3. előadás

Anyagismeret I., 3. előadás (tervezet)Anyagismeret I., 3. előadás (tervezet)Debrecen, 2010. Szeptember 27.

ANYAGISMERET I. (4 kredit)ANYAGISMERET I. (4 kredit)

Prof. Tóth LászlóProf. Tóth Lászlóegyetemi tanáregyetemi tanár

[email protected]


Feliratkozás üteme (326 fő)


Szeptember 27.Szeptember 27.• 1533 BÁTHORY István erdélyi fejedelem, Lengyelország királyának születése

• 1825 Az első vasútvonal megnyitás STOCKTON és DARLINGTON között

• 1849 KLAPKA György aláírja a komáromi vár megadásának dokumentumát

• 1884 Az OPERAHÁZ megnyitása Budapesten (1984 Díszelőadás)

• 1896 A VASKAPU- csatorna átadása (I Ferenc József, I Károly és I Sándor)

• 1908 Elkészül az az első Ford „T” modell (Galamb József szerepe)

• 1909 Amerigo TOT (TÓTH Imre) születése

• 1917 Edgar DEGAS festőművész halála

• 1921 JANCSÓ Miklós születése

• 1938 Vízre bocsájtják a QUEEN ELISABETH óceánjárót Glasgow-ban

• 1986 RUTTKAI Éva halála

IDEGENFORGALMI VILÁHNAP (1980-tól)IDEGENFORGALMI VILÁHNAP (1980-tól)


Áttekintett területekÁttekintett területek

• Kristályszerkezetek– vonalmenti-, – síkbeli-, – térbeli atomsűrűség

• Atomi kötések– Elsődleges

• Ionos,

• Kovalens,

• Fémes

– Másodlagos

SŰRŰSÉG

(RUGALMASSÁG)


PlatinaWolframAranyÓlomEzüstRéz

NikkelVas, Acél

CinkTitán

AlumíniumBerillium PTFE

PVCEpoxiesPMMANylon

PolesterinPoliethilen

Gumik

Polymerhabok

Cermets

GFRP'sCFRP's

Normálfák

KerámiákKerámiák FémekFémek PolimerekPolimerek KompozitokKompozitok

3x104

104

5x103

3x103

50

102

103

WCTiCZrC

Al2O3, MgOSi3N4, SiC

Alkáli halidokKőzetek többsége

ÜvegekCement/

BetonJég

5x102

3x102

30


SűrűségSűrűség (Osmium =22.7, Műanyag habok = (Osmium =22.7, Műanyag habok = 0.01))

• 21,4 - Platina• 19,3 - Arany• 19,6 - Wolfram• 16,7 - Tantál és ötvözetei• 11,34 - Pb• 8,9 - Ni• 8,5 - Co ötvözetek• 7,85 - Acél • 7,5 - Rozsdamentes acél• 4,7 - Ti ötvözetek• 7,9 - Ni ötvözetek• 2,7 - Al és ötvözetei• 1,8 - Mg

• 2,5 - Kőzetek• 2,5 - Üveg • 2,2 - Szénszál• 2,0 - Bórszál• 2,0 - Cement/beton• 1,5 - Műanyagok (PE, PVC)• 1,3 - Poliészter• 1,2 - PMMA• 0,92 - Jég• 0,85 - Gumi • 0,6 - Fák• 0,1 - Parafa


SűrűségSűrűség• Fémek

– Nagy térkitöltés, sűrűn illeszkedő atomok

• Polimerek– Könnyű atomokkal (C, H, O) épül fel, nem sűrűn illeszkedő

• Kerámiák– attól függően, hogy milyen atomokból épülnek fel

(fémekhez hasonló)

• Kompozitok– Az alkotóelemek sűrűségének és térfogathányadának

átlaga


SzakítóvizsgálatSzakítóvizsgálat

• Információ szolgáltasson az anyagok szilárdsági

és alakváltozási jellemzőiről

• a RIDEGRIDEG anyagok teherbírására nézve adjon

információkat (öntött vasak, beton,kerámiák,

üvegek, stb.); Mire van szükség?• Próbatestre

• Vizsgáló berendezésre

• Személyre


PRÓBATESTPRÓBATEST0L

w

t

,a Lapos Lo, Lu, wo, wu, to, tu,

0d

0L

,b Hengeres Lo, Lu, do, du,

0D0R

0d

α

,c Bemetszett Do, do, du, r,

R

0d

,d Tóruszos do, R


FmF

fF

faFffF

uF

Erő

lmegnyúlás ,

nyúlásegyenletes

szakadás

megfolyás

Mi történikMi történik kvázistatikus kvázistatikus terhelésnélterhelésnél??

