia zero, semn cpierderile de energie sunt nesemnificative;

Dupoprirea pendulului cu ajutorul frnei, acesta se ridicn poziia de lansare i se fixeazcuajutorul sistemului de prindere, iar acul indicator se readuce n poziia iniial;

Se aeazepruveta pe reazeme n aa fel nct cresttura sfie perpendicularpe batiu i orientatn partea opusloviturii ciocanului;

Se elibereazpendulul prin deschiderea sistemului de prindere cu mner, dnd astfel posibilitateapendulului scadliber i srupn drumul su epruveta. Epruveta se considerruptchiar dacruperea nu s-a produs pe ntrega seciune, dar a fost antrenatde ciocan dincolo de reazemele

nicovalei; Se noteaz, cu o precizie de pn la 1 J, valoarea citit pe cadranul aparatului a energiei

consumate la ruperea epruvetei. Aceastvaloare se noteazWc; Se determinreziliena epruvetei, conform relaiei:

KCU W0/h/b = Wc/S0[J/cm2]

La ncercarea pe epruvete Charpy U se definete reziliena ca fiind raportul dintre energiaconsumat pentru ruperea epruvetei i aria seciunii transversale din dreptul crestturii. Simbolulrezilienei este KCU W0/h/b, are urmtoarea semnificaie:

K - iniiala cuvntului Kerbschlagfestigheit, nsemnnd rezilienn limba german;C - iniiala cuvntuluiCharpy;U - forma crestturii;W0 -energia potenialmaxima ciocanului pendul;h - adncimea crestturii ;


26/103

26

b - limea epruvetei;c - energia consumatpentru ruperea epruvetei;S0 - aria seciunii iniiale a epruvetei.

Reziliena se exprimn J/cm2sau daJ/cm2.Contracia transversal a epruvetei reflect tenacitatea materialului. Cu ct contracia este mai

mare, cu att tenacitatea este i ea mai mare, respectiv, materialul este mai puin fragil.Contracia transversalse determincu relaia:

[%];1001

=b

bbT

n care b1este limea epruvetei msuratdupruperea acesteia, n imediata vecintate a crestturii.La ncercarea pe epruvete Charpy V, tendina actualeste ca rezultatele sse exprime prin energia

consumatla rupere. Simbolul este n acest caz KCV i se msoarn J sau daJ (STAS 7511-81).Rezultatele obinute se trec n tabelul 2.8.

Tabelul 2.8

Material Dimensiunile epruvetei T[%]

a[mm]

b[mm]

h[mm]

aC[mm]

S0

[cm2]

W0[J]

Wc[J]

KCU[J/cm2]

ntr-un buletin de analizse menioneazmodul de prelevare a epruvetei i se noteazdefecteleobservate ca urmare a examinrii seciunii de rupere a probei.

La aprecierea tenacitii unui material trebuie s se in seama i de aspectul macroscopic alseciunii de rupere. Acest aspect prezint, n general, dou pri distincte: o parte central cu aspectcristalin, grunos i lucios, corespunztoare unei ruperi fragile, i cealalt parte, fibroas i mat,

corespunztoare unei ruperi tenace.


27/103

27

2.6. Determinarea duritii materialelor

Duritatea este o proprietate a materialelor care exprimcapacitatea acestora de a se opune aciuniide ptrundere a unui corp dur n masa sa. La determinarea duritii materialelor se iau n consideraremrimea urmelor produse de un corp de penetrare numit penetrator, caracterizat printr-o anumitformi dimensiune, i fora ce acioneazasupra acestuia.

Metodele de determinare a duritii, n funcie de viteza de acionare a forei asupra penetratorului,se clasific n metode statice, la care viteza de acionare se situeaz sub 1 mm/s, i metode dinamice,

pentru care viteza de acionare depete aceastvaloare.Metodele statice i dinamice se deosebesc ntre ele, n principal, prin forma penetratorului,condiiile de lucru, dimensiunile caracteristice ale urmelor lsate de penetrator n material i modul deevaluare a duritii. Metodele frecvent utilizate la determinarea duritii i caracteristicilor sunt cuprinsen tabelul 2.15.

Tabelul 2.15Metoda Tip penetrator Evaluarea

duritiiScri

utilizateDomeniul de

utilizareTipul metodei

Brinell biloel F/S, [N/mm2] - < 450 HB staticbiloel h, [mm] B = 130 < 450 HB static

Rockwell con de diamant h, [mm] C = 100 toate materialele staticVickers piramidde diamant F/S, [N/mm2] - toate materialele staticPoldi bilde oel comparativ - < 450 HB dinamic

Meniuni. Mrimile din tabel au urmtoarea semnificaie:F fora ce acioneazasupra penetratorului;S suprafaa;h adncimea urmei lsate de penetrator n material sub aciunea unei fore date.

