SPRAWOZDANIE

MECHANIZMY USZKODZEŃ ELEMENTÓW METALOWYCH

Wpływ spiętrzenia naprężeń na ciągliwość stali konstrukcyjnej

Katarzyna Kocewiak

Gr: 12B1

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

1. CZĘŚĆ LABORATORYJNA

Wykorzystane wzory do obliczeń:
∆L [mm]= ∆L [pkt]*0,00375
F [kN]= F [pkt]* 0,012
Ec=Es+Ep

gdzie: Ec-energia całkowita, Es-energia odkształcenia sprężystego, Ep-energia odkształcenia plastycznego

Ru= Fu/Su
maxϭ_rz=Fu/Su (gdzie Fu-max siła zerwania)
Su=π(du)^2/4 (gdzie du-średnica po zerwaniu)
maxϭ=ϭ$\sqrt{\frac{c}{\rho}}$

Do - średnica zewnętrzna

do- średnica karbu

R[mm]	Do [mm]	do [mm]	Du [mm]	Su [mm^2]	Fu [kN]	Ru [N/mm^2]
N	-	3,98	3,34	8,757146	6,84	781,07639
17	8,08	4,08	3,63	10,3438665	7,38	713,46628
8	8,01	4,08	3,73	10,9216265	9,384	859,21268
2,5	8,05	4,06	3,7	10,74665	11,952	1112,1605
0,25	7,98	4,2	3,86	11,696186	8,832	755,11795

R[mm]	Ec[J]	Es[J]	Ep[J]	max ϭ rzeczywiste[N/mm^2]	ϭ (Inglis) [N/mm^2]	∆L[mm]
N	4,540298	0,422258	4,11804	X	781,07639	0,50625
17	1,69416	0,44514	1,24902	713,46628	244,71692	0,16875
8	2,005785	0,631732	1,374053	859,21268	425,83069	0,15375
2,5	2,660378	0,898178	1,7622	1112,1605	993,50238	0,10500
0,25	1,441913	0,474097	0,967815	755,11795	2076,2311	0,12375

Wykres przebiegu σ_max rzeczywiste,σ_max wg Inglisa

Wykres przebiegu ∆L w zależności od promienia zaokrąglenia dna karbu

3. WNIOSKI

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

Analizując wykresy można zauważyć, że zarówno ∆L jak i Ec, Es, Ep maleją wraz ze zmniejszeniem promienia próbki.