Tõmbekatsed terase ja malmiga (0)

Praktikum I  Tõmbekatsed terase ja malmiga Töö eesmärk: Madalsüsinikterase (plastne metall) ja hallmalmi (habras metal) käitumise tutvustus tõmbel ja
survel. Olulisemate karakteristikute määramine. Kasutatavad katseseadmed: Katsemasin Zwick/Roell Z250 Suurim jõud: 250kN Tööpõhimõte: Pöörlevad spiraalkruvid sunnivad liikuvtraaversi siirduma allapoole või
ülespoole. Tõmbekatsekeha kinnitatakse kiilhaardeosadesse liikuva ja liikumatu traaversi
vahel.   Nii   jõudu   kui   ka   haardeosade   asukoha   muutu   registreerivatel   seadmetel   on
elektrooniline väljund, mis suunab andmeid arvutisse töötlemiseks. Siirete mõõtmiseks
võib   kasutada   kas   haardeosade   asukoha   muutumist   või   ekstensomeetrit,   sõltuvalt
soovitavast mõõtmistäpsusest. Juhtimistarkvara: TestXpert (Programmis TestXpert II on kasutusel normile EVS-EN 10002-1:2001 vastavad
tähised. Nende vastavus meie kasutatud tähistega on järgmine:  alumine voolepiir σy,al   lower yeild point ReL  ülemine voolupiir σy,ül   upper yeild point ReH  tõmbetugevus σu   tensile strength Rm  katkepinge σkatke   stress at break RB  baasi algpikkus l0   marked initial gauge length L0  baasi lõppikkus lu   gauge length after break Lu Katsemasin EU 100 Kasutatavad katsematerjalid: Teras on sulam, mille põhikomponent on raud ning mis muude elementide (väävel, fosfor jne)
kõrval sisaldab kuni 2.14% süsinikku. [1] Kui rauasulamis on üle 2,14% süsinikku, nimetatakse seda malmiks. Süsiniku protsent sulamis ei
ole tavaliselt suurem kui 4. [2] Malmil   ja   terasel   on   oluline   erinevus:   terast   on   võimalik plastselt   deformeerida,   kuid
malmil jääkdeformatsioone ei esine, kuna malm puruneb. Malm on heade valuomadustega ning
seejuures ka odavam kui teras, mistõttu tihti on masinate korpused ja kered valatud malmist.
Malmil on ka omadus summutada lööke. [1],[2]


Materjali karakteristikud: Normaalelastususmoodul E  Materjali jäikust iseloomustav Hooke'i seaduse võrdetegur. 
Et E=σ/ε, siis elastsusmooduli leidmiseks tuleb registreerida mingile moonde muudule ∆ε
vastav pinge muut ∆σ. Voolepiir σy  Pinge, mille juures toimub materjali oluline plastne deformeerumine, voolamine, ilma
jõudu suurendamata. Diagrammil väljendub see vooleastmena, mis võib olenevalt terase
omadustest   omandada   mitmesuguse   kuju.   Nii   algab   paljudel   madalsüsinikterastel
vooleaste hambaga. 
Sel   juhul   eristatakse   ülemist   voolepiiri   σy,ül  -   suurimat   pinget   enne   vooleastme
moodustumist - ja alumist voolepiiri σy,al  - pinge madalaimat väärtust voolamise vältel.
Vahel vooleaste polegi märgatav. Sellist terast iseloomustatakse tingliku voolepiiriga -
pingega, mille juures moodustub küllalt suur jääkmoone. Tugevuspiir ehk tõmbetugevus σu  Suurim katses registreeritud tinglik pinge:
σu =maxF/A0 Metalli plastsus Võime omandada olulist jääkdeformatsiooni. 
Plastsust iseloomustatakse kahe kaudse karakteristikuga: Katkevenivus δ  purunenud   katsekeha   mingil   mõõtepikkusel   määratud   keskmine   suhteline
jääkpikenemine:  δ ¿ Λ 0 l0 x 100 kus Λu  =l-lu  on  pikkuse  muut,   mis  on  mõõdetud   purunemise   järel.  Siin  lu  on
mõõtebaasi lõppikkus. Katkeahenemine Ψ  katse käigus registreeritud suurim ristlõikepindala muut protsentides algpindalast: Ψ ¿ Λ 0− Λu Au x 100 kus Au on ristlõikepindala katsekeha kaelas purunemise järel.


