Izbor materijala, 3+3, Prof.dr.sc. T. Filetin METODOLOGIJA IZBORA MATERIJALA

Transcript

1 Izbor materijala, 3+3, Prof.dr.sc. T. Filetin METODOLOGIJA IZBORA MATERIJALA

2 RAZLOZI USAVRŠAVANJA POSTOJEĆIH PROIZVODA pojava novih materijala; promijenjeni uvjeti rada u uporabi; poboljšanje uporabnih karakteristika proizvoda; otežana nabava definiranog materijala vrsta, oblik, dimenzije, nezadovoljavajuća kvaliteta; nezadovoljavajuće ponašanje u proizvodnji; kvarovi u uporabi zbog materijala - deformacije, lomovi, prekomjerno trošenje ili korozija; pojava novih zakona, normi, propisa i uputa; novi zahtjevi za recikličnost i općenito utjecaj materijala na okoliš; smanjenje troškova i postizanje bolje konkurentnosti; zahtjevi tržišta - moda, konkurencija

3 stupanj realizacije troškovi, dohodak, profit S - KRIVULJA RAZVOJA PROIZVODA ŽIVOTNI CIKLUS PROIZVODA P1 P vrijeme 1 - ISTRAŽIVANJE I RAZVOJ; 2 - PROIZVODNJA; 3 - PROMOCIJA I UVOĐENJE NA TRŽIŠTE 4 - RAST PLASMANA; 5 - ZRELOST PLASMANA; 6 - ZASIĆENJE I PAD PLASMANA ("UMIRANJE")

4 UTJECAJI NA RAZVOJ PROIZVODA INVESTIRANJE PODNEBLJE TRADICIJA, VJEŠTINE POSLOVNE STRATEGIJE INDUSTRIJSKI DIZAJN ESTETIKA TRŽIŠNE POTREBE ZAHTJEVI PROCES RAZVOJA PROIZVODA SPECIFIKACIJE PROIZVODNJA UPORABA ISTRAŽIVANJE RECIKLIRANJE UNIŠTENJE INOVACIJE OKOLIŠ ZNANOST ODRŽIVOST RAZVOJA

5 ČIMBENICI KOJI UTJEČU NA RAZVOJ PROIZVODA 1. TEHNIČKI funkcijski i eksploatacijski zahtjevi te odgovarajuća svojstva i radne karakteristike proizvoda, tehnologija i raspoloživa oprema, energetska svojstva; 2. EKONOMSKI troškovi razvoja i proizvodnje i cijena proizvoda, investicijski troškovi, produktivnost i rentabilnost, mogućnosti kooperacije, diverzificiranost proizvoda, zemlje prodaje i dr.; 3. ORGANIZACIJSKI osposobljenost ljudi, rokovi, kooperacija, dorade, odgovornosti 4. DRUŠTVENI, HUMANI potrebe čovjeka i društva, ergonomska svojstva, mogućnosti recikliranja i utjecaj na okoliš, kulturološka (npr. estetska) i informacijska svojstva i dr.; 5. PRAVNI norme, zakoni, propisi, zaštita izuma, patenata, modela, postupka proizvodnje (know-how i know-why) i dr.

6 ČIMBENICI KOJI UTJEČU NA RAZVOJ PROIZVODA 1. TEHNIČKI funkcijski i eksploatacijski zahtjevi te odgovarajuća svojstva i radne karakteristike proizvoda, tehnologija i raspoloživa oprema, energetska svojstva; 2. EKONOMSKI troškovi razvoja i proizvodnje i cijena proizvoda, investicijski troškovi, produktivnost i rentabilnost, mogućnosti kooperacije, diverzificiranost proizvoda, zemlje prodaje i dr.; 3. ORGANIZACIJSKI osposobljenost ljudi, rokovi, kooperacija, dorade, odgovornosti; 4. DRUŠTVENI, HUMANI potrebe čovjeka i društva, ergonomska svojstva, mogućnosti recikliranja i utjecaj na okoliš, kulturološka (npr. estetska) i informacijska svojstva i dr.; 5. PRAVNI norme, zakoni, propisi, zaštita izuma, patenata, modela, postupka proizvodnje (know-how i know-why) i dr.

