CUPRINS 2. Determinarea proprietilor mecanice ale materialelor................................. 2.1. Comportarea materialelor la solicitri axiale .............................................. 2.1.1.ncercarea la traciune.......................................................................... 2.1.2.Determinarea modulului de elasticitate a materialelor metalice.......... 2.1.3.ncercarea la compresiune................................................ 2.2. ncercarea la ncovoiere................................................................................ 2.3. ncercarea la forfecare.................................................................................. 2.4. ncercarea la ncovoiere prin ic (reziliena)................................................ 2.5. ncercarea la solicitri ciclice....................................................................... 2.6. Determinarea duritii materialelor.............................................................. 2.6.1. Determinarea duritii Brinell.......................................... .......... 2.6.2. Determinarea duritii Vickers......................... .................. 2.6.3. Determinarea duritii Rockwell................................................. 2.6.4. Determinarea duritii cu ciocanul Poldi................................. 2.6.5. Determinarea duritii materialelor plastice..................... .......... Determinarea proprietilor tehnologice ale materialelor metalice.............. 3.1. ncercarea la ndoire..................................................................................... 3.2. ncercarea la dubl ndoire a tablelor subiri i a benzilor............................ 3.3. ncercarea la ambutisare a tablelor sau a benzilor dup metoda Erichsen.... 3.4. ncercrile tehnologice ale evilor................................................................. 3.5. ncercarea la refulare..................................................................................... 3.6. Determinarea contraciei liniare la rcirea aliajelor...................................... 3.7. Determinarea contraciei volumice i a retasurii la solidificarea aliajelor turnate........................................................................................................... 3.8. Formarea manual......................................................................................... Influena deformrii plastice asupra unor proprieti mecanice ale materialelor metalice.................................................................................. Influena coninutului de carbon asupra unor proprieti ale oelurilor..... Calculul i determinarea experimental a forei de tragere, a deformaiilor i a influenei procesului asupra unor proprieti ale materialelor........................................................................................................ Controlul nedistructiv al materialelor.............................................................. 7.1. Defectoscopia cu ultrasunete........................................................................ 7.2. Defectoscopia cu raze X............................................................................... 7.3. Defectoscopia cu raze gama......................................................................... 7.4. Defectoscopia magnetic.............................................................................. 7.5. Controlul pieselor cu ajutorul lichidelor penetrante..................................... Caracterizarea pulberilor metalice................................................................... 8.1. Determinarea compoziiei granulometrice prin cernere a pulberilor metalice........................................................................................................ 8.2. Determinarea densitii aparente a pulberilor............................................... 8.3. Determinarea densitii de tasare a pulberilor............................................... 8.4. Determinarea capacitii de curgere a pulberilor.......................................... 8.5. Determinarea compresibilitii pulberilor metalice...................................... 2 2 2 13 17 20 22 23 27 27 31 34 37 39 41 43 45 47 50 55 57 59 63 66 69 73 77 77 81 84 87 90 93 93 96 98 100 101

3.

4. 5. 6. 7.

8.

1

2. DETRMINAREA PROPRIETILOR MECANICE ALE MATERIALELOR 2.1. Comportarea materialelor la solicitri axiale 2.1.1. ncercarea traciune 1. Scopul lucrrii nsuirea noiunilor necesare determinrii caracteristicilor de rezisten i de plasticitate a materialelor ncercate la traciune (conform SR EN 10002/1-1994). De asemenea, se urmrete cunoaterea utilajelor, a modului de pregtire a probelor necesare ncercrii, a preluctrii i interpretrii rezultatelor experimentale obinute. 2. Noiuni teoretice Curbe caracteristice: Deoarece strile de tensiuni ntlnite n practic sunt extrem de variate, este imposibil determinarea experimental, n fiecare caz, a caracteristicilor mecanice ale materialelor. Din teoria strilor de tensiune limit se tie c o stare de tensiune oarecare echivaleaz, pe baza anumitor criterii, cu cea mai simpl i cea mai uor de realizat stare de tensiune: aceea de la ntinderea monoaxial. De aceea comportarea materialelor la ntindere monoaxial prezint interes nu numai la solicitarea propriu-zis la traciune, ci i pentru toate celelalte stri de solicitare, motiv pentru care se consider c ncercarea la traciune constituie ncercarea de baz a unui material. Dac este necesar, datele obinute vor fi completate, prin ncercri specifice altor solicitri: ncovoiere, rsucire, forfecare, solicitri compuse. ncercarea la traciune se execut aplicnd unei epruvete o for axial cresctoare, de obicei pn la ruperea ei, nregistrnd variaiile corespunztoare pentru lungimea epruvetei. Pentru a defini comportarea materialului la solicitare, trebuie trasat curba caracteristic a materialului, care exprim legtura ntre tensiunea i deformaia specific . Aceast curb se obine, n mod convenional, n coordonate reprezentnd fora R i alungirea At. n figura 2.1 sunt prezentate formele tipice de curbe caracteristice.

Fig.2.1 n general, curba caracteristic are o poriune liniar OA, n care lungirea epruvetei este proporional cu fora aplicat, poriune n care este valabil legea lui Hooke. Panta dreptei OA reprezint modulul de elasticitate convenional al materialului, definit fie ca tangenta unghiului format de poriunea dreapt a diagramei cu axa deformaiilor, E = tg , fie ca raport ntre efortul unitar i alungirea specific corespunztoare lui n zona de solicitare sub limita de elasticitate. Deoarece n aceast faz a solicitrii starea de tensiune i starea de deformare n epruvet, pe lungimea L0, sunt omogene, se poate scrie (n aceast zon a curbei caracteristice axele de coordonate R, At pot fi nlocuite prin , ): E = / Tensiunea corespunztoare punctului A se numete limit de proporionalitate i reprezint efortul unitar maxim corespunztor cruia alungirile nc mai sunt proporionale cu eforturile unitare. Valoarea2

limitei de proporionalitate se obine raportnd fora corespunztoare Rp la aria seciunii iniiale a epruvetei S0 i se noteaz cu p: p = Rp / S0. Urmtorul punct important al curbei caracteristice este punctul B. n zona OB, ndeprtarea sarcinii face ca epruveta s-i recapete, ntre repere, lungimea iniial L0; deci, n aceast zon lungirea epruvetei este elastic. Tensiunea corespunztoare punctului B poart numele de limit de elasticitate i este efortul unitar pentru care, n mod practic, alungirile dispar dup ndeprtarea cauzei care le-a produs. Dup depirea acestei limite, materialul ncepe s capete deformri remanente (plastice). Considernd foarte exact comportarea materialului, trebuie precizat c deformri plastice apar chiar i n zona de elasticitate, i anume n acele poriuni ale epruvetei n care orientarea cristalelor este favorabil. n cazul unor anumite materiale (oeluri, cupru, alam) poate fi considerat (suficient de precis pentru calcule inginereti) existena unei poriuni elastice i a unei poriuni de proporionalitate, neglijndu-se deformaiile plastice care se produc chiar de la sarcini mici. Unele materiale, cum este fonta cenuie, nu prezint o poriune elastic liniar a curbei caracteristice. n astfel de cazuri, modulul de elasticitate se exprim n mai multe feluri: modulul de elasticitate tangent (curent E ,sau iniial E0), modulul de elasticitate convenional, modulul de elasticitate de coard, etc. Punctul A de pe curba caracteristic n care se sfrete comportarea liniar, sau punctul B, care face trecerea la zona deformaiilor plastice, nu au poziii clar precizate. Acestea se stabilesc convenional, determinarea depinznd i de sensibilitatea instrumentelor cu care se msoar deformaiile. Limita de proporionalitate convenional l, msurat n N/mm2, reprezint tensiunea la care modulul de elasticitate curent E atinge o abatere prescris fa de modulul de elasticitate iniial E0.. Abaterea se calculeaz cu relaia (E0 - E)100/E0 [%] i se nscrie ca indice. n mod uzual, la oeluri aceast abatere este de 10 % i atunci limita de proporionalitate convenional se noteaz l10. Limita de elasticitate convenional (pentru o lungire proporional prescris) p, msurat n N/mm2, reprezint tensiunea la care abaterea de la variaia proporional dintre tensiune i lungire atinge o valoare prescris (care se menioneaz ca indice la notaia tensiunii). De obicei, la oeluri se admite abaterea de 0,01 % i astfel limita de elasticitate convenional se noteaz p0.01. Limita de elasticitate tehnic (pentru o lungire remanent prescris) r, msurat n N/mm2 este tensiunea la care lungirea specific remanent atinge o valoare prescris (nscris ca indice). n cazul oelurilor, uzual, lungirea specific remanent se stabilete la valoarea de 0,01 %, deci limita de elasticitate tehnic se noteaz cu r0,01. Lungirea epruvetei este nsoit de micorarea dimensiunilor liniare din seciunea transversal. Raportul dintre lungirea specific transversal tr i lungirea specific longitudinal se numete coeficient de contracie transversal i se noteaz . Caracteristicile definite mai sus sunt denumite caracteristici elastice ale materialului. Zona deformaiilor plastice pronunate (dup punctul B de pe curba caracteristic) poate avea aspecte diferite, n funcie de natura materialului. n cazul oelurilor cu coninut redus de carbon, pe curba caracteristic apare o zon n care deformaiile plastice sunt foarte mari i se produc la o for exterioar constant sau descresctoare (fig.2.1a). n aceast faz a ncercrii materialul curge, adic se deformeaz, dei sarcina nu mai crete; pe curba caracteristic se obine un palier de curgere. Urmrindu-se n timpul ncercrii indicaiile sistemului de msurare a forei (sau avnd trasat curba caracteristic), se poate determina momentul n care creterea forei nceteaz, n timp ce procesul de deformare a epruvetei continu. Raportul dintre aceast sarcin i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei se numete limit de curgere aparent i se noteaz Re. n timpul curgerii sarcina poate nregistra variaii ntre o valoare maxim i o valoare minim. mprind aceste sarcini la aria seciunii transversale iniiale a epruvetei se obin limita de curgere superioar ReH i limita de curgere inferioar ReL. Aceste dou caracteristici nu se pot determina prin urmrirea acului indicator al mainii, ci numai din diagramele nregistrate. La materialele care nu au limit de curgere aparent stabilirea acesteia se face convenional, definindu-se:3

