Preuzmite Skripta iz predmeta materijali i više Rezime u PDF od Materijali samo na Docsity!
Ispitivanje materijala
Šaćira
Sadžak
MEHANIČKE OSOBINE MATERIJALA
Važna mehanička svojstva materijala su: čvrstoća, tvrdoća, zamor, žilavost i puzanje.
Mehanička svojstva materijala određuju se laboratorijskim ispitivanjima.
Faktori o kojima se mora voditi računa:
- vrsta naprezanja(zatezanje, pritisak, savijanje, smicanje, uvijanje uz mogućnost njihovog kombinovanja)
- način dejstva sile (statičko ili dinamičko)
- temperatura ispitivanja (niske ili povišene)
Kod statičkog ispitivanja podrazumijevaju se ona ispitivanja koja se obavljaju pri mirnom dejstvu sile
tako da napon postepeno raste, a kod dinamičkog ispitivanja sila djeluje udarom.
Mehanička ispitivanja se vrše na sobnim temperaturama, ali isto tako i na niskim tj povišenim
temperaturama.
ISPITIVANJE ZATEZANJEM
Ispitivanje zatezanjem je način ispitivanja materijala u cilju određivanja njegovih mehaničkih svojstava:
napon tečenja, zatezna čvrstoća, izduženje i suženje.
Ovo ispitivanje se izvodi na mašini za zatezanje koja treba da obezbjedi ravnomjerno prenošenje sile na
epruvetu uglavljenu u čeljusti mašine. Epruveta se izlaže zateznim silama do prekida, a njen tok se prati
na uređaju za registrovanje opterećenja.
Sve mašine za zatezanje su opremljene: uređajem za pričvršćivanje, uređajem za opterećenje, uređajem
za regulisanje brzine opterećenja.
Epruvete :
Za tačnija ispitivanja izrađuju se epruvete cilindričnog ili prizmatičnog oblika. Srednji dio epruvete ima
manju površinu poprečnog presjeka od krajeva kako bi se osiguralo da presjek nastane u srednjem dijelu
Ispitivanje zatezanjem pruža najpotpuniju sliku o mehaničkim svojstvima metala.
Dijagram napon – jedinično izduženje
Ponašanje materijala prilikom ispitivanja na zatezanje može se pratiti na dijagramu kidanja. Ovaj
dijagram crta za vrijeme ispitivanja. Na ordinati je sila a na apcisi trenutno izduzenje.
Pri porastu sile materijal se izduzuje proporcionalno izduženju što znači da između sile i izduženja postoji
linearna zavisnost (H.z).
Granica proporcionalnosti je granični napon do kojeg je izduženje proporcionalno naponu.
Granica elastičnosti je napon pri kojem ostaju trajne deformacije od 0.05% do početne dužine epruvete.
Modul elastičnosti predstavlja otpornost materijala prema deformaciji.
Granica tečenja je napon pri kojem izduženje počinje brže da raste, ona je određena naponom koji
ostavlja deformacije od 0.2% početne dužine probnog uzorka.
Napon tečenja predstavlja vrijednost napona u tački V na dijagramu. Daljim povećanjem napona dolazi do većih plastičnih deformacija, poprečni presjek se stalno smanjuje. Ako bismo epruvetu rasteretili od napona koji je veći od napona tečenja, kriva na dijagramu se vraća i to paralelno sa krivom pri porastu napona, ostavljajući trajnu deformaciju. Daljim povećanjem sile napon raste i dostiže maksimum a zatim opada sve dok se epruveta ne prekine. Maksimalna vrijednost napona je zatezna čvrstoća.
Ispitivanjem zatezanjem može se odrediti i plastičnost metala i legura, a ona se izražava prekidnim izduženjem A i suženjem presjeka na mjestu prekida Z. Prekidno izduženje predstavlja razliku između mjerne dužine prekinute epruvete i prvobitne mjerne dužine, svedeno na prvobitnu mjernu dužinu izraženu u procentima. Prekidno suženje Z predstavlja razliku prvobitne dužine poprečnog presjeka epruvete i površine poprečnog presjeka na mjestu prekida eprvete svedeno na prvobitni pop.presjek izražen u %.
