Labori praktikumid (0)

Tõmbekatsed
Töö eesmärk:
-Tutvuda põhiliste konstruktsioonimaterjalide - metallide, plastide ja komposiitmaterjalide- mehaaniliste omaduste ja nende määramise meetoditega;
-Määrata katsetatavate materjalide võimalik kasutusala.
Katsetamised tõmbele:
1.1- Pikikiuga armeeritud komposiitmaterjal
Märkused: Mureneb kiudude kohalt, kiud paiskuvad eemale. Pikenemist ei mõõda. Teeb ragisevat häält.
Kasutamine:
1.2- Ristikiuga armeeritud komposiitmaterjal
Märkused: Väike pikenemine . Teeb ragisevat häält(klaaskiud).
Kasutamine:
1.3- Teras(C60)
Märkused: Tekib kael . Soojeneb.
Kasutamine: Turvavööd
1.4- Plast ( polüamiid- PA)
Märkused: Tämbekiirus 15mm/sec. Pärast purunemist tekib tühimik.
Kasutamine: : kulbid, pannilabidad , spaatlid, nugade käepidemed
Tabel andmetega:
Materjal
b mm
t
mm
So mm2
Lo mm
Fmaks kN
Rm N/mm2
Fp
k/N
Rp
N/mm2
L1
mm
A
%
E GPa
p
mg/mm3
Rm/p
Nxmm/mg
Komposiit
pikikiudu
10,3
2,9
30
50
12,2
407
11,7
390
8...
45
1,61
253
Teras
20
3
60
80
29,5
492
16,0
267
101,3
27
210
7,80
63
Plast
10
4
40
50
2,6
65
2,2
55
60
20
0,5...3,5
1,10
59
Komposiit
ristikiudu
10,3
2,9
30
50
1,5
50
1,1
37
50
0
8...
45
1,61
31
Vajalikud valemid arvutuste jaoks:
Rm= Rp= A=*100%
Tähised:
F- teimikule rakendatud jõud
S - teimiku pindala(0-alg, 1-lõpp)
L- teikiku pikkus(0-alg, 1-lõpp)
Rm - tõmbetugevus
Rp - tinglik voolavuspiir
E – materjali vastupanu elastsele deformatsioonile ehk elastsusmoodul
A – katkevusvenivus (suhteline pikenemine protsentides purunemiseni)
Vastupidavus löökkoormusele:
Teimiku soone tüüp
Nurgad
α β kraad
Purustustöö KU või KV J
Katsetustemperatuur
Purunemispinna iseloom
S355
198
toatemperatuur
Tuhm, kihiline
S355
140
-50oC
Tuhm, kihiline
C45 (v-soonega)
6,5
toatemperatuur
Läikiv, teraline
C45 (v-soonega)
2,4
-50oC
Läikiv, teraline
Järeldus: Võrreldes purustustööks kulutatud energiat toatemperatuuril ja -50oC, siis on näha, et külmhapruse tõttu muutuvad antud materjalid -50oC juures hapraks ning seetõttu kulub vähem energiat purustustööks. Peale selle mõjutab purustustööd ka soone tüüp: mida teravam soon on, seda vähem energiat kulub purustustööks.
Kõvadus
Töö eesmärk:
-Tutvuda põhiliste kõvaduse määramise meetoditega ( Brinell , Rockwell ja Vickers , Barcol);
- Valida sobiv meetod kõvaduse määramiseks erinevatele materjalidele;
- Võrrelda katsetatud materjalide kõvadust;
- Analüüsida seost materjali tõmbetugevuse ning kõvaduse vahel.
Kõvaduse määramise meetodid:
Brinelli - materjali surutakse kõvasulamkuul(HBW) või karastatud teraskuul(HBS) jõuga 1...3000 kgf. Seda meetodit kasutatakse enamasti metalsetel materjalidel. Katsekeha min. Paksus ei tohi olla väiksem kui jälje 8-kordne sügavus. Tõbetugevuse ja HB vahel kehtib ligikaudne seos Rm ~ 3 HB.
Rockwelli - universaalne. Tulemus loetakse otse masina skaalalt. Puuduseks on nõutav katseobjekti hea pinnaviimistlus ja korralik baseerimine töölauale. Metalsete materjalide korral kasutatakse A-(teras),B-(Al-sulamid), ja C-(kõvasulamid) skaalat , pehmete sulamite ja plastide puhul H-, R-, M-skaalat. Otsak surutakse sisse eeljõuga 10 kgf ning seejärel suurendadakse põhijõuni(60, 100 või 150 kgf). HR-i iseloomustab otsaku( koonuse või kuuli) sissetungimise sügavuste vahe materjalis.
Vickersi - põhineb teemantpüramiidi(4-tahuline, jõuga 1...100 kgf) sissesurumisel materjali. Võimaldab määrata mis tahes metalli või sulami kõvadust(k.a õhukene metall ja pinnakiht). Puuduseks on kõrgendatud nõuded pinnaviimistlusele( poleeritud pind).
Barcoli- materjali surutakse teraskoonus. Kasutatakse pehmete metallide, sulamite ja komposiitmaterjalide kõvaduse määramiseks. Kaasaskantav.
Materjali iseloomustus
Kriipe (viili) katse
Valitud kõvaduse määramise meetod
Jälje suurus mm
Kõvadusarv
HV
Tugevus
Alumiinium sulam pehme
Kergesti viilitav
Brinelli meetod 10mm 500 kg
3.4 mm
51 HBW10/500
HV seisutamine sellel temperatuuril-> kiire jahutamine (soolalahuses, vees, õlis) kiirusel, mis on karastatava terase kriitilisest jahtumiskiirusest suurem. Saadakse ebastabiilne struktuur. Enamasti saadakse lõpptulemusena martensiitstruktuur, mis on suure kõvaduse ja tekkinud sisepingete tõttu habras .
Noolutamine – karastamisele järgnev kuumutus allpool faasipiiriAc1; temperatuuri valimisel lähtutakse soovitud kõvadusest/sitkusest. Martensiit laguneb ferriidi ja tsementiidi seguks ning austeniit kaob. Suureneb terase sitkus, kuid kõvadus ja tugevus vähenevad. Toimub ka sisepingete vähenemine ja karbiidosakeste kasv. Jaguneb madal-, kesk- ja kõrgnoolutuseks, kus vastavalt esinevad noolutusmartensiit,- stroostiid ja- sorbiit .
Tabelid:
Terase karastamine :
Terase mark, C-sisaldus
Kõvadus lähteole-kus HRC
Karastus-temp C0
Kuumutus-kestus min
Katsekehade arv karastuskeskkonna kohta
Nõutav kõvadus HRC
Saavutatud kõvadus HRC
1) 0,07
0
900
2m 30s
Õhk:
Õli:
Vesi: 1
25
13
2) 0,76
20
900(750)
8m
Õhk:
Õli:
Vesi: 1
64
65
3) 0,58
6
900(800)
5m
Õhk:1
Õli:1
Vesi:3
62
Vesi:65,67,66 Õli: 59 Õhk: 18
Terase noolutamine:
Terase süsiniku sisaldus
Nõutav kõvadus
Noolutustemperatuur C0
Kuumutus-kestus min
Saavutatud kõvadus HRC
0,58
45..65
200
15
56
0,58
30..50
350
15
46
0,58
15..35
600
15
34
Graafikud :
HRC = f (Tnool °C)
HRC = f (C%)
Duralumiiniumi termotöötlus
Töö eesmärk:
- Tutvuda alumiiniumisulami – duralumiiniumi termilise töötlemisega
- Uurida termilise töötlemise mõju duralumiiniumi omadustele.
Seletav osa:
Al-sulamite liigituse aluseks on Al ja nende põhilisandite faasidiagrammid. Termotöötluse käigus võib toimuda nii dispersioonikõvenemine(tugevus suureneb, sest üleküllastunud 1-faasilisest struktuurist tekivad väga peenikesed uued faasid ) kui ka martensiidi tekkimine( tekivad sisepinged ning kõvadus ja tugevus tõusevad).
Al-sulamites lahustuvad lisandid(Cu,Si, Mg,Mn) piiratult ning nende lahustuvus väheneb temp. langedes. Al-Cu.sulamit karastades tekib Cu-ga üleküllastunud ebapüsiv tardlahuse struktuur, kuid aja jooksul eraldub liigne vask CuAl2 näol- vananemine (eelnevalt Cu- aatmoid n-ö koonduvad)-tugevus ja kõvadus kasvavad, plastsus väheneb. 2-3 tundi peale karastamist toimub inkubatsiooniperiood( saab durAl hästi deformeerida).