Limita de curgere convenional: este raportul dintre sarcina corespunztoare unei alungiri neproporionale prescrise i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei. Ea se noteaz cu Rp, urmat de un indice numeric reprezentnd alungirea neproporional prescris. La oeluri aceast alungire este de 0,2 % i atunci notaia este Rp0,2. Limita de curgere remanent, notat Rr, reprezint raportul dintre sarcina corespunztoare unei alungiri remanente prescrise i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei. Alungirea remanent prescris se menioneaz ca indice la Rr. n cazul oelurilor, uzual, alungirea remanent este 0,2 %, astfel c limita de curgere remanent se noteaz Rr0,2. Pe msur ce se accentueaz gradul de deformare plastic n zona de curgere, metalul se ecruiseaz. De aceea, fora necesar deformrii epruvetei ncepe s creasc pn n punctul D al curbei caracteristice care corespunde sarcinii maxime din timpul ncercrii, Fmax, iar zona aflat naintea punctului D se numete zon de ecruisare (de ntrire). n aceast faz a ncercrii se observ destul de bine variaii uniforme de lungime ale epruvetei, pe msura creterii forei (cretere care, n raport cu creterea lungimii, este de cteva sute de ori mai lent dect n zona elastic). La un moment dat, ntr-o anumit poriune a epruvetei apare o subiere (gtuire), care se accentueaz destul de rapid deoarece deformarea epruvetei n continuare a epruvetei are loc numai n zona gtuirii la fore tot mai mici (deoarece seciunea epruvetei scade continuu). Epruveta se rupe la fora corespunztoare punctului E de pe curba caracteristic, denumit sarcin ultim, Fu. Poriunea DE se numete zon de curgere local. Materialul a crui comportare a fost descris mai nainte i a crui curb caracteristic arat ca n figura 2.1a, se numete tenace. Tenacitatea este proprietatea materialelor care se caracterizeaz prin faptul c ruperea are loc la sarcini mari i este nsoit de deformaii plastice substaniale. Ductilitatea este proprietatea materialelor de a se deforma mult sub aciunea unor sarcini mici. Materialele ale cror curbe caracteristice au forma din figura 2.1b (fr palier de curgere) pot fi maleabile i ductile. n aceast categorie intr cuprul, aluminiul, plumbul etc. n cazul multor materiale, cum ar fi oelurile pentru arcuri, unele oeluri clite, fonta, i altele, ruperea epruvetei se face brusc, cu producerea unei gtuiri nensemnate, care nu se observ n mod obinuit. Aceste materiale se numesc fragile, iar curba lor caracteristic are forma din figura 2.1c. Materialele fragile au o anumit alungire la rupere, dar aceasta este foarte redus (sub 2 %, uneori chiar sub 1 %). La ncercarea la traciune a unui material fragil, fora maxim i fora ultim din epruvet sunt aceleai. Raportul dintre fora maxim i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei se numete rezisten la rupere, se noteaz r (sau Rm) i se msoar n N/mm2 (sau n MPa): r = Fmax / S0 [N/mm2] n cazul materialelor cu fragilitate pronunat, rezistena la rupere este, practic, aceeai cu limita de curgere. S-a menionat c ntreruperea ncercrii la traciune cnd nc nu s-a depit limita de elasticitate i nlturarea forei determin revenirea epruvetei la dimensiunile iniiale. Dac se ntrerupe ncercarea dup depirea limitei de elasticitate, de exemplu n punctul P (fig.2.2a) se constat experimental c legtura dintre for i lungirea epruvetei, Fig.2.2 la descrcare, este dat de dreapta PM, paralel cu OA. Segmentele OM i MN reprezint deformaiile plastic i respectiv elastic pe care le avea epruveta n punctul P. Dac epruveta este rencrcat, variaia forei cu lungirea se desfoar pe linia MP, apoi pe linia PDE, ca i cum nu s-ar fi ntrerupt ncercarea. Este posibil, deci, ca ncercnd la traciune o epruvet dintr-un material ecruisat, curba caracteristic s arate ca n figura 2.2b, adic s difere de cea adevrat din figura 2.2a i s indice o limit de elasticitate mai mare. Dup cum s-a artat mai sus, dup ce se depete limita de elasticitate, deformaiile mari pe care le capt epruveta ncep s produc o micorare important a seciunii transversale. Din aceast cauz, tensiunea real din epruvet, egal cu raportul dintre fora de traciune nregistrat de main i aria4

seciunii momentane reale, este mai mare dect valoarea convenional obinut prin mprirea forei la aria seciunii iniiale. Dac n sistemul de coordonate R, At se obine o curb caracteristic ABCDE convenional, atunci curba caracteristic real arat ca n figura 2.3. Dei n punctul D fora ncepe s scad, tensiunea real crete n continuare deoarece epruveta se gtuiete iar seciunea acesteia scade rapid. Pn la apariia gtuirii, alungirea specific era aceeai pe toat lungimea epruvetei, aa nct alungirea At=L/L0 i alungirea specific erau identice. Dup gtuire, epruveta sufer o lungire local pronunat (fig.2.4) i curba caracteristic real, dup punctul D, este cresctoare pn n punctul E. Alungirea specific real Fig.2.3 la rupere este mai mare dect alungirea la rupere determinat cu Fig.2.4 baza de msurare L0. Epruvete destinate ncercrii la traciune: Forma i dimensiunile epruvetei trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: Dimensiunile epruvetei trebuie s fie suficient de mari, astfel nct pe de o parte, rezultatele s nu fie influenate de particularitile de comportare ale unor formaiuni cristaline ale metalului i, pe de alt parte, lungirea s se poat msura cu suficient precizie. S existe, ntr-o anumit zon a epruvetei, o stare de tensiune omogen nct tensiunile locale care apar n poriunile de prindere ale epruvetei s fie minime i s nu influeneze starea de tensiune din zona principal a epruvetei. Faptul c exist o stare de tensiune omogen prezint dou avantaje importante: pe curba caracteristic se poate observa uor momentul apariiei deformaiilor plastice i relaiile de calcul pentru obinerea tensiunilor i deformaiilor specifice sunt foarte simple.

Forme constructive, dimensiuni: Pentru ca rezultatele ncercrilor la traciune s fie comparabile este nevoie ca epruvetele s respecte anumite condiii de form, dimensiuni i prelucrare. n mod obinuit, epruvetele au seciunea circular (epruvete rotunde) sau dreptunghiular (epruvete plate), cu raportul laturilor seciunii mai mic dect 4:1. Formele uzuale i principalele dimensiuni ale unei epruvete destinate ncercrii la traciune sunt prezentate n figura 2.5. Semnificaiile notaiilor din figur sunt urmtoarele: Lt lungimea total a epruvetei; Lc lungimea calibrat a epruvetei (lungimea poriunii de seciune constant n limitele toleranelor prescrise); L0 lungimea iniial, marcat prin dou repere trasate n interiorul lungimii calibrate. n vederea determinrii alungirii la rupere, lungimea iniial se mparte n trei pri egale pentru ncercrile obinuite, sau n zece pri egale pentru determinarea alungirii la rupere indiferent de poziia seciunii de rupere. Dac materialul epruvetei este sensibil la crestare, atunci reperele de margine i cele intermediare nu se traseaz prin zgriere; d0 diametrul iniial al epruvetei (diametrul seciunii iniiale a epruvetei rotunde), n poriunea calibrat, sau diametrul echivalent al epruvetei plate care are grosimea iniial a0 i limea iniial b0 i pentru care d 0 = 1,13 a 0 b0 .

5

Fig.2.5 Lungimea iniial L0 i diametrul iniial d0 se aleg n aa fel nct raportul n = L0/d0 ,numit factor dimensional, s aib valoarea n = 5 sau n = 10. Corespunztor acestor valori, epruveta se numete proporional normal sau proporional lung. Este necesar impunerea valorii factorului dimensional pentru a obine alungiri la rupere comparabile, la epruvete cu diferite seciuni. n cazuri speciale se pot utiliza i epruvete neproporionale. Lungimea calibrat se alege n aa fel nct de la marginile ei i pn la reperele care delimiteaz lungimea iniial s fie o distan de cel puin din d0, ceea ce nseamn c valoarea minim a acesteia este Lc = L0 + d0 ; n mod normal Lc= L0 + 2d0. Capetele de prindere ale epruvetei trebuie s fie coaxiale cu poriunea calibrat, pentru a asigura solicitarea la traciune simpl. Forma i dimensiunile lor se aleg n funcie de dispozitivele de prindere ale mainii de ncercat. ntre captul epruvetei i poriunea calibrat se execut o racordare cu raza de cel puin 0,5 din diametrul d0 la epruvetele rotunde i de cel puin 20 mm la epruvetele plate. Pentru cercetarea caracteristicilor mecanice ale unui material se pot folosi i epruvete cu alte dimensiuni. Acestea sunt standardizate i valorile lor pot fi gsite n SR EN 10002/1-94. n cazul ncercrii fontelor cenuii, n afar de prescripiile generale exist i condiii tehnice

Fig.2.6 specifice. ncercarea se execut pentru a determina caracteristicile mecanice ale materialului i a identifica marca fontei. Epruvetele sunt de dou tipuri, A i B, avnd formele din figura 2.6a, respectiv 2.6 b. Capetele cilindrice ale epruvetei pot fi netede sau filetate; dac sunt netede, acestea trebuie s fie prinse n ntregime n dispozitivele mainii de ncercat, iar dac sunt filetate se nurubeaz n bacurile mainii, astfel nct cel puin o spir s rmn liber. Forma epruvetei din font i recomandrile de montare sunt determinate de faptul c fonta este un material fragil i se rupe, de obicei, n apropierea unui capt, obinndu-se astfel o rezisten la rupere mai6

mic dect cea real. Epruvetele de acest fel, cu loc de rupere predeterminat, se folosesc uneori i n cazul oelurilor clite cu duritate mare. Epruveta se execut prin achiere, cu adncimi de achiere mici, din proba de material luat din semifabricate conform standardelor. Dac materialul este casant, suprafaa epruvetei trebuie lefuit cu pnz abraziv (avnd grij s nu se creeze rizuri circulare). Rizurile care marcheaz lungimea calibrat a epruvetei sau care subdivid aceast zon se traseaz cu dispozitive speciale. Dac bara are grosimea 40 mm sau banda are limea 30 mm, proba extras poate fi supus direct ncercrii la traciune fr a executa o epruvet. n cazul ncercrii la traciune a fontei cenuii, probele din care se vor prelucra epruvetele se toarn odat cu piesele, n forme uscate, n aceeai form de turnare, sau se toarn ca apendice la pies. Un eventual tratament termic se execut concomitent pieselor i probelor. n unele situaii, probele se pot tia chiar din corpul piesei. n cazul produselor din metale i aliaje neferoase locul i poziia de luare a probei sunt prevzute n STAS 8394-69, n funcie de tipul produsului, direcia de deformare, grosime (pentru table, benzi i plci), sau mrimea seciunii (pentru bare, evi, srme, profile). n toate situaiile n care se recomand folosirea epruvetelor plate, suprafaa epruvetei trebuie s coincid cu suprafaa produsului (s pstreze stratul superficial neprelucrat). 3. Maini i utilaje Maina de ncercat Exist numeroase variante constructive ale mainilor de ncercat, determinate de procedeul de producere a sarcinii i a modului de msurare a acesteia. Maina universal din figura 2.7 are un cadru fix format din coloanele 1 (fixate pe batiu) i traversa 6. Pompa hidraulic trimite ulei n cilindrul 7, care este fixat pe traversa 6. Pistonul din cilindrul 7, deplaseaz n sus cadrul mobil format din traversele 4 i 9 i coloanele 8. Astfel se poate executa ncercarea la traciune a unei epuvete montate ntre bacurile 2 i 3, ncercarea la compresiune a unei epruvete aezate ntre platourile de pe traversele 4 i 6, sau ncercarea la ncovoiere, utiliznd reazemele 5. Folosind dispozitive adecvate se poate efectua i ncercarea la forfecare. Uleiul sub presiune din cilindrul 7 ajunge i n cilindrul 11 pentru a deplasa n jos cadrul 12 ce rotete pendulul 10, care antreneaz (printr-un mecanism special) acul indicator. 13. Fig.2.7 Dispozitivul pendular pentru msurarea forei de traciune are trei greuti diferite care permit funcionarea mainii cu msurarea forei ntre urmtoarele limite: greutatea mic, pentru fore de traciune pn la 4 tf. Valoarea forei se citete pe scala interioar a cadranului; greutatea mic plus cea mijlocie, pentru fore de traciune pn la 10 tf. Valoarea forelor se citete pe scala mijlocie a cadranului;7

toate cele trei greuti, pentru fore de traciune pn la 20 tf. Valoarea forelor se citete pe scala exterioar a cadranului. Cadranul are dou ace indicatoare: unul acionat de dispozitivul de msurare i cellalt, purtat de primul, care se oprete la valoarea forei maxime de traciune, n timp ce acul purttor se ntoarce la 0 odat cu descrcarea epruvetei. Mainile care au acionare hidraulic i la care msurarea forei se face cu manometrul cu arc sau cu pendul pot avea accesorii ca: dispozitiv pentru nregistrarea diagramei for-alungire (acest nregistrator are un tambur, pe generatoarea cruia se deplaseaz penia, acionat pe cale mecanic de sistemul de for al mainii; micarea de rotaie a tamburului este comandat de semnalul electric primit de la un extensometru montat pe epruvet); dispozitiv pentru meninerea constant a sarcinii; dispozitiv pentru programarea unei viteze constante de ncrcare; unitate de reglare automat, care permite programarea ncrcrii sau a lungirii i care, n plus, compenseaz automat elasticitatea proprie a mainii de ncercat sau a cilindrului de for, fcnd ca instalaia s devin extrem de rigid. Mainile de ncercat trebuie s ndeplineasc anumite condiii tehnice i metrologice. Parametrii metrologici caracteristici pentru o main de ncercri statice la traciune, compresiune i ncovoiere sunt urmtorii: eroarea relativ de fidelitate a indicaiilor, eroarea relativ de revenire, eroarea relativ de revenire la zero, pragul de sensibilitate. Aceste caracteristici trebuie s aib valori corespunztoare clasei de precizie a mainii. Dispozitive de prindere a epruvetei: Epruvetele pot avea diferite tipuri de capete de prindere, n funcie de dispozitivele de fixare ale mainii de ncercat. Pentru epruvete cilindrice rotunde, SR EN 10003/1-94 recomand capete de prindere cilindrice, conice sau filetate. Corespunztor acestor forme, prinderea n dispozitivul de fixare al mainii se poate face cu pene avnd suprafaa striat, (plat sau cu canal n direcia axial a epruvetei) care se strng