ŽILAVOST je sposobnost materijala da apsorbuje energiju do tačke loma. Žilav materijal mora pokazati dobru čvrstoću i plastičnost.
S porastom temperature kod metala i legura dolazi do promjena: plastičnost i žilavost rastu, napon tečenja, zatezna čvrstoća i modul elastičnosti opadaju. Pri ispitivanju treba paziti da epruveta bude centrično opterećena. Pod granicom razvlačenja podrazumijeva se napon koji proizvodi sila F na jedinicu površine prvobitnog poprečnog presjeka epruvete. Tehnička granica razvlačenja je granica tečenja kod koga je definisana deformacija od 0.2 % početne dužine probnog uzorka. Ona se određuje na dijagramu tako što se na odstojanju od 0.2 % mjerne dužine povuče paralela sa početnim dijelom krive. Granica elastičnosti određuje se kao napon pri kojem ostaju trajne deformacije od 0.05% od početne dužine probnog uzorka. Granica proporcionalnosti je granični napon do kojeg je izduženje proporcionalno naponu. Modul elastičnosti je odnos između napona i deformacije u području elastičnih deformacija. Izduženje je razlika između mjerne dužine prekinute epruvete i prvobitne dužine svedeno na prvobitnu mjernu dužinu. Jedinično izduženje može biti elastično i plastično. Izduženje je zavisno od mjerne dužine. Kontrakcija(suženje) je procentulno smanjenje površine na mjestu prekida, to je mjera za najveću deformaciju. IZBOR OBLIKA I VELIČINE EPRUVETE Epruvete služe za ispitivanje zatezanjem. Napravljene su od materijala za kojeg želimo odrediti mehanička svojstva. Mogu imati kružni, pravougaoni i kvadratni poprečni presjek. Epruvete kvadratnog ili pravougaonog presjeka služe za ispitivanje limova. Odnos strana pravougaonog presjeka treba da bude najviše 4:1. U slučajevima kada ne raspolažemo sa dovoljno materijala za izradu epruveta uobičajenih veličina koriste se mikroepruvete.
ISPITIVANJE PRITISKANJEM
Ispitivanje zatezanjem se rijetko vrši i ograničeno je na ispitivanje legura za ležaje i nekih livenih
materijala koji će u radu biti izloženi pritisnim naprezanjima. U uzorku se obrazuje ravnomjerno
jednoosno naponsko stanje sa normalnim naponima u ravnima upravnim na podužnu osu uzorka. U svim
drugim ravnima nastaju smičući naponi čija je vrijednost najveća u ravnima koje su nagnute za 45 0 u
odnosu na pravac pritiskivanja. Ispitivanje se obično izvodi na univerzalnim mašinama za ispitivanje metala ili na posebnim presama. Sila na granici tečenja je sila pri kojoj za male vrijednosti sile nastaje
ISPITIVANJE ZATEZANJEM DUGOTRAJNIM STATIČKIM OPTEREĆENJEM (PUZANJE)
Razlikujemo 3 vrste puzanja: primarno, sekundarno i tercijalno. Primarno puzanje se sastoji od: elastičnih deformacija izazvanih dejstvom naprezanja, termičkih dilatacija, trenutnih deformacija usljed konstantnog zatežućeg napona. Sekundarno puzanje ukazuje na rast trajne deformacije proporcionalne vremenu konstantnom brzinom puzanja. Tercijalno puzanje karakteriše intezivan rast deformacije i brzine puzanja do koga dolazi usljed suženja presjeka. U ovoj fazi dolazi do loma epruvete. Ukupna deformacija pri puzanju jednaka je zbiru primarnog, sekundarnog i tercijalnog puzanja. Brzina puzanja se kreće u granicama 10 -6^ -10 -7^ mm/mm/h. Granični napon puzanja zavisi od temperature. Njegovo određivanje je potrebno da bi se izbjeglo tercijalno puzanje u fazi eksploatacije. Za metale sa visokom tačkom topljenja ispitivanje graničnog