Vlačna čvrstoća

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Dijagram naprezanja trgovačkih čelika. Vlačna čvrstoća ima oznaku M
Ispitni uzorak ili epruveta nakon vlačnog ispitivanja. Vidi se suženje promjera uzorka zbog vlačnog istezanja na kidalici
Univerzalna kidalica

Vlačna čvrstoća (oznaka: σM) je osnovno mehaničko svojstvo materijala, uz granicu razvlačenja, na osnovu kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehaničkoj otpornosti na naprezanje. Vlačna čvrstoća prestavlja omjer maksimalne postignute sile pri vlačnom ispitivanju na kidalici i ploštine početnog presjeka ispitnog uzorka ili epruvete. Ona je suprotna vrijednost od tlačne čvrstoće. [1]

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.

Ispitni uzorak ili epruveta[uredi VE | uredi]

Početna mjerna duljina ispitnog uzorka ili epruvete za kratke proporcionalne epruvete iznosi L0/d0 = 5, a za duge proporcionalne epruvete iznosi L0/d0 = 10, gdje je d0 promjer epruvete. Početna mjerna duljina epruvete za neproporcionalne epruvete ne ovisi o promjeru d0. Epruvete za žice i štapove promjera do 4 mm moraju imati početnu mjernu duljinu L0 = 200 ± 2 mm ili L0 = 100 ± 1 mm. Ispitni uzorci za limove i trake debljine od 0,1 do 3 mm izrezuju se na širinu 12,5 odnosno 20 mm, s početnom mjernom duljinom L0 od 50 do 80 mm i ispitnom duljinom 75 odnosno 120 mm.

Pored standardnih epruveta za ispitivanje vlačne čvrstoće , služe i tehničke epruvete. To su lanci, čelična užad, cijevi, različiti profili, žica, gotovi strojni dijelovi itd. Te epruvete se posebno ne obrađuju, već se ispitivanje vrši u stanju u kojem se ugrađuju u konstrukciju. Standardne epruvete se izrađuju obilnim hlađenjem da se struktura materijala ne promijeni, jer ona utječe na čvrstoću. Površina tijela mora biti fino obrađena bez ogrebotina i tragova obradbe, a prijelaz s tijela na glavu epruvete mora biti izveden s propisanim zaobljenjem r.

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). [2]

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:

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). [3]

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).

Vrijednosti vlačne čvrstoće nekih materijala[uredi VE | uredi]