Fig.2.8 automat (fig.2.8 a), sau prin intermediul unui inel cu suprafaa de sprijin sferic (fig.2.8 b, c). n cazul epruvetelor plate, capetele de prindere pot fi cu sau fr gaur pentru bol. Dac nu au gaur pentru bol, prinderea se face n dispozitivul pan contrapan cu suprafaa plat, striat (fig.2.8 a). 4. Desfurarea ncercrii Pentru buna desfurare a lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se msoar dimensiunile iniiale ale epruvetei i se traseaz reperele care i delimiteaz lungimea iniial L0 ca i reperele de divizare a acestei lungimi, dup cum s-a artat la descrierea epruvetei. Valorile se nscriu n tabelul 2.1. Se verific buna funcionare a mainii de ncercat.8

Se nfoar hrtia pentru nregistrarea diagramei pe tambur i se ncarc penia cu cerneal, sprijinindu-i apoi vrful pe hrtie. Se prinde epruveta n dispozitivele de prindere, avnd grij ca flcile lor s corespund tipului i dimensiunilor capetelor epruvetelor. Se pune n funciune maina i se pompeaz ulei n cilindru, reglndu-se astfel debitul de ulei, nct viteza de ncrcare a epruvetei s nu depeasc valoarea de 1 daN/mm2.s-1 pn la depirea limitei de curgere. Pentru stabilirea limitei de curgere se urmrete continuu deplasarea acului indicator pentru a reine valoarea sarcinii corespunztoare limitei de curgere fizic (dac materialul care se ncearc are o astfel de limit). n acest sens, atunci cnd acul oscileaz, epruveta continund s se alungeasc, se va

Fig.2.99

nota valoarea minim a forei ce apare n cursul oscilaiilor. Dac se constat numai o oprire a creterii forei de traciune se noteaz valoarea respectiv F0. Dac materialul ncercat nu prezint limit de curgere fizic, atunci i se determin cea convenional, Rp0,2, pentru care, dup terminarea ncercrii, se determin valoarea forei F0,2 printr-o construcie grafic pe diagrama nregistrat (se traseaz o paralel cu poriunea dreapt a diagramei de la punctul de pe axa absciselor egal cu L=0,2L0 /100 i se citete ordonata F0,2 corespunztoare, respectndu-se scara la care a fost desenat diagrama). Limita de curgere se calculeaz fcnd raportul dintre valoarea forei corespunztoare, F0 sau F0,2, i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei S0. Stabilirea rezistenei la rupere a materialului ncercat. Se noteaz valoarea forei maxime care apare n timpul ncercrii epruvetei Fmax i se calculeaz rezistena la rupere prin mprirea lui Fmax cu S0. Stabilirea alungirii relative la rupere. La epruvetele normale sau proporionale scurte care s-au rupt n treimea mijlocie a lungimii dintre reperele extreme ca i la cele lungi care s-au rupt la o distan de cel puin 1/5 din lungimea dintre aceste repere, alungirea relativ la rupere se determin prin msurare direct, dup cum urmeaz: se pun cele dou buci ale epruvetei cu prile de rupere cap la cap, apsndu-le astfel nct s rezulte un contact ct mai bun ntre ele i se msoar lungimea Lu dintre reperele extreme. Alungirea relativ la rupere se calculeaz cu ajutorul relaiei: A = [(Lu L0)/L0].100[%]. Alungirea relativ la rupere determinat n acest fel este valabil, indiferent de poziia gtuirii, dac valoarea obinut se ncadreaz ntre limitele prescrise pentru materialul ncercat. n cazul formrii gtuirii n afara limitelor artate mai sus, valoarea obinut pentru alungirea relativ la rupere prin msurare direct este mai mic dect cea obinut pentru acelai material, n cazul formrii gtuirii n zona mijlocie a epruvetei. Acest fapt se explic prin aceea c, dup apariia gtuirii, alungirile specifice din aceast zon sunt mult mai mari dect cele din rest. Alungirea specific a ntregii epruvete fiind media sumei alungirilor specifice ale fiecrei diviziuni a epruvetei. n cazul unei gtuiri centrale ea este mai mare (fig.2.9a) dect n cazul unei gtuiri marginale (fig.2.9b). n cazul n care lungimea iniial a epruvetei se divizeaz n zece pri egale, alungirea la rupere se poate determina independent de poziia seciunii de rupere n cadrul lungimii iniiale. n cazul general, n care lungimea iniial are un numr total de N intervale, lungimea dup rupere se determin prin cumularea msurrilor lungirilor pariale din zona rupturii, dup urmtorul procedeu: se stabilesc dou lungimi de msurat - figurile 2.10a i 2.10b: lungimea OP, care conine seciunea de rupere, este delimitat de reperul marginal O al poriunii scurte a epruvetei rupte i reperul P de pe primul interval ntreg de pe poriunea lung a epruvetei rupte; lungimea OP conine n intervale; lungimea PQ (fig.2.10a) sau lungimile PQ i PQ (fig.2.10b) de pe poriunea lung; dac numrul (Nn) este par, se stabilete PQ = (N-n)/2, iar lungimea dup ruperea epruvetei este: Lu = OP+2PQ; dac numrul (N-n) este impar, se stabilesc PQ=(N-n-1)/2 i PQ= (N-n+1)/2, iar Lu=OP+PQ+PQ. Pentru N = 10 sunt posibile situaiile din fig.2.11. Gtuirea relativ la rupere, Z, se calculeaz ca raport ntre diferena dintre aria seciunii iniiale i aria seciunii ultime a epruvetei, i aria seciunii iniiale; se exprim n procente: Z = [(S0 Su)/S0].100 [%].

Fig.2.10 Aria seciunii ultime este aria seciunii transversale a epruvetei n zona de rupere. Evaluarea acesteia se face n urmtoarele condiii convenionale de msurare a dimensiunilor:10

dac epruveta este rotund, diametrul seciunii de rupere se consider ca fiind media aritmetic a dimensiunii transversale maxime i a celei minime; dac epruveta este plat, drept seciune ultim se consider un dreptunghi ale crei laturi sunt egale cu dimensiunile minime msurate n seciunea rupturii. Alungirea i gtuirea la rupere sunt dou mrimi ce caracterizeaz materialul din punct de vedere

Fig.2.11 tehnologic i nu sunt utile pentru calculele de rezisten. Acestea se refer la comportarea materialului epruvetei ntr-o zon limitat, n care, dup atingerea sarcinii maxime, se produc deformaii locale mult mai mari dect n rest. Analiza formei i aspectul epruvetei dup rupere: Ruperea unui material poate fi ductil, fragil sau mixt. n cazul ruperii ductile, materialul permite deformaii plastice puternice, iar n cazul ruperii fragile, fisura se propag brusc, nu se produce o deformaie global a unei zone a materialului, ci doar o microdeformaie local pe suprafaa de rupere (microdeformaie ce nu se observ dect la analiza prin difracie cu raze X). n cazul epruvetelor supuse la traciune, ruperea fragil produce o seciune de separaie normal pe ax (fig.2.12a). Acest tip de rupere apare11

Fig.2.12

brusc, fr nici o manifestare prealabil, iar seciunea de rupere prezint o structur grunoas. Epruvetele executate din materiale foarte plastice (aur, plumb) capt o gtuire mare, iar n momentul ruperii seciunea poate ajunge chiar la un punct (fig.2.12b). Materialele cu ductilitate medie (de exemplu oelurile carbon) au, nainte de rupere, o gtuire destul de pronunat. La acestea ruperea ncepe din centrul seciunii epruvetei i se propag pe direciile tensiunilor tangeniale maxime (la 45), aspectul suprafeei de rupere fiind acela din figura 2.12c, denumit con-crater. Factori care influeneaz rezultatele ncercrii: Pentru un anumit material, caracteristicile mecanice de rezisten pot dobndi valori diferite, n funcie de condiiile n care s-a efectuat determinarea lor experimental. Factorii care determin rezultatele ncercrii i care produc, o modificare aparent a valorilor caracteristicilor mecanice de rezisten sunt: dimensiunile epruvetei, viteza de solicitare i caracteristicile mainii de ncercat. Diametrul epruvetei influeneaz rezultatul ncercrii dac scade sub 4-5 mm. n cazul n care este foarte mic (zecimi de milimetru) se obine o valoare a rezistenei la rupere sensibil mai mare dect aceea determinat cu epruvete uzuale. Lungimea poriunii calibrate a epruvetei influeneaz valoarea alungirii la rupere. n cazul cnd se folosesc epruvete lungi, alungirea la rupere rezult mai mic dect alungirea determinat pe epruvete scurte. Viteza de solicitare influeneaz rezistena la rupere i alungirea n felul urmtor: cu ct ncrcarea se face mai lent, cu att rezistena la rupere este mai mic, iar alungirea la rupere este mai mare. Caracteristicile mainii de ncercat influeneaz aspectul curbei caracteristice n zona de curgere. Dac sistemul de msurare al mainii are inerie mare, atunci nu sunt obinute limitele de curgere. Acelai lucru se ntmpl i la sistemele cu inerie mic, dac viteza de ncrcare este mare. ncercri speciale la traciune n unele cazuri intereseaz comportarea la traciune nu a unui material, ci a unui produs care n utilizarea lui normal este supus unei solicitri de traciune. n aceast situaie se gsesc produse ca: lanuri, cabluri, evi, srme, benzi etc. Pentru ncercarea de rupere la traciune a evilor se recomand consultarea STAS 67718-76 i a STAS 10782-76, iar n ceea ce privete ncercarea de rupere la traciune a srmelor i cablurilor, acestea se efectueaz conform STAS 6951-76, respectiv STAS 2172-74. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor Rezultatele obinute se trec n tabelul 2.1, se discut i pe baza lor se caut identificarea calitii materialului: Tabelul 2.1 Material d0 [mm] a0 [mm] b0 [mm] L0 [mm] S0 [mm2] Fc [N] Fmax [N] F0,2 [N] du [mm]

au [mm]

bu [mm]

Lu [mm]

L [mm]

Su [mm2]

c 0,2 r [N/mm2] [N/mm2] [N/mm2]

A [%]

Z [%]