Katse metoodika: Materjalide   mehaanikalised   omadused   määratakse   tavaliselt   otsese   testimisega,   mis   sageli
lõppevad katsekeha purunemisega. Käesolevas laboratoorses töös testiti kahte materjali tõmbele.
Katsekehade venitamine toimub katsemasinas Z250.   Kehad mõõdetakse enne ja pärast katset.
Käesolevas katses on katsetatavateks kehadeks on: terasvarras algmõõtmetega l0 = 100,25 mm, d0 = 20.05mm 
malmvarras algmõõtmetega l0 = 117.26 mm, d0 = 20.3 mm.  Proovikeha   paigaldatakse   masinasse   ning   algparameetrid   sisestatakse   katsejutimistarkvarasse.
Järmisena   täpsustatakse   katse   kiirus   ning   soovitud   tulemused   millele   järgnevalt   võib   katset
alustada.  Tähtis  on peale  purunemist  proovikehal  mõõta  baasipikkus ja läbimõõt  kaela  kohal  (pannes
selleks katkenud osad kokku). Katsetulemused: Esialgne läbimõõt d0 = 20.05mm
Lõplik läbimõõt du = 11.78mm
Esialgne pikkus l0 = 100,25 mm
Lõplik pikkus lu = 128.96 mm Esialgne ristlõike pindala A 0= π ∙ d 2 4 = π ∙20.05 2 4 = 315.372 mm 2 Lõplik ristlõike pindala A u = π ∙ du 2 4 = π ∙ 11.78 2 4 = 108.988 mm 2 Graafik 1


0 5 10 15 20 25 0 40 80 120 160 200 Terasvarda tõmbetugevus Siire [mm] Jõud [kN] Graafik 2 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 100 200 300 400 500 600 Suhtelise deformatsiooni ja tingliku pinge seos Suhteline deformatsioon e [%] Tinglik pinge s [MPa] Iseloomulikud pinged:  Alumine voolepiir σ y, l= F y , l A0 = 122 .17 ∙ 10 3 315 .732∙ 10 − 6 ≈ 387.38  MPa  Ülemine voolepiir


        σ y,u= F y , u A0 = 127 .70 ∙ 10 3 315 .732∙ 10 − 6 ≈ 402.92 MPa  Tõmbetugevus               σu= F max A0 = 176 , 035 ∙10 3 315 .732∙ 10 − 6 ≈ 558.18 MPa  Katkepinge σ katke= F A0 = 117.163 ∙10 3 315.372∙ 10 − 6 ≈ 371.51 MPa  Tegelik katkepinge σ tegelik = F Au = 117.163∙ 10 3 108.988 ∙10 − 6 ≈ 1075 MPa Materjali plastsust iseloomustavad andmed:  Katkeahenemine ψ katkeahenemine= A 0− A u A0 ∙100 = 315.372∙ 10 − 6 −108.988∙10−6 315.372 ∙10 − 6 ∙ 100 =65.44  Katkevenivus δ katkevenivus= Λ u l0 ∙ 100 = 128.96 ∙ 10 − 3−100,25 ∙10−3 100,25∙ 10 − 3 ∙100 =28.6  Suhteline deformatsioon/moone e ¿ ∆ l l 0 = 128.96−100,25 100,25 = 0.286 Terase purunemine: Teras on sitke materjal, mis tähendab, et enne purunemist tekivad arvestatavad deformatisoonid.
Madalsüsinikteras puruneb kaela tekkimisega suurte pikkusedeformatsioonide tagajärjel. Kaela
teket katse käigus võib graafikul hakata nägema siis kui kõver on horisontaalseks muutunud.  Proovikeha   puruneb   ristlõike   keskel   tõmbepingete   toimel,   kus   on   suurim   pinge   ja   lõpeb
nihkepingete mõjul servades 45⁰. See viitab kahele erinevale purunemismehhanismile