2.6.1. Determinarea duritii Brinell

1. Scopul lucrrii

Se urmrete nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii duritii Brinell (STAS155 83), precum i cunoaterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice,se vor efectua determinri experimentale de punere n evidena duritii pe diferite categorii de materialei se vor compara rezultatele obinute.

2. Noiuni teoretice

Determinarea duritii Brinell este una dintre cele mai folosite metode de evaluare a duritii

materialelor. Ea se aplicmaterialelor ce au duritatea posibilmai mare de 450 HB, cnd se folosete capenetrator o bildin oel, i a celor ce au duritatea cuprins ntre 450 i 650 HB, cnd se folosete capenetrator o bil din carbur de wolfram. Metoda const din imprimarea, cu o for F, a unei bile dediametru prescris D, perpendicular pe suprafaa piesei de ncercat. Bila utilizatca penetrator trebuie saibo duritate cu minimum 70 % mai mare dect duritatea materialului de ncercat.

Duritatea Brinell HB se exprimprin raportul dintre fora aplicatF i suprafaa calotei sferice S aurmei remanente lsate de penetrator dupndeprtarea lui de pe materia: HB = F/SDuritatea Brinell HB se folosete ca o valoare convenionalce nlocuiete folosirea unitii de msurdaN/mm2.

Suprafaa calotei sferice se calculeazpornind de la diametrul d al bazei acesteia, msurat cu lupa,la microscop sau prin proiectarea urmei pe ecranul aparatului destinat ncercrii, astfel:

( )222 dDDD

S =

nlocuind suprafaa calotei n relaia de calcul s duritii, se obine:


28/103

28

22

2

dDDD

FHB

=

, [daN/mm2]

sau:

=22

11

12

D

dD

FHB

, [daN/mm2].

DacF i D din relaia prezentatsunt cunoscute i d rezultnurma msurrii diametrului urmelor se poate calcula duritatea. Practic,acest calcul nu este necesar deoarece exist, n standard, tabele care

prezint valoarea duritii n funcie de F, D i d. Diametrul bileipenetrator se alege dintr-un set d cinci bile ale crui dimensiune poatefi: 1; 2; 2,5; 5 i 10 mm.

Folosind la determinarea duritii un penetrator cu bil dediametru constant i sarcini cresctoare se obin valori crescnde aleduritii. De asemenea, folosind o sarcinconstanti penetratoare cu

bile de diametre descrescnde se obin valori descrescnde ale duritii.Se poate constata, deci, c valorile duritii Brinell obinute cu

penetratoare avnd bile de diametru diferit sau asupra crora acioneazsarcini diferite nu sunt comparabile ntre ele. Valori comparabile seobin numai n condiiile n care se respectsimilitudinea geometricaurmelor produse. Din figura 2.39, reiese c aceast similitudine estesatisfcut numai dac unghiul este identic pentru toate urmeleobinute la ncercarea unui anumit material. Din triunghiul AOBrezult:

,22

sin2

dD=

de unde

2sin

Dd=

Aceastexpresie introdusn relaia de mai sus conduce la:

=

2sin11

12

22

D

FHB

Punnd condiia similitudinii (= constant) rezult c, pentru obinerea unor valori constante aduritii, la ncercarea aceluiai material, este necesar ca raportul F/D2 s fie constant. Acest raport senoteazcu k i este denumit grad de solicitare.

Gradul de solicitare se alege dintr-un ir de valori standardizat i prezentate n tabelul 2.16 nfuncie de natura materialului i de grosimea probei.

Tabelul 2.16Gradul de solicitare k Materiale pentru care este recomandat

30 Oel netratat, oel turnat, fonte1510

Cupru, bronz, alamtras, nichel, aliaje uoare

5 Aluminiu, magneziu, alamturnat2,5 Aliaje antifriciune1 Plumb, staniu, metale moi

Pentru ca bila s nu se deformeze n timpul ncercrii, ceea ce ar conduce la obinerea unor

rezultate eronate, este necesar ca diametrul urmei lsate de penetrator pe materialul de ncercat s sencadreze n limitele impuse de relaia:

0,25D < d < 0,60D

Fig.2.39


29/103

29

Pentru evitarea influenei suportului de sprijin a probei asupra rezultatelor ncercrii, grosimea aminima probelor supuse ncercrii trebuie sfie de 8 ori adncimea urmei h.