12

2.1.2. Determinarea modulului de elasticitate a materialelor metalice 1.Scopul lucrrii nsuirea metodologiei, cunoaterea aparatelor i calculul modulului de elasticitate a materialelor metalice. Se va face un studiu comparativ privind modulul de elasticitate a dou sau trei categorii de materiale distincte (oel, alam i aluminiu). 2. Noiuni introductive Pentru aprecierea metalelor cu privire la posibilitatea folosirii lor n construcia de maini este de o deosebit de importan s se cunoasc, n afara rezistenei de rupere la traciune, i comportarea elastic a acestora. Din aceast cauz este necesar s se determine unele caracteristici de elasticitate. Conform STAS 1029-75, n urma ncercrii la traciune efectuate n condiiile atmosferei ambiante prevzute n STAS 6300-74 se pot determina i urmtoarele caracteristici elastice: modulul de elasticitate longitudinal; coeficientul de contracie transversal; limita de proporionalitate convenional; limita de elasticitate convenional; limita de elasticitate tehnic. Acest standard face referiri la determinarea caracteristicilor de elasticitate pentru produsele i epruvetele cu diametru mai mare sau egal cu 3 mm. Pentru alte produse standardul se aplic numai n condiiile specificate n standardul de produs sau standardul de ncercare la traciune a produsului respectiv. Limita de elasticitate convenional p (pentru o lungire proporional prescris) reprezint tensiunea la care abaterea de la variaia proporional dintre tensiune i lungire atinge o valoare prescris i indicat ca indice a tensiunii. La oeluri, n mod uzual se admite o abatere de 0,01% i se noteaz p0,01, (N/mm2) Limita de elasticitate tehnic r, (pentru o lungire remanent prescris) reprezint tensiunea la care lungirea specific remanent atinge o valoare prescris i indicat ca indice al tensiunii. La oeluri, n mod uzual, se adopt o lungire specific remanent de 0,01% i se noteaz cu r0,01, (N/mm2). Modulul de elasticitate longitudinal E, n general, reprezint raportul dintre tensiunea normal i deformaia specific, n condiiile n care tensiunea nu depete limita de proporionalitate. Modulul de elasticitate longitudinal este de mai multe feluri, i anume: modul de elasticitate tangent; modul de elasticitate de coard; modul de elasticitate mediu; modul de elasticitate convenional. Aceste module de elasticitate se difereniaz ntre ele numai prin modul lor de determinare i iau n considerare faptul c aspectul curbei caracteristice convenionale a ncercrii la traciune nu are o zon de proporionalitate perfect liniar. 3. Epruvete, aparatur i utilaje Forma i dimensiunile epruvetelor destinate determinrii modulului de elasticitate i a celorlalte caracteristici elastice sunt aceleai cu cele recomandate pentru ncercarea la traciune SR EN 10002/1-94: epruvet rotund normal cu diametrul d0 = 10 mm, lungimea iniial L0 = 50 mm i lungimea calibrat Lc L0 + 2d0 epruveta rotund proporional lung cu diametrul d0 = 10 mm, lungimea iniial L0 = 100 mm i lungimea calibrat Lc L0 + 2d0 epruvet plat proporional normal cu grosimea a0 = 5 mm, limea b0 = 16 mm, lungimea iniial L0 = 50 mm i lungimea calibrat Lc = L0 + 2 S 0 ;13

epruvet plat proporional lung cu grosimea a0 = 5 mm, limea b0 = 16 mm, lungimea iniial L0 = 100 mm i lungimea calibrat Lc = L0 + 2 S 0 ;

Msurarea dimensiunilor epruvetelor se face cu precizia de: 0,02 mm la dimensiuni mai mici sau egale cu 50 mm; 0,05 mm la dimensiuni de peste 50 mm. Dimensiunile epruvetelor se stabilesc ca medie aritmetic a valorilor obinute n urma msurtorilor efectuate n dou plane transversale diferite pe lungimea poriunii calibrate. Fora aplicat asupra epruvetei se msoar cu sprijinul pendulului manometric specific mainii universale de ncercate (existent n laborator) i care permite stabilirea valorii acesteia cu precizie mare pe tot parcursul ncercrii. Montajul epruvetei n dispozitivul de prindere a mainii de ncercat trebuie s fie fcut cu mare atenie pentru asigurarea coaxialitii dintre fora de tragere i axa probei, astfel nct s se realizeze o uniform a epruvetei de-a lungul fiecrei generatoare. Se admite o diferen ntre diferen ntre lungirile msurate pe fibrele exterioare opuse ale epruvetei de cel mult 5% din valoarea lungirii maxime. Abaterea de la axialitate se determin prin msurarea lungirilor specifice pe dou fibre diametral opuse, respectiv pe dou fee paralele ale epruvetei plane dispuse n planul axelor coloanelor mainii de ncercat i ntr-un plan normal pe primul. Msurarea lungirii specifice longitudinale sau transversale (dup caz) se realizeaz cu aparate montate direct pe epruvet i care trebuie s asigure urmtoarea precizie: 5 % din valoarea prescris lungimii specifice, la determinarea limitei de elasticitate convenionale i tehnice; 10 m/mm la determinarea modulului de elasticitate longitudinal, coeficientul de contracie transversal i a limitei de proporionalitate. Msurarea lungimii se face cu ajutorul unor aparate numite extensometre care, din punct de vedere constructiv pot fi: mecanice, electronice (inductive) i optice. Extensometrele mecanice i electronice (inductive) se fixeaz direct pe suprafaa epruvetei prin intermediul unor vrfuri ascuite fixe i mobile. Cuitele mobile (vrfurile) sunt n legtur cu, dup caz, fie cu tija palpatoare a unor ceasuri comparatoare (n cazul extensometrelor mecanice), fie cu tija unui miez de fier ce se mic n interiorul unei bobine (n cazul extensometrelor electronice). Extensometrul electronic este format din (fig. 2.13): extensometrul propriu-zis 1; capul de reducere; blocul de alimentare la reea 2; aparatul de nregistrare 3. Extensometrul propriu-zis, figura 2.13, este format din dou elemente de msurare separate (ca i n cazul extensometrelor mecanice) care recepioneaz variaiile de lungime a dou fibre opuse ale epruvetei. Elementele de msurare au fiecare dintre ele cte un cuit fix 4 i cte unul mobil 5. Cuitele mobile sunt legate la un transmitor inductiv 6 i mpreun sunt fixate ntrun suport care permite fixarea mult mai simpl a aparatului pe prob. Distana iniial dintre tiul fix i cel mobil poate lua valori diferite, prin schimbarea cuitelor fixe. Capul de reducere se folosete pentru nregistrarea curbelor de pn la 3 mm, n cazul ncercrilor la ncovoiere i compresiune. Blocul de alimentare 2 este Fig.2.13 situat ntre extensometrul propriu-zis i aparatul de nregistrare, avnd rolul ca, pe lng alimentarea cu curent a sistemului, s permit cuplarea treptelor de amplificare a semnalului de la 20:1 pn la 200:1 pentru capul de reducere (butoanele 7) i de 200:1 pn la 2000:1 (butonul 8) pentru extensometrul inductiv.14

Aparatul de nregistrare servete la nregistrarea variaiilor de lungime n raport cu fora aplicat asupra probei. Funcionarea extensometrului inductiv este urmtoarea: Variaia de lungime a probei provoac o deplasare a cuitului mobil 5 care, la rndul su, determin o modificare a poziiei miezului de fier 9 n interiorul traductorului inductiv. Traductorii inductivi sunt formai din bobine prin care trece curent electric i sunt legai ntre ei cu transformatori difereniali. Aceeai tensiune ce este aplicat la bobinele traductorului se aplic i asupra potenialului de msurare din aparatul de nregistrare de unde poate deriva o tensiune parial. Aceast tensiune parial se compar cu tensiunea secundar a traductorului care se modific prin schimbarea poziiei miezului de ferit. Dac apare o diferen de tensiune, aceasta este amplificat i pune motorul reversibil din aparatul de nregistrare n funciune. 4. Desfurarea lucrrii Pentru efectuarea lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se pun sub tensiune blocul de alimentare i maina universal de ncercat; Se cupleaz blocul de alimentare, prin apsarea butonului de pornire, i, una din treptele de transformare 7 (20:1, 100:1, 200:1) prevzute pentru capul de reducere i respectiv 8 pentru extensometrul inductiv (200:1, 1000:1, 2000:1); Se fixeaz hrtia necesar trasrii curbei caracteristice pe aparatul de nregistrat; Se fixeaz epruveta E n bacurile mainii de ncercat dup care se monteaz extensometrul pe suprafaa acesteia; Cu ajutorul regulatorului de poziionare 9 a blocului de alimentare se pune tamburul de nregistrare la zero pentru a evita apariia unei diferene la msurarea n dou sensuri. La nregistrarea variaiei de lungime , tamburul se rotete spre stnga; Se aplic fora n mod lent i continuu avnd grij ca viteza de solicitare elastic s fie cuprins ntre 1...10 N/mm2s-1; Diagrama ncrcrii la traciune pentru un domeniu preponderent elastic se nregistreaz grafic, dac se folosete extensometrul inductiv, sau se traseaz prin puncte (citind fora pe aparatul mainii de ncercare i deformaia la cele dou ceasuri comparatoare) cnd se folosete extensometrul mecanic.

5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor Pe diagrama trasat de aparatul de nregistrare se trece fora, pe ordonat, i lungirea pe abscis. Dac apare o distorsiune (deformaia nu pornete din momentul F = 0) n punctul zero, partea dreapt a curbei trebuie prelungit pn la linia zero a variaiei de lungime (fig. 2.14). Se duce o paralel la dreapta corespunztoare poriunii pe care este valabil legea lui Hooke la o distan egal cu procentajul prescris al lungimii de msurare. Limita de elasticitate remanent corespunde punctului de intersecie a dreptei cu curba caracteristic trasat La determinarea modulului de elasticitate se folosete relaia:

E=

Fig.2.14

Pentru c n diagram sunt reprezentate fore n locul tensiunii i variaiile lungimii L n locul deformaiei specifice , este nevoie a se face urmtoarele calcule: F = , A n care: F este fora ce acioneaz asupra materialului [daN]; A aria seciunii transversale a epruvetei [mm2]. L = L0

n care: L0 este distana dintre cuitul fix i cel mobil al extensometrului.15

Astfel se obine relaia de determinare a modulului de elasticitate care capt forma: F L0 E= A L Cnd determinarea deformaiei se face cu ajutorul extensometrului mecanic, valorile corespunztoare forei de ncercare a probei, citite pe cadranul comparatorului, se trec n tabelul 2.4. Pe baza rezultatelor din tabel se va construi curba de variaie F = f(Lmed) i se va proceda la determinarea modulului de elasticitate ca i n cazul diagramelor obinute n urma ncercrii i folosirii extensometrului inductiv. Se vor face determinri pe materiale diferite, se vor compara i se vor interpreta rezultatele obinute. Tabelul 2.2. Nr.Crt. 1. 2. 3. 4. F [daN] L1 [m] L2 [m] Lmed [m]

16

2.1.3. ncercarea la compresiune 1. Scopul lucrrii Lucrarea i propune nsuirea noiunilor necesare desfurrii practice a ncercrii la compresiune, a determinrii experimentale i a calculului principalelor caracteristici de rezisten i de plasticitate a materialelor. De asemenea, se urmrete cunoaterea i exploatarea mainilor i aparaturii destinate acestui scop. 2. Noiuni introductive ncercarea la compresiune se execut, de obicei, pentru determinarea proprietilor mecanice ale materialelor fragile (la rece sau la cald), care au o rezisten mic la traciune (fonte, metale i aliaje neferoase etc.). Prin aceast ncercare se determin scurtarea i rezistena de rupere la compresiune, conform STAS 1552-78, dac nu se solicit i determinarea altor caracteristici n documentaia tehnic. Principala problem pe care o ridic ncercarea la compresiune este aceea a realizrii unei stri de tensiuni omogene n epruvet. Dac epruveta are form cilindric (fig.2.15), starea de tensiune monoaxial este modificat datorit frecrilor dintre Fig.2.15 suprafeele de contact ale epruvetei i suprafeele de apsare. n timpul ncercrii, suprafaa A-A rmne, practic, n contact cu placa de apsare, iar punctele B ale epruvetei nesolicitate ajung, prin rsfrngerea materialului, n contact cu placa de apsare (punctele

Fig.2.16 B). Punctele C se deplaseaz mult pe direcie radial. Acest mod de deformare arat c n epruveta cilindric plin starea de tensiuni este neomogen. n afar de acestea, n epruvet poate aprea i o solicitare de ncovoiere, din cauza neparalelismului celor dou suprafee frontale, a neomogenitii materialului sau a aplicrii excentrice a sarcinii.17

