Veliki
broj delova mašina i konstrukcija (kao što su šine, točkovi, vagonske osovine i
sl) je u toku rada izložen udarnim naprezanjima. Karakteristike materijala pri
udarnim opterećenjma razlikuju se od karakteristika dobijenih statičkim
dejstvom sile. Stoga je razumljiva potreba za njihovim određivanjem.
Ispitivanje savijanjem udarnim dejstvom sile, odnosno
ispitivanje žilavosti se najčešće svodi na to da se ustanovi da li probni
uzorak može da podnese određeni udarni rad ili određenu trajnu deformaciju, a
da se pri tom ne prelomi, ili da se ustanovi potreban udarni rad da probni
uzorak naprsne ili se prelomi. Ovakva ispitivanja se vrše i kad treba iznaći
najpodesniji materijal ili postupak prerade materijala za određeni proizvod.
Ispitivanja
na epruvetama sa zarezom, odnosno određivanje rada potrebnog za lom pod
utvrđenim uslovima ispitivanja, najčešće služe za tekuću kontrolu
kvaliteta i homogenosti materijala, kao i njegove obrade. Sem toga, ovim
postupkom se utvrđuje sklonost čelika ka krtom lomu, odnosno sklonost ka povećanju
krtosti u toku eksploatacije.
Sa
sniženjem temperature čvrstoća metala raste, a sposobnost deformisanja odnosno
žilavost opada. Kod nekih metala žilavost opada postepeno do jedne određene
temperature, a zatim opada naglo. Temperatura pri kojoj nastaje naglo smanjenje
sposobnosti deformisanja odnosno žilavosti naziva se kritičnom temperaturom ili
temperaturom krtog loma.
Kod
žilavog loma, tj. pri dovoljno visokim temperatura ispitivanja, prelom je žilav
sa znacima deformacije metala, a prelomna površina pokazuje sitnozrnu vlaknastu
strukturu.
Na
krtom prelomu ne uočavaju se znaci deformisanja materijala, a prelomna površina
je rapavija, krupnozrnasta i svetlije boje.
Postojanje
zareza na epruvetama dovodi do sprečavanja poprečnog deformisanja. Usled zareza
se deformacija ograničava na malu zapreminu.
Za
ispitivanje savijanjem pri udarnom dejstvu sile na epruvetama sa zarezom
(žilavosti) postoji nekoliko postupaka: Šarpi (u Jugoslaviji, Ruskoj
federaciji, Nemačkoj, Italiji, Japanu i vecini drugih zemalja), Izo (pored
Šarpija u Engleskoj i SAD), Gijeri (u Francuskoj) i Šnat (nema širu primenu).
Uslovi ispitivanja, kao i oblik i dimenzije epruvete se kod ovih postupaka
razlikuju međusobno i dobijeni rezultati se ne mogu međusobno porediti.
Postupak
po Šarpiju
Ispitivanje
žilavosti po Šarpiju izvodi se na uređaju koji se naziva Šarpijevo klatno.
Uređaj
se sastoji od klatna dužine R obrtnog oko osovine O. Na slobodnom kraju klatna
nalazi se teg težine G. U svom najnižem položaju teg prolazi kroz sredinu prostora
između dva oslonca na koje se postavlja epruveta.
Deo
klatna koji neposredno udara epruvetu izrađen je u obliku noža.
Obrtanje
klatna oko osovine treba da se obavlja sa najmanjim mogućim trenjem.
Brzina
tega klatna u trenutku udara na epruvetu treba da iznosi 5 do 7m/s. Pri većim
brzinama tega klatna od 5-7m/s dobijaju se niže vrednosti žilavosti.
Epruveta
se postavlja na oslonce tako da zarez dođe u srediu između oslonaca, i to sa
suprotne strane od one koju udara teg klatna pri padu.
Rad utrošen za prelom epruvete (N0)
dobija se kao razlika između raspoloživog rada (N1) i
neutrošenog rada (N2). U početnom položaju za ispitivanje klatno se iz vertikalnog
(najnižeg) položaja otkloni za ugao α1. U
ovom položaju klatno raspolaže potencijalnom energijom N1= G*h1, gde
je G težina tega, a h1 visina za koju se podiglo težište klatna u odnosu na
njegov najniži položaj. Puštanjem klatna da pada sa visine h1 ono
će udariti epruvetu, pri čemu će se deo raspoložive energije utrošiti na prelom
epruvete, dok će se ostatak (N2)
utrošiti na otklon klatna sa druge strane vertikalnog položaja za ugao α2,
odnosno na uzdizanje težišta na visinu h2. Prema
tome, utrošeni rad biće:
N0= N1-N2 = Gh1-Gh2 =
G(h1-h2)
Zamenom vrednosti za h1=
R(1-cos α1), i za h2= R(1-cos α2) gornja
jednačina dobiće oblik
N0= GR(cos α2– cos α1)
Velišine G, R i α1 su
poznate i predstavljaju karakteristike klatna. Promenljiv je samo ugaoα2 čija
se vrednost ošitava na ugrađenom uglomeru sa kazaljkom. Rad utrošen za prelom
epruvete može se i neposredno očitati na jednoj izbaždarenoj skali.
Žilavost (ρ) se izračunava kao utošeni rad po jedinici površine,
a izražava se u J/cm2
ρ
= N0/ A0
Za
ispitivanje žilavosti po Šarpiju primenjuju se epruvete prizmatičnog oblika,
kvadratnog poprečnog preseka, sa zarezom oblika slova U na sredini.