La metoda de determinare a duritii Brinell, materialul supus ncercrii suferdeformaii plasticen zonele de contact i n vecintatea acestora. Durata necesarepuizrii curgerii materialului i atingereaurmei de mrime practic constanteste n funcie de natura i duritatea materialului ncercat. De aceea, nstandardele de produs, sunt prevzute durate de meninere a sarcinii asupra penetratorului la determinareaduritilor diferitelor materiale. n absena acestor indicaii, se recomandfolosirea duratelor de menineremenionate n tabelul 2.17, n funcie de duritatea Brinell a materialului.

n vederea evitrii influenei reciproce a zonelor durificate din jurul urmelor i pentru evitareainfluenei marginii probei asupra rezultatelor obinute se recomand pstrarea unei distane minime bntre centrele a douurme alturate i a unei distane minime c ntre centrul urmei i marginea probei(tabelul 2.17).

Tabelul 2.17Duritatea Brinell,

HBTimpul de msurare a sarcinii

[s]b c

Peste 100 10-15 4d 3,5d36-100 27-33 5d 4,4d10-35 115-125 6d 5,5d

Sub 10 170-190 6d 5,5d

3. Aparaturi materiale

Pentru efectuarea ncercrii se utilizeaz un durimetru (fig.2.40) prevzut cu un cap mobil cepoartpenetratorul 2 i obiectivul 1. Obiectivul are rolul de a proiecta, cu ajutorul prismelor sau oglinzii

4, imaginea urmei pe ecranul 3, urma fiind luminatde becul5 prin obiectivul aparatului. Ecranul este prevzut cu o scargradat care permite msurarea diametrului urmei proiectate

pe acesta. Aezarea greutii 7 necesare asigurrii forei de

apsare asupra penetratorului se face prin intermediulbutoanelor 6 n dreptul crora este valoarea reala ncrcrii.La aezarea probei pe masa suport, obiectivul se

gsete deasupra acesteia permind analiza suprafeei ialegerea locului n care s se fac determinarea astfel nctdou urme nvecinate s fie la o distan suficient de marentre ele. La pornirea aparatului penetratorul ia loculobiectivului i acioneaz asupra materialului sub aciuneaforei. La terminarea ciclului de penetrare capul mobilmpreuncu obiectivul se rabat astfel nct urma se va gsi naxa optica obiectivului. Pe ecran apare imaginea urmei ce

poate fi msurat.Epruvetele i piesele supuse ncercrii trebuie sndeplineasc anumite condiii. Suprafaa lor trebuie s fiecurat, lipsitde poriuni oxidate, plani sfie prelucrat, n

aa fel, nct amprenta sfie vizibilcu uurinpe ecranul aparatului i spoatfi msuratcu precizie.


Pentru buna desfurare a lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se analizeazpiesa sau materialul de ncercat i se apreciazduritatea acestuia (dacmaterialul

este tratat termic sau nu). Dacduritatea probabileste cuprinsntre 450...650 HB se va folosi un

penetrator din carburde wolfram, iar daceste sub 450 HB se poate folosi un penetrator cu bildin oel clit;

Se pregtete suprafaa pe care se realizeazdeterminarea;

Fig.2.40


30/103

30

Se stabilesc condiiile de lucru. Pentru aceasta, n funcie de natura materialului se alege gradul desolicitare i diametrul penetratorului. Pentru materiale moi i de dimensiuni mari se alege un

penetrator cu diametru mare. Cunoscnd gradul de solicitare i diametrul penetratorului, sarcinade ncrcare se determindin relaia:

2D

Fk=

Se executncercarea;

Se msoar diametrul urmei lsate de penetrator, dup dou direcii perpendiculare i se facemedia msurtorilor; Se verificdacdiametrul mediu al urmei este cuprins ntre 0,250D i 0,6D. Dacnu se respect

aceast condiie se alege un alt penetrator i se recalculeaz fora n condiiile aceluiai grad desolicitare;

Se executcel puin trei ncercri pentru fiecare pies, iar duritatea finalva fi media duritilorpariale obinute la fiecare dintre aceste msurtori.Duritatea Brinell, pnla 100 HB, se indiccu o precizie de 0,1HB, iar pentru duriti mai mari

numai prin cifre ntregi. Valoarea duritii este urmatde simbolul determinrii HB (cnd s-a utilizat bildin oel). Dupacest simbol se nscriu trei indici: primul reprezentnd diametrul D al bilei penetrator, aldoilea sarcina de ncercare, exprimatn daN, iar al treilea timpul de meninere a sarcinii. Astfel, notraia

270 HB (HBW)5/750/15 reprezintvaloarea duritii Brinell determinat cu o bil de oel (carbur dewolfram) avnd diametrul de 5 mm, sarcina de ncrcare de 750 daN, cu o durat de meninere de 15secunde. Pentru condiii de determinare cu bila de 10 mm diametru, sarcina de 3000 daN i un timp demeninere de 15 secunde, simbolizarea se face numai prin HB (HBW).