O problem specific ncercrii la compresiune o constituie aceea c, materialele tenace, nu se rup la acest tip de solicitare. Ele se deformeaz plastic n mod continuu, pe msura creterii sarcinii. Metalele rigide prezint o etap de deformare elastic urmat de una de deformare plastic, care se termin prin distrugerea epruvetei. Forma diagramei de compresiune a metalelor plastice este prezentat n figura 2.16 a, iar a metalelor rigide, n figura 2.16 b. Deformarea epruvetei se manifest sub forma reducerii nlimii ei, de aceea pe axa absciselor diagramelor de compresiune se ia scurtarea h n funcie de fora F trecut pe ordonat. Caracteristicile ce se determin prin ncercarea la compresiune sunt cuprinse n tabelul 2.3. Tabelul 2.3. Termenul Epruveta Diametrul iniial i ultim Lungimea dintre repere; iniial i ultim Aria seciunii transversale: -iniial: -ultim: Factorul dimensional Curent La limita de curgere Ultim Limita de curgere Rezistena la compresiune Scurtarea procentual a epruvetei Umflarea procentual a epruvetei Simbolul d0, du; [mm] h0,hu; [mm] S 0 = d02/4 [mm2] Su = du2/4 [mm2] N = L0 /d0. F [N] Fc [N] Fu [N] c = Fc/S0; [N/mm2] rc = Fmax/S0; [N/mm2] Ac = h0-hu)/h0.100 [%] Zc = (Su-S0)/S0.100 [%]

Sarcina Caracteristici mecanice uzuale

n urma deformrii epruveta ia o form de butoi. Rmnerea n urm a deformrilor transversale ale suprafeelor de baz ale epruvetei se datoreaz forelor de frecare ce apar ntre aceste suprafee i platourile mainii de ncercat. Aceste fore de frecare se combin cu forele de presare i dau o rezultant ce acioneaz sub un unghi fa de axa epruvetei, aa cum se vede n figura 2.17. Rezultanta va provoca o repartizare inegal a deformaiilor elementare, pe direcia axei longitudinale. Din punct de vedere al structurii sale, deformarea unei epruvete are loc dup cum se vede n figura 2.18.

Fig.2.17

Fig.2.18

Pentru evitarea frecrii dintre platouri i suprafeele bazelor epruvetei, se intercaleaz plci dintrun material mai moale sau se face o ungere cu parafin. Pentru ca sarcina s fie uniform repartizat pe suprafaa epruvetei i pentru a exclude erorile ce ar proveni din uoare abateri de la paralelism a feelor epruvetei, se prevede ca unul din platouri s fie prevzut cu o calot sferic, aa cum se vede n figura 2.19. Raza R a calotei sferice va fi egal cu suma grosimii plcii pe care este aplicat i nlimea calotei.

18

3. Materiale, utilaje i aparatur Epruvetele pentru ncercarea la compresiune a metalelor vor fi de form cilindric dreapt, cu bazele paralele ntre ele, avnd forme i dimensiuni standardizate conform STAS 1552-78. Locul de prelevare a epruvetelor i orientarea lor se specific n standardele materialelor respective. Pentru ncercarea la compresiune se va folosi maina universal pentru ncercarea la traciune, compresiune i ncovoiere (vezi lucrarea ncercarea la traciune). 4. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Fig.2.19

Epruvetele ce se supun ncercrii la compresiune nu trebuie s prezinte urme de tratament termic, turtiri, retasuri, incluziuni nemetalice sau alte defecte.Feele epruvetelor i suprafeele platourilor trebuie s fie uscate i s nu aib urme de unsoare, ulei etc. Locurile acoperite cu astfel de impuriti se spal cu aceton sau benzin.Se msoar diametrul iniial d0 a epruvetei, dup dou direcii perpendiculare una pe alta, cu ajutorul unui micrometru ce are o precizie de 0.01 mm, trecnd media aritmetic a celor dou msurri n tabelul de rezultate (Tabelul 2.4). Valoarea determinat se va folosi pentru calculul ariei seciunii transversale iniiale S0. Se msoar de asemenea i nlimea iniial h0 i rezultatul se trece n acelai tabel. Valoarea sarcinii de rupere la compresiune se consider atins, n cazul materialelor rigide, la apariia primei fisuri pe suprafaa lateral a epruvetei. n cazul materialelor plastice (moi), ncercarea nu poate fi efectuat pn la rupere, deoarece epruveta se strivete ntre platourile aparatului. n acest caz ncercarea se execut doar pn dup depirea limitei de curgere.La materialele care nu au o limit de curgere observabil prin ncercare, se determin limita de curgere convenional 0,2c ca i n cazul ncercrii la traciune. Dup efectuarea ncercrii la compresiune se va msura nlimea hu i diametrul du din zona cea mai puternic deformat, folosind acelai micrometru. Cu ajutorul diametrului du se calculeaz suprafaa seciunii probei ncercate la compresiune Su. Rezultatele msurtorilor se vor trece n tabelul de rezultate 2.4. Tabelul2.4 Material d0 [mm] S0 [mm2] h0 [mm] Fr [N]

r[N/mm2]

hu [mm]

du [mm]

Su [mm2]

Ac [%]

Zc [%]

19

2.2. ncercarea la ncovoiere 1. Scopul lucrrii nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii caracteristicilor mecanice ale materialelor solicitate la ncovoiere. 2. Noiuni teoretice n practic, ncercarea la ncovoiere se folosete numai n cazul materialelor turnate, din care urmeaz s se execute piese ce vor fi supuse n timpul funcionrii unor solicitri la ncovoiere, determinndu-se rezistena de rupere la ncovoiere i sgeata la rupere. La ncovoiere, ca i la compresiune, metalele se comport n dou moduri, n funcie de natura lor: tenace, cum este cazul oelurilor, care pot fi deformate apreciabil prin ncovoiere fr ca ele s se rup, sau rigide, cum este de exemplu fonta, folosit mult n construcia de maini, dar care se rupe relativ uor n cazul solicitrii la ncovoiere. Ca atare, ncercarea la ncovoiere este mai important n cazul fontelor crora li se cere, uneori, i stabilirea capacitii de preluare a acestui tip de solicitri. Condiiile de ncercare la ncovoiere pentru fonte sunt cuprinse n STAS 1660-80, n care sunt specificate forma i dimensiunile epruvetelor. Pentru ncercarea la ncovoiere se alege o schem simpl de solicitare n care, epruveta din font, avnd forma unei bare cu seciunea circular sau dreptunghiular, se va rezema simplu la ambele capete, iar sarcina va fi aplicat perpendicular pe axa epruvetei, la mijlocul distanei dintre reazeme, pn n momentul producerii ruperii, conform imaginii din figura 2.20. Starea de tensiuni n epruvet Fig.2.20 este neomogen, datorit att variaiei momentului ncovoietor n raport cu axa longitudinal, de la o seciune la alta, ct i datorit faptului c, pentru o seciune transversal dat, n domeniul elastic, tensiunile variaz liniar. n timpul solicitrii, n epruvet apar concomitent eforturi de traciune i compresiune, a cror repartizare este reprezentat n figura 2. 21. Tensiunea ntr-o fibr oarecare aflat la distana y este dat de relaia: = (My)/Iz, unde M este momentul ncovoietor n acea seciune iar Iz este momentul de inerie al seciunii transversale n raport cu axa de ncovoiere. Aplicarea sarcinii se face cu o vitez maxim de 10 N/mm2s-1. ncercarea se desfoar pn la ruperea epruvetei i se stabilete sarcina maxim Fmax din momentul ruperii. Rezistena la ncovoiere, notat cu Ri, msurat n N/mm2, definit ca raportul dintre momentul de ncovoiere la ruperea epruvetei Mi = Fmax1/4 i modulul de rezisten W = d03/32, se calculeaz cu precizia de 5 N/mm2, folosind relaia: Ri = 8lFmax/(d03). Fig.2.21 Valoarea rezistenei la ncovoiere astfel obinut este influenat att de forma seciunii transversale a epruvetei, ct i de raportul dintre lungime i diametru. n STAS 1660.80 se indic un raport constant l/d = 20. Odat cu determinarea valorii sarcinii maxime din momentul ruperii, Fmax, cu ajutorul dispozitivului de nregistrare al mainii universale de ncercat, se determin i sgeata la rupere. Sgeata la rupere este nsi deformaia epruvetei n momentul ruperii, msurat prin deplasarea vertical a punctului de aplicare al sarcinii.20

ncercarea la ncovoiere a fontelor este admis i pentru epruvete cu seciune eliptic. Seciunea transversal de la mijlocul lungimii epruvetei se consider eliptic dac diametrele perpendiculare a i b (b fiind pe direcia forei, iar a > b) difer ntre ele cu peste 0,6 mm la epruvetele cu 10, 13 i 20 mm sau cu peste 1,3 mm la epruvetele de 30 i 45 mm. Sarcina la care se produce ruperea se mpaerte la coeficientul de corecie K = ab2/d3 i, astfel modificat, se folosete la calculul rezistenei la ncovoiere cu formula deja stabilit pentru epruvete cu seciune circular. 3. Epruvete Pentru ncercarea la ncovoiere a fontelor se folosesc epruvete ce pot fi turnate separat sau legate de pies. De obicei se utilizeaz epruvete turnate n stare brut dar, n cazuri speciale, se pot folosi i epruvete prelucrate. Suprafaa epruvetelor trebuie s fie neted i fr urme de bavuri. Bavurile dac exist, se ndeprteaz prin polizare. Epruvetele prelucrate trebuie s aib suprafaa neted i lipsit de urme de achiere. 4. Utilaje i aparatur Pentru ncercarea la ncovoiere se folosete maina universal de ncercat care este dotat, pentru aceast ncercare, cu un dispozitiv cu dou role de reazem, paralele ntre ele, aezate perpendicular pe axa epruvetei. Distana dintre axele rolelor se poate modifica prin alunecarea lor pe un ghidaj prevzut n traversa inferioar a mainii de ncercat i se poate msura cu ajutorul riglei gradate de pe marginea ghidajului. Maina de ncercat dispune i de o pies de apsare ce se monteaz n platoul su superior . 5. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Se verific dac epruveta ndeplinete condiiile prevzute n STAS 1660-80; Se msoar diametrul epruvetei, dup dou direcii perpendiculare, n seciunea n care se va aplica sarcina. Msurarea se face cu ajutorul unui ubler cu precizia de 0,1 mm. Valoarea diametrului epruvetei d0, se obine fcnd media aritmetic a celor dou diametre; Se determin lungimea epruvetei; Se monteaz n platoul superior piesa de apsare corespunztoare, iar pe travers cele dou reazeme se aeaz simetric fa de piesa de apsare, la distana li; Epruveta de ncercat se dispune pe reazeme astfel nct axa ei s treac prin mijlocul reazemelor. Epruvetele se vor fixa la capete cu legturi flexibile, astfel nct, aceste legturi s nu mpiedice ncercarea dar nici s nu permit epruvetei s sar de la locul ei n momentul ruperii; Se deplaseaz traversa mobil n sus, spre piesa de apsare; Se aplic epruvetei o sarcin iniial F0, aceasta pentru eliminarea erorilor de msurare la determinarea sgeii de ncovoiere f; Se aplic sarcina de compresiune, urmrind indicaiile acelor dispozitivului de msurare a forelor Fr, precum i indicaia dispozitivului de msurare a sgeii de rupere f, la ncovoiere; Se calculeaz rezistena de rupere la ncovoiere Ri; Valorile msurtorilor efectuate, precum i rezultatele calculelor se trec n tabelul de rezultate 2.5. Tabelul 2.5 Material li [mm] d0 [mm] Fr [N] Ri [N/mm2] F [mm]

21

2.3. cercarea la forfecare 1. Scopul lucrrii nsuirea noiunilor, metodologiei i cunoaterea dispozitivelor necesare determinrii rezistenei la forfecare a materialelor metalice. 2. Noiuni teoretice Aceast ncercare se aplic epruvetelor prelevate din semifabricate destinate executrii unor piese ce vor fi supuse, n exploatare, la forfecare. ncercarea se efectueaz pe mainile de ncercat la traciune sau la compresiune, folosind dispozitive adecvate. ncercarea de rezisten la forfecare se execut conform STAS 7927-67. De obicei epruveta are seciune circular. Dispozitivul necesar pentru executarea ncercrii pe maina de ncercat la traciune este prezentat n figura 2.22. Epruveta se trece prin trei inele de oel clit, cu dimensiunea alezajului corespunztoare seciunii epruvetei. Dou dintre inele sunt montate ntr-o furc, iar al treilea ntr-un suport separat. Schema de principiu a dispozitivului (fig.2.23) arat c, sub aciunea forei F, epruveta C este rupt ntre flcile de fixare B1, B2 i falca de tiere Z, dup dou seciuni de forfecare, q1 i q2. Duritatea flcilor de fixare, respectiv a celor de tiere trebuie s fie 700 HV.