Erőmérő cella

Terhelés

Befogó

L

PróbatestL0


10 20 30 40 50

200400600800

10001200

epoxigyanta Aluminium

Öntöttvasak

Vas

Réz

Lágyacélok (C~0,2%)

Nemesített acélok

%ε

σ 2mm

N

Terhelés-megnyúlásTerhelés-megnyúlás diagram diagramok típusaiok típusai


Fo

lyás

i hat

ár

Sza

kító

szilá

rdsá

g

Sza

kad

ási s

zilá

rdsá

g

Egyenletes nyúlás

Törési megnyúlásσ

ε)P(εp

)P(ε)P(εE

P

Törés

KONTRAKCIÓkezdete

E

M

U

Mi fog

történni

Kvázistatikus

terhelésnél ?


fd

Szívós törés

Rideg törés

CUP and CONE

Hogyan törik Hogyan törik

el a el a

próbatestpróbatest??


Szakítóvizsgálati eredményekSzakítóvizsgálati eredményekSzilárdsági jellemzők Folyási határ: ReH= FeH/So

Szakító szilárdság: Rm= Fm/So

Szakadási szilárdság: Ru= Fu/Su

VALÓDI feszültség az EGYENLETES nyúlás határán: R`m= Fm/Sm

Alakváltozási jellemzők

• Szakadási nyúlás A5 vagy 10 =(Lu-Lo)/Lo , %• Fajlagos keresztmetszet-csökkenés

Z =(So-Su)/So , %


AA55 vagy azvagy az A A1010 nagyobbnagyobb??R

0d

0L

dd

L

fL

udud

fd

505f LΔ+d5=L

10010f LΔ+d10=L

5A10A

A MEGNYÚLÁS átlaga

Me

gn

yúlá

s

0

20

40

60

80

100

Mérési hossz:Mérési hossz:

• Lo= 5do

• Lo= 10do

5,65 oS

11,3o oL S


Valódi feszültség – Valódi feszültség – valódi nyúlásvalódi nyúlás

Maximális terhelés

U

σ

Valódi feszültség

,σ

Mérnöki nyúlás

Valódi nyúlás


0

ln ln(1 )L

L

0

0

0

ln lnL

L

SdL L

L L S

0 0V S L S L

Mérnöki nyúlás-Mérnöki nyúlás- valódi nyúlásvalódi nyúlás

0

0

0 0 0

L

L

L LdL L

L L L

0

dLd

L

dLd

L

10

10

0

0

0L

L

L

LL

L

L

S

S


Maximális erő

U

R

Valódi feszültség

,R

Mérnöki nyúlás

Valódi nyúlás

0 0ln 2 lnS d

S d

R’/R=1+

0 0 0

.' (1 ) (1 )

.

F F L FR R

S S L S


YU

F

)N(F

)(mmd

cW

U

F.

fu

,uR

Valódi feszültség Valódi feszültség – valódi nyúlás– valódi nyúlás

F/S

S=(do-d)2


0

uL

c

L

FdLW

V

0 0

'u uL

c

L

F dLW R d

S L

' nR K '1

0 01 1 1

uu nnn u u u u

c

K RKW K d

n n n

02 lnmm

dn

d

'

1u u

cm

RW

Fajlagos törésmunka meghatározásaFajlagos törésmunka meghatározása.

TUDNI!!


2 2'0 0

2 2

21 ln

3eL m m

c m uum m

R R d d dW R R

dd d

2 2 2 20 0 02 2 2 2

21 4 ln 1

3eL m m u

c m mm m u m m

R R d d d d dW R R

d d d d d

'

( )2 2

eL u m eLc u u m

R R R RW

'