7

8 STRUKTURA SUSTAVA "CADFIBER" ZA PROJEKTIRANJE I PROIZVODNJU KOMPOZITNIH IZRADAKA BAZA PODATAKA SVOJSTAVA MATERIJALA CAD/CAE KONSTRUIRANJE I DIMENZIONIRANJE CAD/CAE CADFIBER SIMULACIJA PROIZVODNOG PROCESA CAM OSIGURANJE KVALITETE CAQ

9

10 PRIMJER KORIŠTENJA BAZE PODATAKA ZA MATERIJALE PRI RAZVOJU PROIZVODA

11 materijal: Ck 15 POLAZNO OD DVA KOVANA DIJELA materijal: 16MnCr5 POLAZNO OD JEDNOG OTKOVKA USPOREDBA VARIJANTI IZRADE OKRETNA POLUGA DIESEL MOTORA GOTOV DIO Tehnološki postupci izrade: 1. Priprema oba dijela za zavarivanje 2. Zavarivanje 3. Poravnanje 4. Obrada odvajanjem čestica 5. Naknadno zavarivanje potisnih površina 6. Obrada odvajanjem čestica nakon zavarivanja 7. Toplinska obrada (Ck 15 loše) 8. Ravnanje nakon toplinske obrade 9. Brušenje Troškovi: Materijala 7,5 Izrade (161 min) 160 Ukupno: 167,5 (100 %) Tehnološki postupci izrade: Obrada odvajanjem čestica Toplinska obrada (16MnCr5 dobro) - 3. Brušenje Troškovi: Materijala 8 Izrade (161 min) 105 Ukupno: 113 (67 %)

12 PRIMJER USPOREDBE ČELIKA ZA SPREMNIK PREMA GRANICI RAZVLAČENJA I TROŠKOVIMA Usporedbeno analizirati primjenu dvaju čelika: H II (Č1204) i sitnozrnatog poboljšanog StE 900V za plašt valjkastog spremnika vanjskog promjera 2500 mm, visine 2500 mm, s jednim aksijalnim i jednim obodnim zavarom.

13 Svojstva i elementi troškova Vrsta čelika H II (Č1204) StE 900 V R p0,2, N/mm dop = R p0,2 /1,5, N/mm cijena po granici razvlačenja, 30 3,6 /Nmm -2 debljina stijenke, d, mm ukupna masa čelika, m, kg Trošak, % od ukupnih troškova Trošak, % od ukupnih troškova cijena čelika , ,5 predgrij. prije zavarivanja 200 2,2 50 1,1 elektrode za zavarivanje 425 4, ,3 zavarivački rad , ,0 ispitivanje 250 2, ,1 proizvodni troškovi jednična cijena čelika, /kg 0,6 1,1 ukupni troškovi Primjenom jedinično skupljeg čelika (StE 900 V), ukupni troškovi nisu viši od troškova za čelik H II, nego dapače dvostruko niži, jer su kompenzirani četiri puta manjom debljinom stijenke, odnosno masom plašta. Bitan kriterij je cijena po 1 N/mm 2 R p0,2, a ne osnovna cijena čelika.

14

15 Izbor materijala skupine zahtjeva 1. FUNKCIONALNOST 2. EKSPLOATABILNOST 3. TEHNOLOGIČNOST 4. RASPOLOŽIVOST, NABAVLJIVOST I CIJENA 5. STANDARDIZIRANOST - NORMIRANOST 6. RECIKLIČNOST, UNIŠTIVOST (EKOLOGIČNOST) 7. ESTETIČNOST, OSJETILNOST

16 FUNKCIONALNOST I EKSPLOATABILNOST a) ODRŽAVANJE definiranih DIMENZIJA I OBLIKA konstrukcije bitna su mehanička svojstva materijala b) održavanju cjelovitosti konstrukcije OTPORNOST NA LOM c) sprječavanju oštećenja površine zbog TROŠENJA, KOROZIJE i sličnih procesa dotrajavanja d) zadržavanju ostalih FIZIKALNIH SVOJSTAVA važnih za održavanje funkcije proizvoda u vremenu njegove uporabe. NOSIVOST, SIGURNOST I POUZDANOST, TRAJNOST, PRIKLADNOST ZA ODRŽAVANJE.