Valorile duritii obinute se trec n tabelul 2.18.

Tabelul 2.18Condiiile ncercrii Duritatea, HBNr.crt. Marc

material F,[daN]

D,[mm]

k 1 2 3HB, mediu

Valoarea duritii Brinell poate constitui o baz de determinare a rezistenei la traciune amaterialului. Factorii de transformare K1pentru calculul rezistenei de rupere la traciune pe baza relaieiRm= K1HB, pentru diferite materiale, sunt trecute n tabelul 2.19.

Tabelul 2.19Materialul K1 Materialul K1

Oel carbon de construcii 0,36 Aliaje Al-Mg 0,44

Oel aliat de construcii 0,34 Aliaje de Mg 0,4 0,43Cupru, nuchel, alam, bronz n stare recoapt 0,55 Aliaje de Mg-Al 0,40Cupru, nichel, alam, bronz n stare ecruisat 0,40 Aluminiu turnat 0,56Bronz turnat 0,23 Aliaje de zinc turnat 0,09Bronz laminat 0,22 Fontcenuie 1/6(HB-40)Compoziie pentru lagre 0,22Aliaje Al-Cu-Mg (duraluminiu) 0,35 Suduri din oel 0,30


31/103

31

2.6.2. Determinarea duritii Vickers

1. Scopul lucrrii

Se urmrete nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii duritii Vickers (STAS492/1-85), precum i cunoaterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practicese vor efectua determinrile experimentale de punere n eviden a duritii pe diferite categorii demateriale i se vor compara rezultatele obinute.

2. Noiuni teoretice

Metoda de determinare a duritii Vickers utilizeazca i penetrator o piramidde diamant cubaza un ptrat. Deoarece diamantul are cea mai mare duritate dintre toatematerialele utilizate n industrie, metoda poate fi aplicatfrlimite ladeterminarea duritii. Se recomand, ndeosebi, la determinarea duritiimaterialelor ce au duritatea probabilmai mare de 300 daN/mm2. La materialelea cror duritate este mai micdect aceastvaloare se folosete metoda Brinell.

Metoda Vickers se aseamn, n principiu, cu metoda Brinell. Ea constn apsarea unui penetrator cu o vitez redus i cu o anumit for

predeterminat F pe suprafaa materialului de ncercat. Duritatea Vickers,simbolizat cu HV, se exprim prin raportul dintre fora aplicat f i ariasuprafeei laterale a urmei remanente produse de penetrator. Urma esteconsideratca o piramiddreaptcu baza ptrat, cu diagonala d, avnd la vrfacelai unghi cu cel al penetratorului.

Unghiul la vrf al penetratorului, msurat ntre doufee opuse, este de1360i a fost ales de aa maniernct sse stabileasco legturcu duritateaBrinell (fig. 2.41). Duritatea Vickers se determincu relaia:

HV = F/SExprimnd suprafaa S a urmei lsate de penetrator, n funcie de diagonala d, seobine relaia de calcul a duritii Vickers:

2

2 8544,1

2

136sin2 d

Fd

F

HV ==

n practic se msoar lungimea diagonalei cu ajutorul unui microscop de msurare sau cu unproiector, iar valoarea corespunztoare a duritii se citete direct din tabelele anexate aparatului.

La ncercarea Vickers, folosind penetratoare cu unghiuri identice la vrf, se obin urme geometriceidentice oricare ar fi fora de ncercare i, ca urmare, se poate spune cduritatea este independent demrimea sarcinii. Cu toate acestea, din motive practice, anumite standarde au prescris diferite sarcini

discrete i, din acest punct de vedere, au clasificat ncercrile Vickers n: ncercri normale de duritateVickers, ncercri de duritate Vickers cu sarcini mici i ncercri de duritate Vickers cu microsarcini(microduritate Vickers). Mrimea sarcinilor de ncercare pentru fiecare dintre aceste variante dedeterminare a duritii sunt prezentate n tabelul 2.20.

