Granica razvlačenja

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Dijagram naprezanja (σ - vlačnog naprezanja i ε - linijske vlačne deformacije) za tipični neželjezni materijal:
1: Stvarna granica elastičnosti
2: Granica proporcionalnosti
3: Granica elastičnosti
4: Granica razvlačenja ili σ0,2 (naprezanje pri kojem nastaje trajno produljenje od 0,2% prvobitne dužine šipke ili štapa)

Granica razvlačenja ili granica tečenja materijala (oznaka: σ0,2) je ono naprezanje pri vlačnom opterećenju (vlačno ispitivanje) koje izaziva znatno istezanje ispitnog uzorka ili epruvete, bez povećanja sile. To je osnovno mehaničko svojstvo materijala, uz vlačnu čvrstoću, na osnovu kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehaničkoj otpornosti. Granica razvlačenja za određene materijale se dobiva iz dijagrama naprezanja.

Dogovorena granica razvlačenja (oznaka: Rp) je ono naprezanje u materijalu koje stvara dogovoreno produljenje ispitnog uzorka, a uobičajena je vrijednost trajno produljenje od 0,2% prvobitne dužine ispitnog uzorka, pa se takva granica razvlačenja označava σ0,2. U knjigama se ponekad mogu naći i druge dogovorene vrijednosti, kao σ0,1 ili σ0,01 i druge.

Dijagram naprezanja[uredi VE | uredi]

Dijagram naprezanja prikazuje medusobnu ovisnost σ - vlačnog naprezanja i ε - relativnog produljenja ili linijske vlačne deformacije. U materijalu koji je opterećen nekom silom F nastaju naprezanja σ koja uzrokuju njegovo rastezanje. Naprezanje σ je omjer sile F i ploštine A presjeka štapa ili šipke (okomitog na smjer sile). [1]

\sigma = \frac{F}{A}

Zbog djelovanja sile F (a time nastalog naprezanja σ) štap ili šipka će se od početne duljine Lo rastegnuti na duljinu L. Tako je produljenje štapa ili šipke:

\varepsilon =\frac{\Delta L}{L_0}=\frac{L-L_0}{L_0}

Relativno produljenje ε (duljinska ili uzdužna deformacija) štapa ili šipke je produljenje s obzirom na početnu duljinu Lo. Početno je naprezanje linearno (deformacija je izravno razmjerna naprezanju). U području linearnog rastezanja (Hookeov zakon) materijal je elastičan i nakon prestanka djelovanja sile, odnosno naprezanja, on se vraća u početno stanje. Youngov modul elastičnosti je omjer naprezanja i relativnog produljenja (u području elastičnosti). [2]

Tehnička granica elastičnosti je naprezanje pri kojem osjetljiva mjerila osjete prvo primjetno trajno produljenje materijala (pri još nepromijenjenom presjeku Ao). Nakon te granice (obično na kraju linearnog rastezanja) materijal se rasteže plastično i nakon prestanka djelovanja sile ne vraća se više na početnu duljinu Lo, već ostaje određeno trajno produljenje, uz suženje presjeka, A < Ao).

Vlačno ispitivanje[uredi VE | uredi]

Vlačno ispitivanje je postupak ispitivanja mehaničkih svojstava na kidalici, kojim se utvrđuju glavna svojstva koja karakteriziraju mehaničku otpornost materijala, ali i njihovu deformabilnost. Iz materijala koji želimo ispitati izrađuje se uzorak za ispitivanje propisanog oblika i dimenzija, a to je epruveta ili ispitni uzorak. Najčešće je to (ovisno o obliku poluproizvoda) ispitni uzorak valjkastog oblika, kod kojega su promjer i mjerna duljina u određenom razmjeru. Na kidalici se direktno mjeri vlačna čvrstoća materijala σM, produljenje ispitnog uzorka ΔL i suženje poprečnog presjeka uzorka ΔA. Iz rezultata vlačnog ispitivanja mogu se odrediti Youngov modul elastičnosti E, Poissonov omjer υ, granica razvlačenja i rad plastične deformacije.

Tijek rastezanja u ovisnosti o naprezanju je za različite materijale različit i za njih svojstven. Tako se po obliku dijagrama naprezanja mogu razlikovati:

  • žilavi materijali koji se nakon početnog elastičnog (linearnog) rastezanja rastežu do loma materijala vrlo plastično, i to ili kontinuirano (Bakar (element)|bakar) ili diskontinuirano s pojavom tečenja pri stalnom naprezanju (meki čelik).
  • krhki materijali, koji se nakon početnog elastičnog rastezanja slamaju bez znatnijeg plastičnog rastezanja (kao sivi lijev)
  • plastični materijali koji se tek neznatno rastežu elastično (olovo) ili su gotovo neelastični (asfalt).

Vrijednosti granice razvlačenja za neke materijale[uredi VE | uredi]

Materijal Granica razvlačenja ili σ0,2
(MPa)
Vlačna čvrstoća
(MPa)
Gustoća
(g/cm³)
Lom materijala zbog vlastite težine
(km)
Konstrukcijski čelik Č 0362 (HRN)[3] 250 400 7,8 3,2
Čelik, API 5L X65 [4] 448 531 7,8 5,8
Čelik za poboljšanje ASTM A514 690 760 7,8 9,0
Čelik, prednapregnuta struktura 1650 1860 7,8 21,6
Klavirska žica   2200–2482 [5] 7,8 28,7
Ugljična vlakna (CF, CFK) 5650 [6] 1,75
Polietilen velike gustoće (HDPE) 26-33 37 0,95 2,8
Polipropilen 12-43 19,7-80 0,91 1,3
Nehrđajući čelik AISI 302 - hladno valjan 520 860  
Lijevano željezo 4,5% C, ASTM A-48 [7] * 172 7,20 2,4
Titanijeva legura (6% Al, 4% V) 830 900 4,51 18,8
Aluminijska legura 2014-T6 400 455 2.7 15.1
Bakar 99,9% Cu 70 220 8,92 0,8
Legura bakra i nikla 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, ostatak Cu 130 350 8,94 1,4
Mjed oko 200 550 5,3 3,8
Paukova mreža 1150 1200   50
Prirodna svila 500     25
Aramid (Kevlar ili Twaron) 3620   1,44 256,3
Polietilen visoke gustoće (UHMWPE) [8] [9]   2400 0,97 400
Kost (savitljiva) 104-121 130   3
Najlon, tip 6/6 45 75   2
*Lijevano željezo nema uočljivu granicu razvlačenja, pa može biti od 65 do 80% vlačne čvrstoće.[10]
Tipična svojstva žarenih elemenata [11]
Youngov modul elastičnosti
(GPa)
Granica razvlačenja
(MPa)
Vlačna čvrstoća
(MPa)
aluminij 70 15-20 40-50
bakar 130 33 210
željezo 211 80-100 350
nikal 170 14-35 140-195
silicij 107 5000-9000  
tantal 186 180 200
kositar 47 9-14 15-200
titanij 120 100-225 240-370
volfram 411 550 550-620

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. [1] "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.
  2. [2] "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
  3. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  4. [3] www.ussteel.com
  5. [4] Don Stackhouse @ DJ Aerotech
  6. [5] www.complore.com
  7. Beer, Johnston & Dewolf 2001.
  8. [6] Technical Product Data Sheets UHMWPE
  9. [7] www.unitex-deutschland.eu
  10. Avallone et al. 2006.
  11. A.M. Howatson, P.G. Lund and J.D. Todd, "Engineering Tables and Data"