17 KARAKTERISTIKE MEHANIČKOG OPTEREĆENJA NAČIN OPTEREĆENJA: - AKSIJALNO - RASTEZANJE, SABIJANJE (IZVIJANJE) - SAVIJANJE - UVIJANJE ILI TORZIJA - SMICANJE ILI ODREZ - KOMBINACIJE VREMENSKE FUNKCIJE OPTEREĆENJA: - STATIČKI ili DINAMIČKI, PROMJENJIVO ili UDARNO - BRZINA I TRAJANJE OPTEREĆENJA (UKUPNO I POJEDINOG CIKLUSA) -TIJEK OPTEREĆENJA - KONTINUIRANO, DISKONTINUIRANO - OBLIK FUNKCIJE OPTEREĆENJA (LINEARNO, SINUSNO, KVADRATNO ) - PAUZE I FREKVENCIJA OPTEREĆENJA PORIJEKLO DJELOVANJA OPTEREĆENJA (SILA I MOMENATA): MASENE SILE, RAZLIKE TLAKOVA, RAZLIKE TEMPERATURA, ZAOSTALA NAPREZANJA LOKALITETI OPTEREĆENJA: - POLOŽAJI NA ELEMENTU ILI SKLOPU - POVRŠINA DJELOVANJA OPTEREĆENJA VELIČINA OPTEREĆENJA: - VRIJEDNOST - PROCJENE: NISKO, SREDNJE, VISOKO, VRLO VISOKO

18 STATIČKO KRATKOTRAJNO OPTEREĆENJE -DEFORMACIJE -LOM - ELASTIČNE - PLASTIČNE RELEVANTNA SVOJSTVA: R e, R p0,2, E, R e /R m FAKTOR SIGURNOSTI

19 Svojstva - krutost (E) - nosivost i sigurnost (R e, R p0,2, R m, R mt, R ms, R mu ) - povoljan omjer R e /R m - plastična rezerva - velika površina ispod krivulje u F- l dijagramu (sigurnost od krhkog loma)

20 A, %

21

22 R m, MPa USPOREDBA VLAČNE ČVRSTOĆE MATERIJALA Metals/ Alloys Steel (4140)qt W(pure) Ti (5Al-2.5Sn)a Steel (4140)a Cu (71500)cw Cu (71500)hr Steel (1020) Al (6061)ag Ti (pure)a Ta (pure) Al (6061)a Graphite/ Ceramics/ Semicond Diamond Si nitride Al oxide Si crystal <100> Glass-soda Concrete Graphite Polymers Nylon 6,6 PC PET PVC PP LDPE HDPE Composites/ fibers Cfibers Aramidfib E-glass fib AFRE( fiber) GFRE( fiber) CFRE( fiber) wood( fiber) GFRE( fiber) CFRE( fiber) AFRE( fiber) wood ( fiber) R m (keramika) ~ R m (metali) ~ R m (komp) >> R m(polimeri) Vrijednosti pri norm. T Preuzeto iz Table B4, Callister 6e. a = žareno hr = vruće valjano ag = dozrijevano cd = hladno vučeno cw = cold worked qt = poboljšano AFRE, GFRE, & CFRE = aramid, stakl, & ugljična Fiber epoksi ojačan s 60 vol% vlakana. 1