2

m u

c u

R RW

Egyéb kifejezésekEgyéb kifejezések


A folyási határ meghatározásaA folyási határ meghatározása

Y

U

F

FuF

YF

ylFyuF

fFTer

hel

és

lmegnyúlás ,

F F

F0.2

Fm

Megnyúlás

Fm

Megnyúlás


Folyási határ meghatározásaFolyási határ meghatározása

F, N

NxL, mm

1

NxL1 NxLm0,2

NxLr0,2

F1

Fp0,2


FÉM Rugalmassági moulus,

E, GPa Folyási határ Rp0,2 (ReH

*), MPa

Szakító-szilárdság,Rm,

MPa

ÓLOM (Pb) 15-20 8-10 10-15

ALUMINIUM (Al) 70-80 30-40 40-80

RÉZ (Cu) 120-130 100-150 200-250

TITÁN (Ti) 110-120 150-200 250-350

VAS (Fe) 200-210 150-200 250-350

NIKKEL (Ni) 220-230 150-200 250-350

ALUMINIUM ÖTVÖZETEI 75-100 40-300 50-400

Cu-ÖTVÖZETEI 130-150 200-350 250-500

ÖNTÖTTVAS 180-220 - 150-400

SZERKEZETI ACÉLOK 180-220 235-460* 370-700

ROZSDAMENTES ACÉLOK 180-220 200-400 300-600

NEMESÍTETT ACÉLOK 180-220 400-700 600-1000

FÉMEKFÉMEK általános tulajdonságaiáltalános tulajdonságai


Gyémánt

SiCSi N

KvarcüvegAl O ,WCTiC, ZrC

Szóda üvegMgO

alkáli halidok

Jég

Gyengén ötvözött acélok

Kobalt ötv.Rozsdamentes

Ti ötvözetekCu ötvözetek

LágyacélokSzínfémek

Ólom ötvözetek

Ultra-tiszta fémek

PE szálNylon szál

Kevlár

PMMANylonEpoxy

PSPP

10-1

100

105

KompozitokPolimerekFémekKerámiák

102102

101

103

104

2 3

3 4

BFRP

CFRP

Erősített beton

GFRP

Fa, Szálirányban

Fa, merőlegesenMPa

NYOMÓ szilárdság


BEMETSZÉS hatásaBEMETSZÉS hatása

20 0

4n

F FR

S d

do

F

F

x

R

F

F

Rn Rm

ax

x

do

Do

do0,6Do

= 0 - 90°

R = 0,05 - 30 mm

maxt

n

RK

R


Bemetszés-Bemetszés-ÉRZÉKENYSÉGÉRZÉKENYSÉG

Wc

Wm, MJ/m3

Kt1 65432 7

bm c tW W K

bb – érzékenységi tényező – érzékenységi tényező


Különböző paraméterek hatásaKülönböző paraméterek hatásaR m ,

R eH ,

M P a

d , m md 5 m m

R m

R eH

Próbatest

Átmérője


Különböző paraméterek hatásaKülönböző paraméterek hatása

HőmérsékletHőmérséklet

Szakítási sebességSzakítási sebesség

Bemetszés sugaraBemetszés sugara

F, N

L, mm

-196 °C

25 °C

400 °C

T1

T

T3

T2

R3

R2

R1

R

.1

2

3

Szívós

Rideg

Nem ridegedő anyagok: felületen középpontos rácsúak pl. Al, rozsdamentes acél

Kicsi munkávaltörik

Nagy energiát nyel el


Rideg törés – Szívós törésRideg törés – Szívós törés

Rideg

Szívós


Rideg törés – Szívós törésRideg törés – Szívós törés

SzívósRideg


Törés típusaiTörés típusaiF

Fgy

v

1 Ff

Folyási Folyási határhatár

VeszélyesSemmi gond


Ridegtörés Ridegtörés (Répcelak, 1969.01.02.)(Répcelak, 1969.01.02.)


Ridegtörés RÉPCELAKRidegtörés RÉPCELAK

• Répcelak, 1969. Január 2. 14.24-kor

– 27-31 m3-es tartályok közül 2 db darabokra tört,

ridegtöréssel (C és D)

– 9 dolgozó életét vesztette

– 15 főt sérüléssel kórházba szállítottak

– Vádemelés: 1969. június 25.

– Ítélethirdetés: 1970. január 19.


Rideg törés – Szolnoki gázrobbanásRideg törés – Szolnoki gázrobbanás



• Szolnok, 1976. November 2. 7.59-kor

– Tóth F. u. 1-3. Négyszintes lakóépület felrobbant (gázrobbanás)

– 13 személy életét vesztette 1 fő eltűnt

– 7 fő súlyos, életveszélyes sérülés

– 24 lakás összeomlott

– Vádemelés: 1977 április 8.

– Ítélethirdetés: 1977. július 1.

– Legfelsőbb Bíróság ítélete: 1977. november 16.