Tabel:
Termotöötlemise viis
Vanandamise kestus
Kõvadus HRB
 
1. 2. 3. keskm.
Enne karastamist
68, 68, 67, 68
Pärast karastamist
9, 7, 8, 8
Pärast vanandamist
0,5
15, 14, 14, 14
 
1
30, 28, 29, 29
 
3
19, 20, 18, 19
 
5
23, 25, 24, 24
 
10
38, 39, 38, 38
 
20
40, 39, 43, 41
Plastide identifitseerimine ja kõvadus
Töö eesmärk:

• Identifitseerida plasti väliste tunnuste ja füüsikalis-mehaaniliste omaduste põhjal;
  

- Tutvuda mittemetalsete materjalide (plastide, komposiitide) kõvaduse määramise meetoditega (Rockwelli kõvadus).
Lühidalt plastidest:
Plastid - polümeeride(kõrgmolekulaarsete ühendite) baasil valmistatud tehismaterjalid, mille põhikomponendiks on polümeer ning mis töötlemisfaasis on plastsed, tavaliselt kõrgendatud
temperatuuri ja rõhu mõjul. Koosnevad polümeersest maatriksist(sideainest, anna vormi ja kuju) ning tugevdavast ehk armeerivast lisandist( teraline või kidmaterjal).
Plastide jagunemine:
a)Rakendusomadusete järgi: - tarbeplastid (PE,PVC)
-konstruktsiooniplastid( PA,PC)
-eriotstarbelised plastid
b)Päritolu järgi: -looduslikud
-modifitseeritud looduslikud
-sünteetilised
c)Peaaehele kuju järgi: - lineaarsed
-hargnenud
-ristsillatud
d)Temperatuurile vastupanu järgi:
- termoplastid (saab korduvalt sulatada, sisaldavad kristalliinset ja amorfset piirkonda, toatemp -l jäigad)
- termoreaktiivid (tahkuvad pöördumatult, ristsillatud, täielikult amorfsed . toatemp-l haprad ja jäigad)
-elastomeerid(võimalik vormida ainult üks kord,ristsillatud- harvem kui termoreaktiividel,saab deformeerida ilma jäävate deformatsioonideta,amorfsed,toatemp-l elastsed)
Tabel:
ID nr
Värv
Läbipaistvus
Laastu lõikamine
HB
Mass vees
Mass õhus
Tihedus
HRR
HRL
Kombineeritud võimalik materjal
11
kirgas (klaasias)
jah
raske
0
0,71
4