23 DUKTILNOST - A i Z ISTEZLJIVOST: manji A krhko ako je A<5% Lo So S u Lu duktilno ako je A>5% Faktor sigurnosti i A: VDI 2226 S min = 2-(A 5 /50) 1/2 >1,25 SUŽENJE: Z S o S S o u 100, % Z i A su često u korelaciji

24 ŽILAVOST IZ σ-ε DIJAGRAMA Energija potrebna za lom jediničnog volumena materijala Približno odgovara površini ispod krivulje u σ-ε dijagramu. najmanja žilavost - keramika ili SL velika žilavost -metali, PMC. manja žilavost -neojačani polimerni materijali

25 IZBOR MATERIJALA ZA NATEZNO UŽE VISEĆEG MOSTA L = 10 m F = 50 kn vlačna sila L max = 18 mm Koji od materijala ima najmanju masu? 1. Ploština presjeka na temelju R p0,2 ; A = F R p0,2 2. Ploština na temelju deformacije; A E F L L max Veća vrijednost za ploštinu između 1 i 2 uzima se za proračun mase.

26 Predizbor materijala i rezultati A, A, m, Materijal E, R p0,2, GPa N/mm 2, kg/m 3 1 mm 2 2 mm 2 kg S255J2G P350NL ,3 P460NL ,2 Maraging ,2 AlMg2,5Cr 70, ,6 CuZn30 100, ,1 Povoljniji je normalizirani čelik povišene čvrstoće P460NL, jer je jeftiniji od maraging čelika.

27 SAVOJNA KRUTOST E, I, W maks 3 F L 48 E I KRUTOST UTJECAJ OBLIKA PRESJEKA f

28 USPOREDBA MODULA ELASTIČNOSTI E keramika > E metali >> E polimeri Podaci iz Table B2, Callister 6e. Kompoziti: ojačana epoksidna smola s 60 vol% vlakana ugljična (CFRE), aramidna (AFRE), staklena (GFRE) Veza struktura E Utjecanje na E:

29 SPECIFIČNA KRUTOST VLAKANA U ODNOSU PREMA ČELIKU Vrsta materijala Specifična krutost E/( g), m čelik E staklena vlakna S staklena vlakna aramidna vlakna (Kevlar 29) aramidna vlakna (Kevlar 49) orijentirani polietilen ugljična vlakna visoke čvrstoće vlakna bora ugljična vlakna visokog E

30 SVOJSTVA VLAKANA

31 SPECIFIČNA ČVRSTOĆA I SPECIFIČNA KRUTOST KOMPOZITA

32 KARTA SVOJSTAVA: SPECIFIČNA ČVRSTĆA-SPECIFIČNA KRUTOST

33 VEZA IZMEĐU E I G Modul smičnosti (G) služi za proračun krutosti pri torzijskom i smičnom opterećenju (tangencijalna naprezanja); = G E = 2G(1+μ) μ Poissonov faktor (čelici 0,33; elastomeri 0,5) Modul stlačivosti (E t ) promjena volumena E t E 31 2 E t dp V dv

34 PRIMJER IZBORA MATERIJALA ZA NOSAČ TRANSPORTNIH KOLICA Traže se optimalni materijali za nosivu ploču i gredu transportnih kolica po kriteriju što manje mase i cijene materijala, uz zadovoljavajuću mehaničku otpornost.

35 PRORAČUN NOSAČA TRANSPORTNIH KOLICA I ANALIZA ZAHTJEVA Glavna nosiva ploča duljine L = 7000 mm i širine l = 3000 mm. Grede I-profila ili šupljeg pravokutnog poprečnog presjeka. Opterećenje je kontinuirano maks kg. Sadašnje rješenje: opći konstr. čelik S355J2G3 (Č0561). Zamjenski materijali: druge vrste čelika više čvrstoće, Al-legure, Mg-legura i vlaknasti polimerni kompoziti). Osnovni zahtjev pri konstrukciji grede je granica razvlačenja. Kod ploče je to elastični progib.