Fig. 2.22

Fig.2. 23

3. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor experimentale Cunoscnd diametrul epruvetei i valoarea maxim a forei de forfecare Fmax, se determin rezistena la forfecare cu formula: r=Fmax/2S0 [N/mm2], unde S0 = d02/4 [mm2]. Datele iniiale, rezultatele ncercrilor i a calculelor efectuate se trec n tabelul 2.6. Tabelul 2.6. Material d0 [mm] S0 [mm2]

r [N/mm2]

22

2.4. ncercarea de ncovoiere prin oc (reziliena) 1. Scopul lucrrii nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii comportrii materialelor la ncovoiere prin oc. 2. Noiuni teoretice Un oel, care n mod normal este ductil, poate deveni fragil n anumite condiii de solicitare, cum ar fi: vitez de deformare mare, temperatur sczut i stare complex de tensiune. Pentru a se produce o rupere fragil nu este nevoie ca toi aceti factori s fie prezeni simultan. Ca urmare a aprut necesitatea elaborrii unei ncercri noi, destinat a studia comportarea tenace sau fragil a metalului, comportare ce nu poate fi sesizat prin ncercri statice. Aceast ncercare este ncercarea de ncovoiere prin oc, cunoscut i sub denumirea de ncercarea de rezilien. Tot prin aceast ncercare se poate controla calitatea i omogenitatea structural a unor materiale obinute prin turnare, uniformitatea tratamentelor termice aplicate i se poate verifica gradul de mbtrnire a metalului ce urmeaz a fi folosit pentru fabricarea cazanelor i turbinelor cu aburi. ncercarea la ncovoiere prin oc const n ruperea unei epruvete crestate la mijloc, dintr-o singur lovitur aplicat cu un ciocan pendul. Lovitura se aplic n partea opus crestturii epruvetei simplu rezemat sau la captul liber al unei epruvete n consol, cu cresttura n dreptul ncastrrii. Aspectul geometric al crestturii poate fi n form de U sau n form de V. n funcie de forma crestturii, ncercarea la ncovoiere prin oc se execut diferit, conform SR EN 1045/1-93 (pentru epruvete cu cresttura n form de U), respectiv STAS 7511-81 (.pentru epruvete cu cresttura n form deV). 3. Utilaje i epruvete Pentru efectuarea ncercrii la ncovoiere prin oc se folosete ciocanul pendul Charpy. Schia ciocanului pendul este prezentat n figura 2.24. El este prevzut cu un ciocan de greutate Gp, care oscileaz, practic fr frecare, n jurul axului O. Pentru ruperea epruvetei aezat liber pe dou reazeme de pe batiul B, ciocanul cade de la o anumit nlime H, la care fusese ridicat i fixat. Energia potenial a ciocanului pendul n aceast poziie este W0. Legea conservrii energiei mecanice presupune c energia potenial a unui corp se transform integral n energie cinetic i invers. Ciocanul pendul eliberat din poziia iniial lovete epruveta prin intermediul unui cuit din material dur i o rupe, consumnd astfel o parte din energia sa cinetic. Energia consumat se noteaz cu Wc. Restul de energie este folosit de pendul pentru a se ridica la o nlime h, invers proporional cu lucrul mecanic consumat pentru ruperea epruvetei. Considernd c pierderile de energie ce se produc n timpul ncercrii nu afecteaz mrimile msurate, energia consumat pentru ruperea epruvetei se poate calcula cu relaia: Wc = W0 W = Gp(H - h) = Gplc(cos - cos) n care: W0 este energia potenial a pendulului n poziia iniial; W - este energia potenial a pendulului n poziia final; Gp - este greutatea pendulului; lc - braul pendulului - distana de la centrul de greutate al pendulului pn la axul de rotaie;23

Fig.2.2 4

H, h - nlimile iniial, respectiv final a centrului de greutate al pendulului, msurate pe vertical fa de poziia cea mai de jos atins de centrul de greutate n cursa de rotaie; , - unghiurile celor dou poziii extreme fa de axa vertical. Ciocanul pendul Charpy are montat un cadran gradat pe care se poate citi direct lucrul mecanic consumat pentru ruperea epruvetei. n general, ciocanele pendul cu cadran au o singur poziie de lansare, iar variaia energiei de lovire nu se poate obine dect prin schimbarea discului pendulului. Aceast operaie de schimbare este limitat, deoarece exist pericolul modificrii poziiei centrului de percuie i a raportului greutilor. Din aceast cauz ciocanele pendul cu cadran sunt prevzute doar cu dou discuri cu raportul greutilor 1:2. n mod uzual, pentru condiiile standard de ncercare la ncovoiere prin oc, ciocanele pendul se construiesc pentru o energie maxim W0 = 300 J (Joule) sau W0 = 15 J i o vitez de lovire de 4,5-7 m/s. 4. Tipuri de epruvete Pentru executarea ncercrii de ncovoiere prin oc se utilizeaz epruvete cu cresttur n form de U (fig.2.25 a) sau V (fig.2.25 b), simplu rezemate la capete (epruvete Charpy) i n consol (epruvete Izod). Epruvetele normale Charpy U (fig.2.25 a) au seciunea transversal ptrat i au o cresttur n

Fig.2.25 form de U, cu raza de racordare la fundul crestturii de 1 mm. Adncimea crestturii poate lua diferite valori, pentru a putea pune n eviden fragilitatea metalului. Dimensiunile epruvetelor folosite pentru ncercarea de ncovoiere prin oc sunt standardizate i sunt cuprinse n tabelul 2.7 (SR EN 1045/1-93). Tabel 2.7 Dimensiune Lungime, [mm] Grosime epruvete uzuale, [mm] Grosime epruvete subiri, [mm] nlime, [mm] nlimea la baza crestturii: - epruvete cu h = 5 mm; - epruvete cu h = 3 mm; - epruvete cu h = 2 mm. Raza de curbur la baza crestturii, [mm] Distana dintre planul de simetrie al crestturii i unul din capetele epruvetei, [mm]. Simbol I b a ac r l/2 Valoare nominal 55 10 7,5 5 10 5 7 8 1 27,5 Abateri limit 0,60 0,11 0,11 0,09 0,11 0,09 0,11 0,11 0,07 0,42

24

Pentru a pune n eviden sensibilitatea la fragilizare a oelului prin amorsarea fisurii, au fost concepute crestturi n form de V, cu o raz de racordare la fundul crestturii de 0,25 mm. Acest tip de epruvete poart numele de Charpy V (fig.2.25b) i este folosit pentru aprecierea tenacitii oelurilor destinate construciilor de importan deosebit. Rezultatele obinute pe epruvetele tip Charpy U sau V se completeaz reciproc. Aceasta deoarece ncercarea pe epruvete cu cresttura n V evideniaz proprietatea metalului de a opri propagarea fisurii amorsate pe vrful ascuit, iar ncercarea pe epruvete cu cresttura n U evideniaz proprietatea metalului de a evita amorsarea unei fisuri. Prelucrarea epruvetelor destinate ncercrii la ncovoiere prin oc se face cu o atenie deosebit deoarece ea va asigura precizia i reproductibilitatea rezultatelor experimentale. n primul rnd, epruvetele trebuie prelevate astfel nct proprietile materialului s nu fie denaturate. La prelucrarea cu scule achietoare trebuie evitate nclzirea exagerat a materialului i eforturile de ncovoiere sau alte solicitri ce pot aprea. De asemenea, se va evita formarea concentratorilor de tensiune, care au o influen foarte mare la aciunea dinamic, constituind surse de amorsare a fisurii. Cresttura se execut prin gurire i tiere sau prin frezare i rectificare, astfel nct pe fundul crestturii s nu apar zgrieturi orientate dup generatoare. Flancurile i planul de simetrie al crestturii trebuie s fie perpendiculare pe axa longitudinal a epruvetei. Pentru ncercarea de rezilien a sudurilor epruveta se ia astfel nct cresttura s poat fi executat n mijlocul custurii. n cazul epruvetelor tratate termic, tratamentul termic trebuie efectuat nainte de executarea crestturii. 5. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Se stabilete felul metalului i se examineaz aspectul exterior al epruvetei. Aceasta nu trebuie s aib urme de prelucrare, turtiri sau alte defecte. Cresttura trebuie s fie perpendicular pe faa epruvetei; Se msoar, cu ajutorul unui ubler cu precizia de 0,1 mm, limea a i grosimea b a epruvetei n dreptul crestturii, precum i nlimea crestturii h. Se calculeaz aria seciunii iniiale S0 = (a-h)b, iar rezultatele msurtorilor i a calculelor se trec n tabelul de rezultate; Se verific buna funcionare a ciocanului pendul. Pentru aceasta pendulul se las s cad liber din poziia de lansare i se verific dac acul indicator s-a oprit pe cadran la gradaia zero, semn c pierderile de energie sunt nesemnificative; Dup oprirea pendulului cu ajutorul frnei, acesta se ridic n poziia de lansare i se fixeaz cu ajutorul sistemului de prindere, iar acul indicator se readuce n poziia iniial; Se aeaz epruveta pe reazeme n aa fel nct cresttura s fie perpendicular pe batiu i orientat n partea opus loviturii ciocanului; Se elibereaz pendulul prin deschiderea sistemului de prindere cu mner, dnd astfel posibilitatea pendulului s cad liber i s rup n drumul su epruveta. Epruveta se consider rupt chiar dac ruperea nu s-a produs pe ntrega seciune, dar a fost antrenat de ciocan dincolo de reazemele nicovalei; Se noteaz, cu o precizie de pn la 1 J, valoarea citit pe cadranul aparatului a energiei consumate la ruperea epruvetei. Aceast valoare se noteaz Wc; Se determin reziliena epruvetei, conform relaiei: KCU W0/h/b = Wc/S0 [J/cm2]

La ncercarea pe epruvete Charpy U se definete reziliena ca fiind raportul dintre energia consumat pentru ruperea epruvetei i aria seciunii transversale din dreptul crestturii. Simbolul rezilienei este KCU W0/h/b, are urmtoarea semnificaie: K - iniiala cuvntului Kerbschlagfestigheit, nsemnnd rezilien n limba german; C - iniiala cuvntuluiCharpy; U - forma crestturii; W0 - energia potenial maxim a ciocanului pendul; h - adncimea crestturii ;25

b - limea epruvetei; c - energia consumat pentru ruperea epruvetei; S0 - aria seciunii iniiale a epruvetei. Reziliena se exprim n J/cm2 sau daJ/cm2. Contracia transversal a epruvetei reflect tenacitatea materialului. Cu ct contracia este mai mare, cu att tenacitatea este i ea mai mare, respectiv, materialul este mai puin fragil. Contracia transversal se determin cu relaia: b b1 T= 100 [%]; b n care b1 este limea epruvetei msurat dup ruperea acesteia, n imediata vecintate a crestturii. La ncercarea pe epruvete Charpy V, tendina actual este ca rezultatele s se exprime prin energia consumat la rupere. Simbolul este n acest caz KCV i se msoar n J sau daJ (STAS 7511-81). Rezultatele obinute se trec n tabelul 2.8. Tabelul 2.8 Material a [mm] Dimensiunile epruvetei b [mm] h [mm] aC [mm] S0 [cm2] W0 [J] Wc [J] KCU [J/cm2] T [%]

ntr-un buletin de analiz se menioneaz modul de prelevare a epruvetei i se noteaz defectele observate ca urmare a examinrii seciunii de rupere a probei. La aprecierea tenacitii unui material trebuie s se in seama i de aspectul macroscopic al seciunii de rupere. Acest aspect prezint, n general, dou pri distincte: o parte central cu aspect cristalin, grunos i lucios, corespunztoare unei ruperi fragile, i cealalt parte, fibroas i mat, corespunztoare unei ruperi tenace.