Ridegtörés – Szolnoki gázrobbanásRidegtörés – Szolnoki gázrobbanás


KifáradásKifáradás


ANYAGOKANYAGOK AcélokÖntöttvasak

FémekFémekFémötvözetek

SiCAluminát

KerámiákKerámiákSiN

GumikElasztomerekElasztomerek

Szilikonok

Szóda-üvegek

ÜvegekÜvegekSzilika-üvegek

PE, PPPK, Neylonok

PolimerekPolimerekEpoxy Hibrid Hibrid

társítotttársítottanyagokanyagok


Áttekintett területekÁttekintett területek• Kristályszerkezetek

– vonalmenti-, – síkbeli-, – térbeli atomsűrűség

• Atomi kötések– Elsődleges– Másodlagos

SŰRŰSÉG

RUGALMASSÁG

Optimális ANYAGKIVÁLASZTÁS


Anyagok tulajdonságainak nagyságrendjeAnyagok tulajdonságainak nagyságrendje sűrűségének, rugalmassági, folyási határának modulusainaksűrűségének, rugalmassági, folyási határának modulusainak

Rugalmassági modulus,

GN/m2Sűrűség, kg/m3

Folyási határ, MN/m2

Szakító szilárdság,

MN/m2

Fémek 10-800 1.500-20.000 1-200 50 - 2.000

Kerámiák 8-1000 900-13.000 80-50.000 80 - 50.000

Polimerek 0,001-20 30-2.000 0.2 - 400 0.2 - 400

Kompozitok 7-700 250-10.000 4 - 2.000 4 - 2.000


• „„Kemény – keményebb”Kemény – keményebb”• „„Kemény víz”Kemény víz”• „„Kemény film”Kemény film”• „„Kemény sugárzás”Kemény sugárzás”• „„Karc keménység”Karc keménység”

FOGALMAFOGALMA• Szilárd anyagok ellenállása másik anyag, test Szilárd anyagok ellenállása másik anyag, test

behatolásával szembenbehatolásával szemben

KeménységKeménység


Történeti áttekintésTörténeti áttekintés

• REAUMUR, 1722, karc keménység• MOHS, 1822, 10 fokozatú, gyémánt - zsírkő• HERTZ, 1881, Gömb képlékeny alakváltozás megindulásáig • BRINELL, 1900, megismerjük• SHORE• LUDVIG, 1907, 900-os acél kúp• ROCKWELL, 1922, megismerjük• VICKERS, 1925, megismerjük• KNOOP, 1939, rideg anyagok keménységének mérése• Káldor, Bárczy, 1967, normál keménység• Brunner, Schimmer, 1978, paraboloid szerszám


BRINNEL, 1900, PárizsBRINNEL, 1900, Párizs

2 2

2FHB

D D D d

0,25 0,5d

D

d h

F FH

S

FHB

D h

2 2 2 2

2 2 2 2

D D d D D dh

Áltálában

Edzett acélgolyó


BRINNEL, 1900, PárizsBRINNEL, 1900, Párizs

ParaméterekParaméterek

• Golyó átmérő, D

• Terhelő erő, F

• Mérési idő, t

D- f(vastagság)• D=2.5 mm ha v 3 mm• D= 5 mm, ha 3 v 6 mm• D= 10 mm, ha V 6 mm

F=f(D) F = K.D2

• K=30 acél

• K=10 Cu, Ni,

• K=5 Al, Mg,

• K=1 Ón, Pb

t- mérési időt- mérési idő• 15 sec, acél• 30 sec, Al, Cu• 120 sec Al (szín aluminium)• 180 sec Pb, Ón


Előnyök, hátrányokElőnyök, hátrányok

HátrányaHátránya– Deformálódik a golyó, Deformálódik a golyó,

korlátja van az korlátja van az alkalmazásnak (HBalkalmazásnak (HB450)450)

– Nagy lenyomatot adNagy lenyomatot ad– Nagy a szórásaNagy a szórása– A mért érték függ a A mért érték függ a

terheléstől terheléstől HB/D/F/tHB/D/F/t– LassúLassú– Görbült felületre nem jóGörbült felületre nem jó

ElőnyökElőnyök– Átlag keménységet adÁtlag keménységet ad

– RRmm=C HB=C HB• C = 5,5 – Cu, bronz lágyítvaC = 5,5 – Cu, bronz lágyítva• C= 4,3-4,5, Saváló ac., MgC= 4,3-4,5, Saváló ac., Mg• C= 4,1 – Cu, bronz keményC= 4,1 – Cu, bronz kemény• 3,8 – Al, kemény3,8 – Al, kemény• 3,3 - 3.5 – ötvözetlen acél3,3 - 3.5 – ötvözetlen acél• C=3 – Ti ötvözetekC=3 – Ti ötvözetek• C= 2.5 – öntött AlC= 2.5 – öntött Al• C=1,5 - öntöttvasakC=1,5 - öntöttvasak