36 Kako je greda kontinuirano opterećena, to je maksimalno naprezanje u sredini grede, a ono iznosi: σ = M W s 2 TL Ms = 3 3 B H b h W = 8 6H gdje je: M s maksimalni moment savijanja W moment otpora presjeka T jednoliko raspoređeno opterećenje po jedinici duljine L duljina grede. H, B i b označeni su na slici 1. Uz faktor sigurnosti = 2 dopušteno naprezanje iznosi: dop Re 2

37 Zbog velikog broja kombinacija u slučaju da su H, B, h, b, varijable, pretpostavit će se da su H, B i b konstante, dok će h varirati s obzirom na R e. Izbor grede: I-16 Iz prethodnih formula i poznatih vrijednosti može se izračunati h, a potom površina presjeka S i cijena grede.

38 Ploča - kontinuirano opterećena, a ograničavajuća veličina je elastični progib (f). Maksimalni dopušteni f dop maks. =15 mm: f 3 K l F E L d 3 = 15 mm gdje je: K konstanta koja ovisi o učvršćenju ploče (K = 5/32 kada je ploča jednostrano poduprta) F ukupna sila koja djeluje na ploču, = T L l l širina ploče L duljina ploče T' raspodjela opterećenja po jedinici površine ploče E modul elastičnosti d debljina ploče.

39 3 1,97 10 d = E Usporedba predizabranih materijala za ploču: 9 Materijal E, kn/mm 2 d, mm Masa, kg Ukupna cijena, $ Čelici: S355J2G3 (Č0561) osnovni , ,3 Č1530 (C45) 4167,3 Č4730 (24CrMo4) 7640,6 ČRO 420 (P420N) 6946,0 Al-legure: AlCu4SiMg 70 30, AlMn1Cu Mg-legura: M1A hard 44,8 35, Polimerni kompoziti: epoks. smola+70% stakl. vl , epoks. smola+63% ugljič. vl , epoks. smola+62% aramid.vl ,

40 PRORAČUN GREDE h 1 h = B H 6H b 2M Re 3 3 s 2, , R e Smanjenjem R e smanjuje se i h, pa se može pronaći granična vrijednost R e za h = 0 (u slučaju punog pravokutnog presjeka R e = 153 N/mm 2 ). Eliminiraju se materijali s R e <153 N/mm 2 sve Al i Mg- legure. Znatnim povišenjem R e povećava se i h, što bi dovelo do pretanke stijenke i mogućnosti izvijanja, pa je nužno postaviti maksimalni h = 140 mm, čemu odgovara vrijednost R e = 515 N/mm 2. Materijali s R e > 515 N/mm 2 neće biti optimalno iskorišteni, pa će se za sve materijale koji su u toj skupini uzeti da h iznosi 140 mm.

41 Usporedba predizabranih materijala za GREDU Materijal R e, N/mm 2 h, mm Površina, mm 2 Masa, kg Ukupna cijena, $ Čelici: S355J2G , ,7 164,7 Č1530 (C45) , ,2 177,1 Č4730 (24CrMo4) , ,8 237,3 ČRO 420 (P420N) , ,2 272,5 Polimerni kompoziti: epoksidna smola + 70 % stakl. vlakana ,61 632,2 epoks. smola+63% ugljič. vl , ,7 epoks. smola+62% aramid. vl , ,91 956,4

42 OTPORNOST NA KRHKI LOM Žilavost - sposobnosti apsorbiranja mehaničke energije od vanjskog opterećenja (udarnog) plastičnim deformiranjem.. Krhki lom Žilavi lom Krhki lom je karakteriziran brzim i nekontroliranim širenjem pukotine, bez prethodne plastične deformacije.