Katsekeha on purunemise järel kergelt leige, mis tähendab, et kogu jõud ja töö mis katsekeha
sisse pandi läks deformeerimiseks ja soojuseks.  Terasel tekivad plastsed deformatsioonid. See tähendab, et aatomid paigutuvad materjalis ümber
niivõrd palju, et nende vahelised tõmbejõud vähenevad ja nad ei suuda esialgset asendit taastada
peale koormise eemaldamist. Plastsuseks nimetatakse materjali võimet rakendatud välisjõu mõjul
muuta purunemata oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada plastne ehk jääv deformatsioon ka pärast
välisjõu lakkamist. [4] Tõmbekatse malmiga Esialgne läbimõõt d0 = 20.3 mm
Lõplik läbimõõt du = 20.29 mm
Esialgne pikkus l0 = 117.26 mm
Lõplik pikkus lu = 119.28 mm Esialgne ristlõike pindala A 0= π ∙ d 2 4 = π ∙20.3 2 4 = 323.655 mm 2 Muutuv ristlõike pindala A u= π ∙ du 2 4 = π ∙ 20.29 2 4 = 323.336 mm 2 Graafik 3


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 80 Tõmbekatse malmiga Siire [mm] Jõud [kN] Graafik 4 0 0 0 0 0 0.01 0.01 0 50 100 150 200 250 Suhtelise deformatsiooni ja pinge vaheline seos Suhteline deformatsioon e [%] Tinglik pinge s [MPa] Iseloomulikud pinged:  Tõmbetugevus               σu= F max A0 = 68.88 ∙ 10 3 323.655∙ 10 − 6 ≈ 212.82 Mpa


Materjali plastsust iseloomustavad suurused:  Katkeahenemine ψ katkeahenemine= A 0− A u A0 ∙100 = 323.655 ∙10 − 6 −323.655 ∙10−6 323.655 ∙ 10 − 6 ∙ 100 =0  Katkevenivus δ katkevenivus= Λ u l0 ∙ 100 = 119.28∙ 10 − 3−117.26 ∙10−3 117.26 ∙10 − 3 ∙100 =1.72  Suhteline deformatsioon/moone e ¿ ∆ l l 0 = 119.28−117.26 117.26 = 0.0172 Malmi purunemine: Malm on habras materjal, mis tähendab, et see puruneb ilma oluliste deformatsioonide ja kaela
tekketa.  Purunemise pind  on ristlõike  tasapinnas,  kus mõjusid suurimad  tõmbepinged. Kuna
malm   puruneb   peaaegu   olematute   või   väga   väikeste   deformatsioonide   juures,   puuduvad   tal terasele   iseloomulikud   pinged   (peale   tõmbetugevuse   σu ).   Malmi   purunemisel   ristlõige
peaaegu ei ahene, mis tähendab, et tegelik ja tinglik pinge langevad kokku. [5] Hapral   purunemisel   tekib   ja   areneb   pragu   kiiresti   (nagu   katses   malmil,   sitkel   purunemisel
aeglaselt (nagu terasel). Seetõttu on habras purunemine ohtlikum. [4] Võrreldes terasega on katkevenivus ja katkedeformatsioon väga väikesed. Kasutatud kirjandus [1] Wikipedia. (2017). Teras. https://et.wikipedia.org/wiki/Teras [2] Wikipedia. (2013). Malm https://et.wikipedia.org/wiki/Malm [3] Tehnilise mehaanika laboritööde juhend. TTÜ. (2001). Töö nr 1: tõmbe- ja survekatsed. [4] Materjaliõpetus elektrikele.  
http://opiobjektid.tptlive.ee/Materjaliopetus/materjali_mehhaanilised_omadused.html [5]   IOC.   (2014).  Materjalide   omadused.   https://www.ioc.ee/~salupere/lk/elal_2014_ptk7_Mat-
Meh-Omad_2.pdf