Tabelul 2.20ncercarea Sarcina de ncercare, [daN]

Vickers normal 5 10 20 30 50 100Vickers cu sarcini mici 0,5 1 2 3 4 -Vickers cu microsarcini 0,005 0,01 0,02 0,1 0,1 0,2

Adncimea de penetrare a piramidei Vickers n material este de numai 1/7d. Datoritadncimiimici de ptrundere a penetratorului n material, metoda poate fi utilizati pentru determinarea duritii

pieselor mici, subiri, a straturilor tratate termic, depuse galvanic etc. n cazul determinrii duritiistraturilor subiri se efectueazmai multe ncercri i se rein numai rezultatele acelora care sunt apropiate

Fig.2.41


32/103

32

ca mrime. Celelalte valori se exclud ntruct ele s-au obinut prin ptrunderea penetratorului pn lamiezul piesei, dincolo de stratul tratat termic.

La determinarea duritii Vickers existnumeroase surse de erori. Una dintre aceste este influenareciproca urmelor nvecinate. Pentru evitarea acestei influene, prin zonele durificate din jurul urmei, serecomand pstrarea distanelor b ntre centrele urmelor nvecinate i a distanelor c dintre centrulurmelor i marginea piesei (tabelul 2.21).

Tabelul 2.21

Duritatea Vickers, HV Timpul de meninere a sarcinii, [s] b cPeste 100 10 -15 2,5d 2,5d36 100 27 -33 3,5d 2,5d10 100 115 125 4,5d 3,5dSub 10 170 - 190 5,5d 4,5d

Grosimea piesei de ncercat sau a stratului trebuie sfie de cel puin 1,5d, adicde aproximativ 10ori adncimea de ptrundere a penetratorului. Aceasta, pentru a evita influena suportului de sprijin a

piesei asupra duritii.Principala surs de erori la aceast ncercare este legat de msurarea diagonalelor urmei. n

vederea reducerii ponderii erorii subiective cauzat de plasarea reperelor n contact cu extremitileurmei, se recomandutilizarea sarcinilor ct mai mari la efectuarea ncercrii.

n cazul suprafeelor curbe, sferice sau cilindrice, concave sau convexe, rezultatele obinute ladeterminarea duritii se corecteaz. Coreciile ce se aplic sunt trecute n tabelele standardelor dencercare a duritii pe suprafee curbe.

3. Aparaturi materiale

ncercarea Vickers difer de ncercarea Brinell numai prin forma penetratorului i mrimeasarcinilor de ncercare. De aceea, multe aparate de ncercare a duritii sunt construite pentru a fi utilizate

pentru ambele metode. Aparatul prezentat n figura 2.42 este susinut de o coloan1, montatpe o plac

de baz2, care cuprinde i masa aparatului. n funcie de mrimea piesei de ncercat, aparatul poate fideplasat pe coloani fixat prin strngere cu ajutorul toii de mn9. Sarcina se realizeazcu ajutorulmanetei 5. La coborrea acesteia, penetratorul 3 care este sprijinit n partea superioarcu un arc elicoidalse aeaz pe suprafaa piesei de ncercat. Continund coborrea manetei, aceasta va aciona, prinintermediul unei piese n partea superioara arcului tratat din interiorul cilindrului, exercitnd fora de

ncercare care devine nominal n poziia atingerii conului deprotecie 4.

Dup realizarea urmei, aparatul se rotete n jurul coloaneiastfel nct deasupra urmei s ajung microscopul de msurare cuocularul 6 i micrometrul ocular 7. Urma este iluminatde becul 8alimentat printr-un transformator nglobat n aparat. Cursa de rotire

este reglatastfel nct urma sajungn centrul cmpului vizual almicroscopului. Valoarea diviziunii micrometrului ocular este de 1m.

Pregtirea suprafeelor pieselor de ncercare trebuie s fiefcut cu o deosebit atenie folosind, n general, tehnica pregtirii

probelor metalografice. E va evita ca n timpul pregtirii s aparmodificri structurale generate de nclziri i ecruisri. Dup

prelucrarea suprafeei, n cazul determinrii de microduritate, sepoate face i un tratament cu reactivi pentru evitarea structuriimetalografice.

Fig.2.42


33/103

33

4. Desfurarea lucrrii, preluc

Lucrari Laborator Tehnologia Materialelor

Documents

Transcript of Lucrari Laborator Tehnologia Materialelor