43 MJERENJE ŽILAVOSTI Ispitivanjima u uvjetima udarnog opterećenja: Charpy, Izod, Drop weight test, Prijelazna temperatura žilavosti, Temperatura duktilnosti Određivanjem veličina iz mehanike loma K Ic, K ISCC, G c

44 UTJECAJI NA POJAVU KRHKOG LOMA a) konstrukcijsko oblikovanje: urezi, provrti, nagle promjene presjeka, debelostijene konstrukcije i dr. b) proizvodni postupci preko nastajanja površinskih i unutrašnjih grešaka i zaostalih naprezanja urezi, ogrebotine, tragovi brušenja, plinski mjehurići, lunkeri i dr. c) uvjeti opterećenja i naprezanja: udarno opterećenje, višeosno stanje naprezanja (npr. kao posljedica zavarivanja ili postupka deformiranja) d) okolni uvjeti: snižene temperature, korozijska oštećenja površine, napetosna korozija, djelovanje vodika (H 2 S), djelovanje tekućih metala, zračenje neutrona i dr. e) sastav i mikrostruktura materijala: skloniji metali s BCC i HCP rešetkom, ljevačkom mikrostrukturom, grubozrnatom i anizotropnom mikrostrukturom, presjeci s površinskim slojevima; nesmireni čelici, prisutnost nečistoća i nemetalnih uključaka, starenje, izlučivanje spojeva po granicama zrna.

45 UTJECAJ Mn, C I SMIRIVANJA NA PRIJELAZNU TEMPERATURU I ŽILAVOST

46 UTJECAJ TEMPERATURE NA UDARNI RAD LOMA RAZLIČITIH ČELIKA

47 MATERIJALI ZA NISKE TEMPERATURE Čelici: - Mikrolegirani povišene čvrstoće - Čelici legirani s Ni > 3% do 9 % - Austenitni čelici Al- legure Cu-legure Ti-legure Kompoziti

48 OTPORNOST NA UMOR LOKALITETI KONCENTRACIJA NAPREZANJA BRZINA ŠIRENJA PUKOTINE

49 IZGLED POVRŠINE LOMA OD UMORA Područje inicijalne pukotine

50 Dugotrajno dinamičko opterećenje - UMOR

51 Wöhlerove krivulje dinamička izdržljivost

52 Wöhlerove krivulje dinamička izdržljivost Materijali za elisu helikoptera

53 SMITHOV DIJAGRAM DINAMIČKE IZDRŽLJIVOSTI ZA OPĆI KONSTRUKCIJSKI ČELIK

54 UTJECAJ KONSTRUKCIJSKOG OBLIKOVANJA Faktor ureznog djelovanja q = k f 1 k 1 t k t faktor oblika = σ lokalno maks σ nominalno k f faktor koncentracije naprezanja = Rd R d neurezani urezani

55 KOREKCIJSKI FAKTOR ZA SAVOJNU DINAMIČKU IZDRŽLJIVOST UTJECAJ HRAPAVOSTI I KOROZIJE KOD ČELIKA RAZLIČITE RAZINE VLAČNE ČVRSTOĆE

56 Pogonska dinamička izdržljivost dijela (R d ) dobiva se množenjem dinamičke izdržljivosti (R d ) dobivene ispitivanjem materijala i korekcijskih faktora (k x ): R d = R d k a k b k c k d k e k f k g k h k a faktor hrapavosti površine k b faktor veličine dijela (dimenzija) k c faktor pouzdanosti k d faktor povišene radne temperature k e faktornačina opterećenja k f faktor koncentracije naprezanja k g - faktor utjecaja okoline k h faktor utjecaja proizvodnih postupaka.

57 ZADATAK: Proračunati promjer zadnjih vratila kamiona čija je maks. masa s teretom 6000 kg. Pretpostavlja se da 2/3 mase nose ta dva vratila. Vratila se smatraju savojno opterećenim konzolama duljine 1000 mm. Promjer treba biti između 50 i 225 mm. Predviđen je čelik 34CrNiMo6, alternativno poboljšan na dvije razine čvrstoće: R m = 700 i 1000 N/mm 2. R ds 0,5 R m = = 350 N/mm 2, odnosno R ds R m /6 = /6 = 567 N/mm 2. Korekcijski faktori: faktor stanja površine k a = 0,74, odnosno 0,68 faktor oblika k b = 0,74 za pretpostavljeni promjer od oko 100 mm pouzdanost mora biti velika, pa je faktor k c = 0,752 faktor načina opterećenja za savijanje iznosi k e = 1 blagi su radijusi prijelaza s glavnog promjera na promjer rukavca pa je faktor koncentracije naprezanja k f = 0,7.