26

2.6. Determinarea duritii materialelor Duritatea este o proprietate a materialelor care exprim capacitatea acestora de a se opune aciunii de ptrundere a unui corp dur n masa sa. La determinarea duritii materialelor se iau n considerare mrimea urmelor produse de un corp de penetrare numit penetrator, caracterizat printr-o anumit form i dimensiune, i fora ce acioneaz asupra acestuia. Metodele de determinare a duritii, n funcie de viteza de acionare a forei asupra penetratorului, se clasific n metode statice, la care viteza de acionare se situeaz sub 1 mm/s, i metode dinamice, pentru care viteza de acionare depete aceast valoare. Metodele statice i dinamice se deosebesc ntre ele, n principal, prin forma penetratorului, condiiile de lucru, dimensiunile caracteristice ale urmelor lsate de penetrator n material i modul de evaluare a duritii. Metodele frecvent utilizate la determinarea duritii i caracteristicilor sunt cuprinse n tabelul 2.15. Tabelul 2.15 Evaluarea Scri duritii utilizate F/S, [N/mm2] Brinell bil oel bil oel h, [mm] B = 130 h, [mm] C = 100 Rockwell con de diamant 2 piramid de diamant F/S, [N/mm ] Vickers bil de oel comparativ Poldi Metoda Tip penetrator Domeniul de utilizare < 450 HB < 450 HB toate materialele toate materialele < 450 HB Tipul metodei static static static static dinamic

Meniuni. Mrimile din tabel au urmtoarea semnificaie: F fora ce acioneaz asupra penetratorului; S suprafaa; h adncimea urmei lsate de penetrator n material sub aciunea unei fore date. 2.6.1. Determinarea duritii Brinell 1. Scopul lucrrii Se urmrete nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii duritii Brinell (STAS 155 83), precum i cunoaterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice, se vor efectua determinri experimentale de punere n eviden a duritii pe diferite categorii de materiale i se vor compara rezultatele obinute. 2. Noiuni teoretice Determinarea duritii Brinell este una dintre cele mai folosite metode de evaluare a duritii materialelor. Ea se aplic materialelor ce au duritatea posibil mai mare de 450 HB, cnd se folosete ca penetrator o bil din oel, i a celor ce au duritatea cuprins ntre 450 i 650 HB, cnd se folosete ca penetrator o bil din carbur de wolfram. Metoda const din imprimarea, cu o for F, a unei bile de diametru prescris D, perpendicular pe suprafaa piesei de ncercat. Bila utilizat ca penetrator trebuie s aib o duritate cu minimum 70 % mai mare dect duritatea materialului de ncercat. Duritatea Brinell HB se exprim prin raportul dintre fora aplicat F i suprafaa calotei sferice S a urmei remanente lsate de penetrator dup ndeprtarea lui de pe materia: HB = F/S Duritatea Brinell HB se folosete ca o valoare convenional ce nlocuiete folosirea unitii de msur daN/mm2. Suprafaa calotei sferice se calculeaz pornind de la diametrul d al bazei acesteia, msurat cu lupa, la microscop sau prin proiectarea urmei pe ecranul aparatului destinat ncercrii, astfel:

S=

D2

(D 27

D2 d 2

)

nlocuind suprafaa calotei n relaia de calcul s duritii, se obine:

HB =sau:

D D D d

(

2F2 2

)

, [daN/mm2]

HB =

2F

D

2

1 1 1 d D 2

, [daN/mm2].

Dac F i D din relaia prezentat sunt cunoscute i d rezult n urma msurrii diametrului urmelor se poate calcula duritatea. Practic, acest calcul nu este necesar deoarece exist, n standard, tabele care prezint valoarea duritii n funcie de F, D i d. Diametrul bilei penetrator se alege dintr-un set d cinci bile ale crui dimensiune poate fi: 1; 2; 2,5; 5 i 10 mm. Folosind la determinarea duritii un penetrator cu bil de diametru constant i sarcini cresctoare se obin valori crescnde ale duritii. De asemenea, folosind o sarcin constant i penetratoare cu bile de diametre descrescnde se obin valori descrescnde ale duritii. Se poate constata, deci, c valorile duritii Brinell obinute cu penetratoare avnd bile de diametru diferit sau asupra crora acioneaz sarcini diferite nu sunt comparabile ntre ele. Valori comparabile se obin numai n condiiile n care se respect similitudinea geometric a urmelor produse. Din figura 2.39, reiese c aceast similitudine este satisfcut numai dac unghiul este identic pentru toate urmele obinute la ncercarea unui anumit material. Din triunghiul AOB rezult:

Fig.2.39

Aceast expresie introdus n relaia de mai sus conduce la:

D d sin = , de unde d = D sin 2 2 2 2 HB = 2F

D2

1 1 1 sin 2 2

Punnd condiia similitudinii ( = constant) rezult c, pentru obinerea unor valori constante a duritii, la ncercarea aceluiai material, este necesar ca raportul F/D2 s fie constant. Acest raport se noteaz cu k i este denumit grad de solicitare. Gradul de solicitare se alege dintr-un ir de valori standardizat i prezentate n tabelul 2.16 n funcie de natura materialului i de grosimea probei. Gradul de solicitare k 30 15 10 5 2,5 1 Tabelul 2.16 Materiale pentru care este recomandat Oel netratat, oel turnat, fonte Cupru, bronz, alam tras, nichel, aliaje uoare Aluminiu, magneziu, alam turnat Aliaje antifriciune Plumb, staniu, metale moi

Pentru ca bila s nu se deformeze n timpul ncercrii, ceea ce ar conduce la obinerea unor rezultate eronate, este necesar ca diametrul urmei lsate de penetrator pe materialul de ncercat s se ncadreze n limitele impuse de relaia: 0,25D < d < 0,60D28

Pentru evitarea influenei suportului de sprijin a probei asupra rezultatelor ncercrii, grosimea a minim a probelor supuse ncercrii trebuie s fie de 8 ori adncimea urmei h. La metoda de determinare a duritii Brinell, materialul supus ncercrii sufer deformaii plastice n zonele de contact i n vecintatea acestora. Durata necesar epuizrii curgerii materialului i atingerea urmei de mrime practic constant este n funcie de natura i duritatea materialului ncercat. De aceea, n standardele de produs, sunt prevzute durate de meninere a sarcinii asupra penetratorului la determinarea duritilor diferitelor materiale. n absena acestor indicaii, se recomand folosirea duratelor de meninere menionate n tabelul 2.17, n funcie de duritatea Brinell a materialului. n vederea evitrii influenei reciproce a zonelor durificate din jurul urmelor i pentru evitarea influenei marginii probei asupra rezultatelor obinute se recomand pstrarea unei distane minime b ntre centrele a dou urme alturate i a unei distane minime c ntre centrul urmei i marginea probei (tabelul 2.17). Duritatea Brinell, HB Peste 100 36-100 10-35 Sub 10 3. Aparatur i materiale Pentru efectuarea ncercrii se utilizeaz un durimetru (fig.2.40) prevzut cu un cap mobil ce poart penetratorul 2 i obiectivul 1. Obiectivul are rolul de a proiecta, cu ajutorul prismelor sau oglinzii 4, imaginea urmei pe ecranul 3, urma fiind luminat de becul 5 prin obiectivul aparatului. Ecranul este prevzut cu o scar gradat care permite msurarea diametrului urmei proiectate pe acesta. Aezarea greutii 7 necesare asigurrii forei de apsare asupra penetratorului se face prin intermediul butoanelor 6 n dreptul crora este valoarea real a ncrcrii. La aezarea probei pe masa suport, obiectivul se gsete deasupra acesteia permind analiza suprafeei i alegerea locului n care s se fac determinarea astfel nct dou urme nvecinate s fie la o distan suficient de mare ntre ele. La pornirea aparatului penetratorul ia locul obiectivului i acioneaz asupra materialului sub aciunea forei. La terminarea ciclului de penetrare capul mobil mpreun cu obiectivul se rabat astfel nct urma se va gsi n axa optic a obiectivului. Pe ecran apare imaginea urmei ce poate fi msurat. Epruvetele i piesele supuse ncercrii trebuie s ndeplineasc anumite condiii. Suprafaa lor trebuie s fie Fig.2.40 curat, lipsit de poriuni oxidate, plan i s fie prelucrat, n aa fel, nct amprenta s fie vizibil cu uurin pe ecranul aparatului i s poat fi msurat cu precizie. 4. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor Tabelul 2.17 Timpul de msurare a sarcinii [s] 10-15 27-33 115-125 170-190 b 4d 5d 6d 6d c 3,5d 4,4d 5,5d 5,5d

Pentru buna desfurare a lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se analizeaz piesa sau materialul de ncercat i se apreciaz duritatea acestuia (dac materialul este tratat termic sau nu). Dac duritatea probabil este cuprins ntre 450...650 HB se va folosi un penetrator din carbur de wolfram, iar dac este sub 450 HB se poate folosi un penetrator cu bil din oel clit; Se pregtete suprafaa pe care se realizeaz determinarea;29

Se stabilesc condiiile de lucru. Pentru aceasta, n funcie de natura materialului se alege gradul de solicitare i diametrul penetratorului. Pentru materiale moi i de dimensiuni mari se alege un penetrator cu diametru mare. Cunoscnd gradul de solicitare i diametrul penetratorului, sarcina de ncrcare se determin din relaia:

k=

F D2

Se execut ncercarea; Se msoar diametrul urmei lsate de penetrator, dup dou direcii perpendiculare i se face media msurtorilor; Se verific dac diametrul mediu al urmei este cuprins ntre 0,250D i 0,6D. Dac nu se respect aceast condiie se alege un alt penetrator i se recalculeaz fora n condiiile aceluiai grad de solicitare; Se execut cel puin trei ncercri pentru fiecare pies, iar duritatea final va fi media duritilor pariale obinute la fiecare dintre aceste msurtori. Duritatea Brinell, pn la 100 HB, se indic cu o precizie de 0,1HB, iar pentru duriti mai mari numai prin cifre ntregi. Valoarea duritii este urmat de simbolul determinrii HB (cnd s-a utilizat bil din oel). Dup acest simbol se nscriu trei indici: primul reprezentnd diametrul D al bilei penetrator, al doilea sarcina de ncercare, exprimat n daN, iar al treilea timpul de meninere a sarcinii. Astfel, notraia 270 HB (HBW)5/750/15 reprezint valoarea duritii Brinell determinat cu o bil de oel (carbur de wolfram) avnd diametrul de 5 mm, sarcina de ncrcare de 750 daN, cu o durat de meninere de 15 secunde. Pentru condiii de determinare cu bila de 10 mm diametru, sarcina de 3000 daN i un timp de meninere de 15 secunde, simbolizarea se face numai prin HB (HBW). Valorile duritii obinute se trec n tabelul 2.18. Tabelul 2.18 Nr.crt. Marc material Condiiile ncercrii F, D, k [daN] [mm] Duritatea, HB 1 2 3 HB, mediu