VICKERS, 1925VICKERS, 1925

a/2A B

a

CD Ea

2 2 2

0 0 0

44

2 2 2sin 68 sin 68 2sin 68 1,854

a m a a a d dS

FH

S

2 2

0,102 1,8540,189

F FHV

d d

F



HátrányaHátránya

– A mért érték kicsit függ a A mért érték kicsit függ a terheléstőlterheléstől

– Lokális keménységet adLokális keménységet ad– LassúLassú– Görbült felületre nem jóGörbült felületre nem jó

ElőnyökElőnyök

– Széles keménység tarto-Széles keménység tarto-mánybanmányban

– Kisebb a szórásaKisebb a szórása

– HV HV HB, RHB, Rmm=C HV=C HV

– Szinte független a terhe-léstőlSzinte független a terhe-léstől– Vékony rétegek kemény-Vékony rétegek kemény-

ségének mérésére is jóségének mérésére is jó


ROCKWELL, 1922ROCKWELL, 1922

0,2

mm

100

0

50

Keménységi skála

A próbatest felülete

0,2

mm

h 0 h 1 e

0 00 0

Mérés előttElőterhelés

NullázásFőterhelés Leolvasás

F0 F0

F1

F0

Mér

ésT

erhe

lés

Szúr

ósze

rszá

mPr

óbat

est

h 0h 1

eH

R C



0,2

mm

100

0

50

Keménységi skála


0,2

mm h

0

h 1 e

0 00 0



F0 F0

F1

F0

Mér

ésT

erhe

lés

Szúr

ósze

rszá

mPr

óbat

est

h 0h 1

eH

R C



0,2

mm

100

0

50

Keménységi skála


0,2

mm

h 0 h1

e

0 00 0



F0 F0

F1

F0

Mér

ésT

erhe

lés

Szúr

ósze

rszá

mPr

óbat

est

h 0h 1

eH

R C



0,2

mm

100

0

50

Keménységi skála


0,2

mm

h 0 h 1

e

0 00 0



F0 F0

F1

F0

Mér

ésT

erhe

lés

Szúr

ósze

rszá

mPr

óbat

est

h 0h 1

eH

R C



0,2

mm

100

0

50

Keménységi skála


0,2

mm

h 0 h 1 e

0 00 0



F0 F0

F1

F0

Mér

ésT

erhe

lés

Szúr

ósze

rszá

mPr

óbat

est

h 0h 1

eH

RC



HátrányaHátránya

– A mért érték függ a A mért érték függ a szúrószerszámtól és a szúrószerszámtól és a terheléstőlterheléstől

– Nem lineáris a skálaNem lineáris a skála– Nincs direkt kapcsolat a HRC és Nincs direkt kapcsolat a HRC és

az az RRm m közöttközött

ElőnyökElőnyök• GyorsGyors• Széles keménység tartomány-ban Széles keménység tartomány-ban

használhatóhasználható• HRC, HRA, HRD, HRN (HRC, HRA, HRD, HRN (kúpkúp))• HRB, HRF, HRG, HRT, (golyó HRB, HRF, HRG, HRT, (golyó D=1.588 D=1.588

mmmm))• HRE, HRB, HRH, HRW (golyó HRE, HRB, HRH, HRW (golyó D=3.175 D=3.175

mmmm))• HRL, HRM, HRP, HRW (golyó HRL, HRM, HRP, HRW (golyó D=6.350 D=6.350

mmmm))• HRR, HRS,HRV,HRY HRB (golyó HRR, HRS,HRV,HRY HRB (golyó

D=12.70 mmD=12.70 mm))


Egyéb eljárásokEgyéb eljárások

• Mikro-VICKERS (szemcsék keménysége)• Poldi kalapács, helyszíni mérésekhez• Szkleroszkóp (rugalmas visszapattanás)• Duroszkóp (rugalmas visszapattanás kalapácsként)• „Ultrahangos” keménységmérés (rezgés

elhangolása – a benyomódás felületével arányos)• Knoop keménység (rideg anyagoknál, pl. üveg)

3. előadás

Documents