Kao
normalna epruveta za ovu vrstu ispitivanja smatra se epruveta sa dubinom zareza
3mm. [1]
Preuzeto sa bloga Iron Lady
Preuzeto sa bloga Iron Lady
Posted on 01/22/2014 by Iron Lady
Čelici su legure železa sa ugljenikom i
drugim elementima. Čelici predstavljaju najčešće korišćenu grupu mašinskih
materijala. U novije vreme poznato je nekoliko hiljada raznih vrsta čelika,
koje se koriste u gotovo svim oblastima mašinske tehnike.
DOBIJANJE ČELIKA
Dobijanje
čelika se svodi na rafinaciju gvožđa dobijenog u visokoj peći i dodavanju
ferolegura. Gvožđe za preradu u čelik sadrži do 4% C, 1,4% Si, 1,5% Mn, 0,25% P
i 0,12% S. Stoga se u procesu dobijanje čelika sadržaji ovih elemenata svode na
zahtevane vrednosti. Rastopljeno gvožđe prerađuje se u čelike u:
• u
Simens-Martenovoj peći (plameni postupak);
• u
elektropeći (pretapanjem) i
• u
Besemerovom ili Tomasovom konvertoru.
Bitna
razlika između Simens-Martenovog postupka i pretapanja u elektropećima,
konvertorskog postupka ogleda se u načinu dobijanja toplote potrebne za
dobijanje čelika. Dok se u prvom slučaju radi o spoljašnjim izvorima toplote
(sagorevanje gasa u Simens-Martenovom postupku ili električni luk kao najčešća
varijanta elektropeći), dotle se za konvertorski postupak potrebna količina
toplote obezbeđuje hemijskim reakcijama kojima se čelik prečišćava, prvenstveno
oksidacijom pomoću kiseonika pod pritiskom.
Izbor
postupka za dobijanje čelika zavisi od više faktora, a najvažniji su kvalitet i
cena dobijenog čelika, kao i hemijski sastav gvožđa, tj. njegova čistoća. Na
primer, za Simens-Martenov postupak i za pretapanje u elektropećima gvožđe, kao
polazna sirovina, treba da ima što manje primesa, tj. da je što veće čistoće.
Pri tome se dobija čelik boljeg kvaliteta, ali skuplji od konvertorskog čelika.
Za primenu konvertorskih postupaka koriste se gvožđa sa većim sadržajem silicijuma
(Besemerov postupak), odnosno sa većim sadržajem fosfora (Tomasov postupak),
koji pri prečišćavanju gvožđa daju dodatnu količinu toplote.
Oksidacija u
procesu dobijanja čelika biće objašnjena na primeru konvertorskog postupka. Kod
konvertorskog postupka gvožđe (sa čeličnim otpacima i do 30%) se ubacuje
u konvertor bačvastog oblika, koji je iznutra obložen odgovarajućom
vatrostalnom oblogom, sl. a,b. Neposredno pre početka reakcije sa kiseonikom
dodaje se topitelj, koji pomaže izdvajanje troske na površini rastopljenog
čelika, sl. c. U konvertor se spušta cev sa kiseonikom (vazduhom), koja je
označena strelicom na sl. d.
Čist
kiseonik reaguje sa železom iz gvožđa:
2Fe + O2
= 2FeO,
Oksid FeO
reaguje sa ugljenikom i primesama:
FeO + C = Fe
+ CO
2FeO + Si =
SiO2 + Fe
FeO + Mn =
MnO + Fe
5FeO + 2P =
P2O5 +Fe.
Ove reakcije
prati oslobađanje toplote, koja je dovoljna da čelik ostane u tečnom stanju, a
produkti oksidacije (CO, SiO2, MnO, P2O5)
odlaze u trosku ili u vazduh. Na taj način se sadržaj C, Si, Mn i P dovodi na
potrebnu meru, dok se za smanjenje sadržaja sumpora koristi kalcijum iz
topitelja koji gradi hemijsko jedinjenje CaS, koje takođe odlazi u trosku.
Smanjenje sadržaja ugljenika, sumpora, fosfora, mangana i silicijuma tokom
opisanih procesa u konvertoru je prikazano na sledećoj slici. Na primer, ako se
sadržaj ugljenika od 4% smanji na 2%, što odgovara maksimalnoj rastvorljivosti
ugljenika u čeliku, znači da je u procesu oksidacije došlo do sagorevanja
ugljenika.
PODELA ČELIKA
Čelici mogu
da se podele prema:
– hemijskom
sastavu,
– nameni,
– strukturi,
– načinu
dobijanja,
– kvalitetu,
– obliku
i stanju poluproizvoda.
Prema
hemijskom sastavu čelici se
dele na:
– ugljenične
čelike,
– legirane
čelike.
Prema nameni
čelici se
dele na:
–
konstrukcione čelike,
– alatne
čelike,
– čelike sa
posebnim svojstvima.
Prema
strukturi čelici mogu
da budu feritni, podeutektoidni, eutek-toidni, nadeutektoidni, ledeburitni,
austenitni i martenzitni (martenzit je struktura koja se dobija termičkom
obradom – kaljenjem, koja se odlikuje visokom tvrdoćom).
Prema načinu
dobijanja razlikuju se
Tomasov, Besemerov, Simens-Martenov i elektro-čelik.
Prema
kvalitetu, tj. sadržaju
sumpora i fosfora, čelici se dele na:
– čelike
običnog kvaliteta (ugljenične) sa sadržajem sumpora do 0,06% i fosfora do
0,07%,
– kvalitetne
čelike (ugljenični i legirani) sa sadržajem sumpora 0,035-0,04% i fosfora
0,035-0,04%,
– visoko
kvalitetne čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,025% i fosfora do
0,025%,
– plemenite
čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,015% i fosfora do 0,015%.
Prema obliku
i stanju poluproizvoda čelici se dele na: valjane, vuče-ne, kovane, livene, brušene, presovane i
ljuštene.
Referenca:
[1] Iron Lady