Tipična vlačna čvrstoća nekih materijala
Materijal Granica razvlačenja
(MPa)
Vlačna čvrstoća
(MPa)
Gustoća
(g/cm3)
Uže od ugljičnih vlakana  ? 3600 1,3
Konstrukcijski čelik Č 0362 (HRN) [4] 250 400 7,8
Čelik za poboljšanje Č 1630 (HRN) 420-550 750-900 7,8
Micro-Melt® 10 alatni čelik (AISI A11) [5] 5171 5205 7,45
2800 Maraging čelik [6] 2617 2693 8,00
Čelik AerMet 340 [7] 2160 2430 7,86
Sandvik Sanicro 36Mo kvalitetna žica [8] 1758 2070 8,00
AISI 4130 čelik, gašen vodom na 855°C, kaljen na 480°C [9] 951 1110 7,85
Titanij 11 (Ti-6Al-2Sn-1,5Zr-1Mo-0,35Bi-0,1Si), odležan [10] 940 1040 4,50
Čelik, API 5L X65 [11] 448 531 7,8
Čelik, visoko poboljšana legura ASTM A514 690 760 7,8
Polietilen velike gustoće (HDPE) 26-33 37 0,95
Polipropilen 12-43 19,7-80 0,91
Nehrđajući čelik AISI 302 - hladno valjan 520 860 8,19
Lijevano željezo 4,5% C, ASTM A-48 130 200  
Legura "Tekući metal" 1723 550-1600 6,1
Berilij [12] 99,9% Be 345 448 1,84
Aluminijska legura [13] 2014-T6 414 483 2,8
Aluminijska legura 6063-T6   248 2,63
Bakar 99,9% Cu 70 220 8,92
Legura bakra i nikla 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, ostatak Cu 130 350 8,94
Mjed 200 550 5,3
Volfram   1510 19,25
Staklo   33 [14] 2,53
Stakloplastika E 1500 za laminat, 3450 za sama vlakna 2,57
Stakloplastika S 4710 2,48
Bazaltna vlakna [15] 4840 2.7
Mramor 15  
Beton 3 2,7
Ugljična vlakna 1600 za laminat, 4137 za sama vlakna 1,75
Ugljična vlakna (Toray T1000G) [16]   6370 1,80
Ljudska kosa   380  
Bambus   350-500 0,4
Paukova mreža 1000 1,3
Mreža Darwinovog pauka [17] 1652
Prirodna svila 500   1,3
Aramid (Kevlar ili Twaron) 3620 2757 1,44
Polietilen visoke gustoće (UHMWPE) 23 46 0,97
Polietilen visoke gustoće (UHMWPE) [18] [19] (Dyneema or Spectra) 2300-3500 0,97
Vectran   2850-3340  
Polibenzoksaksol (Zylon) [20]   2700 1,56
Borovo drvo (uzduž vlakana)   40  
Kost (savitljiva) 104-121 130 1,6
Najlon, tip 6/6 45 75 1,15
Epoksidno ljepilo - 12 - 30 [21] -
Guma - 15  
Bor 3100 2,46
Silicij, monokristalni (m-Si) 7000 2,33
Silicijev karbid (SiC) 3440  
Optičko vlakno visoke čistoće [22] 4100
Safir (Al2O3) 1900 3,9-4,1
Bor-nitridne nanocjevčice 33000  ?
Dijamant N/A 2800 3,5
Grafen 130000 [23] 1,0
Ogromne nanocjevčice 7000 0,116
Ugljične nanocjevčice 11000-63000 0,037-1,34
Kompoziti ugljičnih nanocjevčica 1200 [24]
Tipična svojstva žarenih elemenata [25]
Kemijski element Youngov modul elastičnosti
(GPa)
Granica razvlačenja
(MPa)
Vlačna
čvrstoća
(MPa)
silicij 107 5000–9000
volfram 411 550 550–620
željezo 211 80–100 350
titanij 120 100–225 240–370
bakar 130 33 210
tantal 186 180 200
kositar 47 9–14 15–200
cink (kovan) 105 110–200
nikal 170 14–35 140–195
srebro 83 170
zlato 79 100
aluminij 70 15–20 40-50
olovo 16 12

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. [1] "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
  2. [2] "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.
  3. [3] "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
  4. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  5. [4] matweb.com
  6. [5] www.matweb.com
  7. [6] www.matweb.com
  8. [7] www.matweb.com
  9. [8] www.matweb.com
  10. [9] www.matweb.com
  11. USStubular.com www.usstubular.com
  12. [10] Beryllium I-220H Grade 2
  13. [11] Aluminum 2014-T6
  14. Material Properties Data: Soda-Lime Glass
  15. "Basalt Continuous Fibers" [12] 2009., [13] www.albarrie.com
  16. [14] Toray Properties Document
  17. [15] I. Agnarsson, M. Kuntner, T. A. Blackledge: "Bioprospecting Finds the Toughest Biological Material: Extraordinary Silk from a Giant Riverine Orb Spider"
  18. [16] "Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres"
  19. [17] "Mechanical Properties Data"
  20. [18] "Zylon Properties Document"
  21. Uhu endfest 300 epoxy: Strength over setting temperature
  22. [19] Fols.org
  23. Lee C.: "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene", [20] journal = Science, 2008., [21]
  24. IOP.org Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs: "Nanotechnology 18", 2007.
  25. A.M. Howatson, P.G. Lund, and J.D. Todd, Engineering Tables and Data