Valoarea duritii Brinell poate constitui o baz de determinare a rezistenei la traciune a materialului. Factorii de transformare K1 pentru calculul rezistenei de rupere la traciune pe baza relaiei Rm = K1HB, pentru diferite materiale, sunt trecute n tabelul 2.19. Tabelul 2.19 Materialul Oel carbon de construcii Oel aliat de construcii Cupru, nuchel, alam, bronz n stare recoapt Cupru, nichel, alam, bronz n stare ecruisat Bronz turnat Bronz laminat Compoziie pentru lagre Aliaje Al-Cu-Mg (duraluminiu) K1 0,36 0,34 0,55 0,40 0,23 0,22 0,22 0,35 Materialul Aliaje Al-Mg Aliaje de Mg Aliaje de Mg-Al Aluminiu turnat Aliaje de zinc turnat Font cenuie Suduri din oel K1 0,44 0,4 0,43 0,40 0,56 0,09 1/6(HB-40) 0,30

30

2.6.2. Determinarea duritii Vickers 1. Scopul lucrrii Se urmrete nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii duritii Vickers (STAS 492/1-85), precum i cunoaterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinrile experimentale de punere n eviden a duritii pe diferite categorii de materiale i se vor compara rezultatele obinute. 2. Noiuni teoretice Metoda de determinare a duritii Vickers utilizeaz ca i penetrator o piramid de diamant cu baza un ptrat. Deoarece diamantul are cea mai mare duritate dintre toate materialele utilizate n industrie, metoda poate fi aplicat fr limite la determinarea duritii. Se recomand, ndeosebi, la determinarea duritii materialelor ce au duritatea probabil mai mare de 300 daN/mm2. La materialele a cror duritate este mai mic dect aceast valoare se folosete metoda Brinell. Metoda Vickers se aseamn, n principiu, cu metoda Brinell. Ea const n apsarea unui penetrator cu o vitez redus i cu o anumit for predeterminat F pe suprafaa materialului de ncercat. Duritatea Vickers, simbolizat cu HV, se exprim prin raportul dintre fora aplicat f i aria suprafeei laterale a urmei remanente produse de penetrator. Urma este considerat ca o piramid dreapt cu baza ptrat, cu diagonala d, avnd la vrf acelai unghi cu cel al penetratorului. Unghiul la vrf al penetratorului, msurat ntre dou fee opuse, este de 0 136 i a fost ales de aa manier nct s se stabileasc o legtur cu duritatea Brinell (fig. 2.41). Duritatea Vickers se determin cu relaia: HV = F/S Exprimnd suprafaa S a urmei lsate de penetrator, n funcie de diagonala d, se obine relaia de calcul a duritii Vickers: Fig.2.41

F HV =1,8544 F d2 = 136 d2 2 sin 2

n practic se msoar lungimea diagonalei cu ajutorul unui microscop de msurare sau cu un proiector, iar valoarea corespunztoare a duritii se citete direct din tabelele anexate aparatului. La ncercarea Vickers, folosind penetratoare cu unghiuri identice la vrf, se obin urme geometrice identice oricare ar fi fora de ncercare i, ca urmare, se poate spune c duritatea este independent de mrimea sarcinii. Cu toate acestea, din motive practice, anumite standarde au prescris diferite sarcini discrete i, din acest punct de vedere, au clasificat ncercrile Vickers n: ncercri normale de duritate Vickers, ncercri de duritate Vickers cu sarcini mici i ncercri de duritate Vickers cu microsarcini (microduritate Vickers). Mrimea sarcinilor de ncercare pentru fiecare dintre aceste variante de determinare a duritii sunt prezentate n tabelul 2.20. Tabelul 2.20 ncercarea Vickers normal Vickers cu sarcini mici Vickers cu microsarcini Sarcina de ncercare, [daN] 20 30 50 2 3 4 0,02 0,1 0,1

5 0,5 0,005

10 1 0,01

100 0,2

Adncimea de penetrare a piramidei Vickers n material este de numai 1/7d. Datorit adncimii mici de ptrundere a penetratorului n material, metoda poate fi utilizat i pentru determinarea duritii pieselor mici, subiri, a straturilor tratate termic, depuse galvanic etc. n cazul determinrii duritii straturilor subiri se efectueaz mai multe ncercri i se rein numai rezultatele acelora care sunt apropiate31

ca mrime. Celelalte valori se exclud ntruct ele s-au obinut prin ptrunderea penetratorului pn la miezul piesei, dincolo de stratul tratat termic. La determinarea duritii Vickers exist numeroase surse de erori. Una dintre aceste este influena reciproc a urmelor nvecinate. Pentru evitarea acestei influene, prin zonele durificate din jurul urmei, se recomand pstrarea distanelor b ntre centrele urmelor nvecinate i a distanelor c dintre centrul urmelor i marginea piesei (tabelul 2.21). Tabelul 2.21 Duritatea Vickers, HV Peste 100 36 100 10 100 Sub 10 Timpul de meninere a sarcinii, [s] 10 -15 27 -33 115 125 170 - 190 b 2,5d 3,5d 4,5d 5,5d c 2,5d 2,5d 3,5d 4,5d

Grosimea piesei de ncercat sau a stratului trebuie s fie de cel puin 1,5d, adic de aproximativ 10 ori adncimea de ptrundere a penetratorului. Aceasta, pentru a evita influena suportului de sprijin a piesei asupra duritii. Principala surs de erori la aceast ncercare este legat de msurarea diagonalelor urmei. n vederea reducerii ponderii erorii subiective cauzat de plasarea reperelor n contact cu extremitile urmei, se recomand utilizarea sarcinilor ct mai mari la efectuarea ncercrii. n cazul suprafeelor curbe, sferice sau cilindrice, concave sau convexe, rezultatele obinute la determinarea duritii se corecteaz. Coreciile ce se aplic sunt trecute n tabelele standardelor de ncercare a duritii pe suprafee curbe. 3. Aparatur i materiale ncercarea Vickers difer de ncercarea Brinell numai prin forma penetratorului i mrimea sarcinilor de ncercare. De aceea, multe aparate de ncercare a duritii sunt construite pentru a fi utilizate pentru ambele metode. Aparatul prezentat n figura 2.42 este susinut de o coloan 1, montat pe o plac de baz 2, care cuprinde i masa aparatului. n funcie de mrimea piesei de ncercat, aparatul poate fi deplasat pe coloan i fixat prin strngere cu ajutorul toii de mn 9. Sarcina se realizeaz cu ajutorul manetei 5. La coborrea acesteia, penetratorul 3 care este sprijinit n partea superioar cu un arc elicoidal se aeaz pe suprafaa piesei de ncercat. Continund coborrea manetei, aceasta va aciona, prin intermediul unei piese n partea superioar a arcului tratat din interiorul cilindrului, exercitnd fora de ncercare care devine nominal n poziia atingerii conului de protecie 4. Dup realizarea urmei, aparatul se rotete n jurul coloanei astfel nct deasupra urmei s ajung microscopul de msurare cu ocularul 6 i micrometrul ocular 7. Urma este iluminat de becul 8 alimentat printr-un transformator nglobat n aparat. Cursa de rotire este reglat astfel nct urma s ajung n centrul cmpului vizual al microscopului. Valoarea diviziunii micrometrului ocular este de 1 m. Pregtirea suprafeelor pieselor de ncercare trebuie s fie fcut cu o deosebit atenie folosind, n general, tehnica pregtirii probelor metalografice. E va evita ca n timpul pregtirii s apar modificri structurale generate de nclziri i ecruisri. Dup prelucrarea suprafeei, n cazul determinrii de microduritate, se poate face i un tratament cu reactivi pentru evitarea structurii metalografice. Fig.2.42

32

4. Desfurarea lucrrii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor Pentru buna desfurare a lucrrii se parcurg urmtoarele etape: Se pregtete suprafaa piesei sau a materialului la o rugozitate care permite determinarea i msurarea urmelor n condiii bune. Aceste urme trebuie s aib un contur clar i neafectat de urmele prelucrrii; Se stabilete fora cu care se va face ncercarea. Aparatul frecvent utilizat n laborator lucreaz cu dou sarcini. O sarcin de 30 daN sau una de 10 daN, cnd ntre conul de protecie i piuliele reglabile se introduce o aib calibrat; Se execut ncercarea. Pentru aceasta se aeaz piesa pe masa aparatului, se aduce microscopul deasupra acesteia i se analizeaz suprafaa piesei stabilindu-se locul n care se face determinarea. Se deplaseaz sistemul de penetrare deasupra piesei prin rotirea consolei n jurul coloanei i se execut ncercarea, dup care se revine cu microscopul deasupra urmei; Se msoar diagonalele urmei cu ajutorul micrometrului ocular. Pentru aceasta se rotete dispozitivul de msurare pn cnd axa orizontal a scalei devine paralel cu una din diagonalele urmei de msurat (fig. 2. 43 a). Cu ajutorul unui urub se aduce scala gradat cu diviziunea 0 tangent la unul dintre colurile urmei (fig. 2. 43 b), iar cu un alt urub micrometric se aduce fanta de culoare nchis tangent la cellalt col al diagonalei (fig. 2. 43 c). Mrimea diagonalei este egal cu numrul intervalelor ntregi dintre diviziunile ce se suprapun peste urm nmulite cu 100 (m) la care se adaug o valoare n m citit pe tamburul urubului micrometric. Dup aceasta se msoar, n acelai mod, cealalt diagonal i se face media valorilor obinute; Se execut cel puin trei ncercri. Pentru fiecare urm se determin duritatea, din tabele, iar duritatea final va fi media duritilor pariale obinute la fiecare dintre aceste msurtori. Fig.2.43 Duritatea Vickers se indic cu o precizie de 0,1 HV, pentru duriti sub 100 HV, iar pentru duriti mai mari numai prin cifre ntregi. Valoarea duritii este urmat de simbolul determinrii HV urmat de un prim indice reprezentnd sarcina de ncercare, exprimat n daN, i de un al doilea indice care exprim durata de meninere t a sarcinii de ncercare, exprimat n secunde. Notaia 290 HV 30/15 are urmtoarea semnificai: 290 valoarea unitii; 30 sarcina de ncercare; 15 timpul de meninere. Valorile duritii obinute se trec n tabelul 2.22. Tabelul 2.22 Nr. Marc crt. material Condiiile ncercrii F, [daN] t, [s] Duritatea, HV 2 3 HV mediu

1

33

2.6.3. Determinarea duritii Rockwell 1. Scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se urmrete nsuirea noiunilor i a metodologiei necesare determinrii duritii Rockwell, precum i cunoaterea aparaturii destinate acestui scop (STAS 493-91). Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinri experimentale de punere n eviden a duritii pe diferite categorii de materiale i se vor compara rezultatele obinute. 2. Noiuni teoretice Prin metoda Rockwell s-a urmrit, pe de o parte, s se simplifice metodologia de determinare a duritii materialelor i s se reduc timpul necesar efecturii ncercrii i, pe de alt parte, s ofere posibilitatea aplicrii ei pentru toate categoriile de materiale, indiferent de duritatea probabil pe care o au. n cazul metodei Rockwell nu se recurge la calculul duritii prin raportul dintre fora aplicat asupra penetratorului i aria urmei produse de acesta n material, ci pe baza evalurii adncimii urmei remanente de ptrundere, msurat fa de un plan de referin ales convenional. Metoda const n imprimarea, ntr-un material, a unui penetrator de form dat sub aciunea unei sarcini. Procesul se desfoar n dou etape. n prima etap se aplic asupra penetratorului o sarcin iniial F0, dup care dispozitivul de msurare a adncimii de penetrare se aduce la zero. n a doua etap se aplic suprasarcina F1. Dup epuizarea curgerii materialului, vizibil la dispozitivul de msurare a adncimii de ptrundere a penetratorului, manifestat prin oprirea practic complet a micrii acului indicator, se ndeprteaz suprasarcina F1 i se citete direct adncimea remanent de ptrundere a penetratorului n material (fig. 2.44).

Fig.2.44 n practic, durata de meninere a sarcinii totale de ncercare F = F0 + F1 este recomandat a fi de 15, 30 sau 60 secunde, n funcie de material. Aceasta pentru a se asigura o epuizare practic complet a def