58 za R m = 700 N/mm 2 : R d = 350 0,74 0,74 0,752 1,0 0,7 = 100,9 N/mm 2 za R m = 1000 N/mm 2 : R d = 567 0,68 0,74 0,752 1,0 0,7 = 150,1 N/mm 2. Opterećenje na svako vratilo iznosi: F = ,5 9,81 = N. Moment savijanja M s = F L = = 19,6 106 Nmm. M s M Naprezanje: 32 W d s 3 Promjer vratila: za čvrstoću 700 N/mm 2 : d = 125,5 mm za čvrstoću 1000 N/mm 2 : d = 110 mm.

59 BRZINA ŠIRENJA PUKOTINE Aluminijeve toplinski očvrstljive legure: da/dn = 3, ( K) 3 Titanove legure: da/dn = 3, ( K) 4

60 VEZA STATIČKE ČVRSTOĆE I DINAMIČKE IZDRŽLJIVOSTI Približni omjeri savojne din. izdržlj. (R ds ) i R m za pojedine metalne materijale: Obični konstr. čelici: R ds /R m 0,4-0,5 Čelici povišene i visoke čvrstoće: R ds R m /6 Feritni nehrđajući čelici: R ds /R m 0,6 Martenzitni (0,1-0,3%C) i austenitni Cr-Ni nehrđajući čelici: R ds /R m 0,5 Laki i obojeni metali: R ds /R m 0,25-0,5

61 VEZA IZMEĐU R d I R m ZA RAZLIČITE MATERIJALE

62 LOMNA ŽILAVOST (K Ic /R p0,2 ) 2 Mjera za dopuštenu veličinu pogreške u materijalu

63 Oznaka materijala 1) R e ili R p0,2 N/mm 2 K IC, N/mm 3/2 K IC /R e, mm 1/2 EN Stari HRN pri 40 C pri + 20 C pri 20 C Čelici: S235J0 Č S355J2G3 Č C22E Č ,4 C45E Č ,4 50Mn 7 Č ,9 34CrMo 4 Č ,2 51CrMo ,6 30CrNiMo 8 Č NiCrMoV ,5-4,9 41SiNiCrMoV ,6-2,2 X38CrMoV5-1 Č ,4-3,6 X2NiCoMo ,6 Željezni ljevovi: SL NL ,7-7,6 CTEL ,5 ČL ,2 Al-legure: titanove legure: tehnički čisti Ti ,2 Ti6Al4Sn1V ,3 Ti6Al4V ,1

64 K, N/mm 3/2 Oznaka materijala R 1) m, K IC /R e, Nmm 2 IC pri 20 C mm 1/2 polimerni materijali PMMA 2) ,0 PP 2) ,7 PE-LD 2) ,3 PE-HD 2) ,4 PA 66 2) ,3 PVC 3) ,7 PS 3) ,6 EP 3) ,4 PC 3) ,6 konstrukcijska keramika RB Si 3 N ,3 Si 3 N %(vol.)zro ,3 Al 2 O ,5 Al 2 O %(vol.)zro ,6 SSiC ,8 tvrdi metali i sinterirane legure WC-Co tvrdi metal ) sinter: 97,9 %Fe + 1,5 % Cu ) + 0,6 % C sinter: 96,5 %Fe + 2,0 % Cu + 2,5 % Ni ) 1) za keramiku: savojna čvrstoća; za polimere: čvrstoća loma 2) djelomično kristalinični; 3) amorfni; 4) što je viši %Co, to je niža tvrdoća a viša K IC ; 5) što je viša gustoća, to je viša K IC

