MECHANIZMY USZKODZEŃ ELEMENTÓW METALOWYCH

Wpływ spiętrzenia naprężeń na ciągliwość stali konstrukcyjnej

Justyna Szuba

Gr: 12B2

1. WPROWADZENIE TEORETYCZNE

Materiałem wykorzystanym do ćwiczenia było 5 próbek wykonanych ze stali typu C45 wraz z karbem o promieniach zaokrąglenia: zbliżonym do nieskończoności, 17 mm, 8 mm, 2.5 mm, 0.25 mm.

Skład chemiczny stali C45:

Stal typu C45 stosowana jest w średnio obciążonych częściach maszyn (wrzeciona, osie, wały wykorbione, niehartowane koła zębate wały silników elektrycznych, noże zwykłe, korkociągi, piasty do kół, tarcze, drążki, walce, wirniki pomp).

Cechy stali C45:

• Przeznaczona do ulepszania cieplnego

• Trudno spawalna

• Trudno zgrzewalna

• Łatwa w obróbce

Wady stali C45:

• Wady występujące w materiale mają duży wpływ na jego odporność na pękanie. Powstają one w trakcie obróbki cieplno – plastycznej, odlewania, spawania, obróbki cieplnej czy procesów skrawania.

Podstawowe czynniki, które mogą prowadzić do rozpoczęcia procesu pękania :

• koncentratory naprężeń w postaci karbów, podcięć.

• duży udział objętościowy wtrąceń niemetalicznych o silnie wydłużonym kształcie

• pory, mikropustki,

• mikropęknięcia

Proces pękania może zachodzić pod wpływem różnych obciążeń np. statycznych krótko i długotrwałych, dynamicznych, cyklicznych pod oddziaływaniem naprężeń normalnych i stycznych. Z tego względu proces ten klasyfikuje się wg różnych kryteriów.

W zależności od uzyskanego przełomu:

• oderwanie (pękanie rozdzielcze) – wskutek oddziaływania naprężeń normalnych – następuje zerwanie wiązań atomowych w płaszczyźnie pękania.

• ścięcie (pękanie ciągliwe) – zerwanie wiązań międzyatomowych następuje wskutek oddziaływania naprężeń stycznych w płaszczyźnie pękania.

Według kryteriów energochłonności i intensywności odkształcenia plastycznego:

• pękanie plastyczne wymaga stałego dostarczania energii z zewnątrz oraz przebiega powyżej granicy plastyczności,

• pękanie kruche – nie wymaga dostarczania energii, charakteryzuje się mała energochłonnością, rozprzestrzenia się katastroficznie szybko po przekroczeniu pewnego granicznego naprężenia i nie wymaga jego wzrostu do propagacji

Ze względów strukturalnych:

• transkrystaliczne

  • ciągliwe

  • kruche

• Międzykrystaliczne

Ze względu na rodzaj przełomu:

• pękanie kruche

• pękanie plastyczne

• pękanie półkruche (plastyczno-kruche)

• pękanie quasi łupliwe

Część laboratoryjna

Próbki

Lp.	R [mm]	d0	du	D0
1	Nieskończony	3,99	3,27	-
2	17	4,12	3,33	8,00
3	8	4,04	3,50	8,00
4	2,5	4,11	3,73	8,02
5	0,25	4,00	3,87	7,97

Próbka nr 1. [ R = nieskończoność]

Próbka nr 2. [ R = 17 mm ]

Próbka nr 3. [ R = 8 mm]

Próbka nr 4. [ R = 2,5 mm]

Próbka nr 5. [R = 0,25 mm]

Wnioski z doświadczenia.

Otrzymane wyniki są zbliżone do wyników rzeczywistych, jednak obarczone są niewielkim błędem, który może być spowodowany np. nieumiejętnością mocowania próbek podczas próby rozciągania.

Z przeprowadzonego doświadczenia można wysnuć następujące wnioski.
1. Wraz ze zmniejszaniem się promienia zaokrąglenia dna karbu wzrasta siła potrzebna do zerwania próbki.
2. Plastyczność materiału związana jest z promieniem zależnością: maleje promień, maleje plastyczność.
Zjawiska te są skutkiem koncentracji naprężeń. Wtedy występuje ograniczona objętość materiału, która jest rozciągana.