65 G Ic, J/m 2 maks.. energija po jedinici površine potrebna za stvaranje nove lomne površine

66 UTJECAJI na pojavu loma zbog umora a) konstrukcijom uvjetovano: urezi, poprečni provrti, radijusi zakrivljenja, prijelazi presjeka, utori za klinove, toplo i hladno navučeni spojevi, mjesta koncentriranog točkastog ili linijskog opterećenja itd. b) obradom uvjetovano: tragovi tokarenja, blanjanja, brušenja općenito prevelika hrapavost, površinski krateri od obrade, hladno deformirana utisnuća, nepravilno urezan navoj, izgorjela mjesta od zavarivanja, itd. c) površinska oštećenja od korozije i trošenja, mehanička utisnuća nastala pri montaži i sl. d) opterećenje i okolni medij: način opterećenja, visina opterećenja, temperatura, medij... e) STRUKTURA I STANJE MATERIJALA

67 UTJECAJ MIKROSTRUKTURE METALA ZA UMOR krupnije zrno daje nižu otpornost pri visokocikličkom umoru pri < 200 C poroznost, viši udio nečistoća, uključci šljake i segregacije u strukturi, mikrolunkeri, rubna mjehuravost i grafit koji izlazi na površinu nehomogena mikrostruktura ferit u obliku mreže ili njegova nejednolika raspodjela, grubozrnata pregrijana F-P struktura ili kombinacija mekih i tvrdih faza u strukturi, slobodni karbidi u obliku mreže ili traka; nehomogena zakaljena struktura i pojava zaostalog austenita, mjestimično zakaljeni lokaliteti u zavaru, rubno razugljičenje, pougljičenje, oksidacija i meka mjesta nakon toplinske obrade, nagli prijelazi između površinskih slojeva i osnovnog materijala metalne Cr, Ni ili Cd prevlake i slojevi smanjuju otpornost na umor jer unutar njih mogu nastati mikropukotine...

68 PRIGUŠENJE VIBRACIJA Ovisi o frekvenciji titranja Čisti metali ne ovisi o frekvenciji Ovisi o gibanju dislokacija Najbolje prigušuju: elastomeri, polimerne pjene, polimeri, a od metala: SL, Mg- i Mn-Cu legure Polimeri: dobro ali ovisi i T g Mjerilo: Faktor gubitka energije (η)

69 Faktor gubitka energije Faktor gubitka energije je mjera za rasipanje vibracijske energije. Ako je materijal opterećen u elastičnom području do naprezanja σ maks, tada sprema elastičnu energiju: u maks. 2 0 d 1 2 E maks po jedinici volumena. Ako je opterećen pa zatim rasterećen, materijal rasipa energiju proporcionalnu površini unutar krivulje histereze u σ-ε dijagramu: u d Faktor gubitka energije iznosi: u 2 u

70 Ciklus opterećenja može biti primijenjen na različite načine - katkad sporije a katkad brže. Vrijednost η često ovisi o vremenskoj skali ili frekvenciji ciklusa vibriranja. Faktor gubitka energije kod drva jako ovisi o sadržaju vlage, a poznato je da općenito raste s opadanjem E. Nema mnogo podataka za drvo pa je prihvaćena procjena prema izrazu: 710 E s 4 1/2 gdje je E s modul savitljivosti u GPa.

71 Približne vrijednosti η za pojedine skupine materijala: Butadien (BR) - nepunjen 0,88-2,1 Butil guma 0,89-2,1 Klorirani PE 0,74-1,8 Silikonski elastomer 0,68-1,6 PU plasto-elastomer 0,51-1,2 PVC - meki 0,68-1,6 ABS ekstrudirani 0,0138-0,0446 Mg-Zn-Cu legura - lijevana 0,015-0,017 Epoksi smola+aramidna vlakna 0,018-0,0185 Sivi lijev 0,01-0,035 PA - lijevan 0, ,0119 PVC - tvrdi 0, ,0166

72