napona traje dugo. Vremenska čvrstoća je ono dugotrajno statičko opterećenje koje pri konstantnoj temperaturi nakon određenog vremena prouzokuje lom epruvete. Na primjer: 600 Rm/1000 = 150 N/mm označava da će pri ispitivanju na temperaturi od 600 oC, pri konstantnom opterećenju od 150 N/mm2, nakon 1000 sati, doći do loma epruvete. Otpornost prema puzanju je ono dugotrajno statičko opterećenje koje može da izdrži jedan maerijal beskonačno dugo a da ne dođe do loma epruvete. Vremenska granica puzanja predstavlja ono dugotrajno statičko opterećenje na konstantnoj temperaturi koje nakon određenog vremena izaziva tačno određenu plastičnu deformaciju od 0.2%. Na primjer: 600 R0.2/1000 = 100 N/mm2 označava daće pri ispitivanju na temperaturi od 600 oC, konstantno opterećenje od 100 N/mm2, nakon 1000 sati, prouzrokovati trajnu plastičnu deformaciju od 0,2 %. Izduženje usljed puzanja predstavlja izduženje usljed dugotrajnog opterećenja pri konstantnoj temperaturi Kontrakcija usljed puzanja je kontarkcija presjeka usljed dugotrajnog opterećenja. Ovo ispitivanje vrši se na uređajima na kojima je moguće obezbjediti konstantna opterećenja, ispitnu temperaturu i mjerenje izduženja. Ispitivanja su skupa i dugotrajna.
ISPITIVANJE PROMJENLJIVIM OPTEREĆENJEM U praksi veliki broj materijala je podlozan promjenljivom opterećenju. Tako se neki dijelovi, pri učestalom promjenljivom opterećenju, mogu prelomiti. Ispitivanje zamaranjem : određuje se srednji, amplitudni napon, stepen promjenljivosti. rednji i amplitudni napon su veličine koje se upotrebljavaju prilikom ispitivanja izdržljivosti i proračunavanja. U zavisnosti od veličine srednjeg opterećenja imamo: jednosmjerno promjenljivo opterećenje, čisto jednosmjerno promjenljivo opterećenje, naizmjenično promjenljivo opterećenje, čisto naizmjenično promjenljivo opterećenje. Promjenljiva naprezanja se mogu podijeliti u 2 grupe: jednosmjerno promjenljivo naprezanje kada su naponi uvijek u + ili – oblasti i naizmjenično promjenljivo naprezanje kada naponi prelaze iz + u – oblast Prelom usljed zamora: Zamor materijala je pojava oštećenja u strukuturi materijala poslije određenog broja promjena opterećenja. Zamaranje je pojava postepenog razaranja materijala. Dinamička čvrstoća je najveći napon koji materijal može izdržati bez loma pri neograničenom broji promjena opterećenja. Također predstavlja zbir srednjeg i amplitudnog napona. Postoje dvije zone zamaranja : zona razaranja usljed zamaranja (sitnozrnasta struktura) i zona statičkog preloma (krupnozrnasta). Praktična primjena Smitovog dijagrama se dijeli na 2 oblasti: pripada naizmjenično promjenljivoj oblasti, pripada jednosmjernoj promjenljivoj oblasti.
ISPITIVANJE UDAROM
Kad je materijal izložen udarnim opterećenjima brzina deformacije je velika i materijal ispoljava krtije ponašanje. Ovim ispitivanjem se određuje sposobnost materijala da apsorbuje izvjesnu količinu energije prije nego što dođe do loma. Udarna zilavost se izražava kao utrošena energija za deformaciju i lom zarezane epruvete ispitivanjem na udar – savijanje. Ispitivanje udarne žilavosti predstavlja prosto, brzo i jeftino utvrđivanje svojstava materijala. Za određivanje energije udarne žilavosti koristi se Šarpijevo klatno. Šarpijevo klatno je
uređaj za mjerenje utrošene energije za deformaciju. Epruveta sa zarezom se polozi na dva oslonca. Ispitivanje se izvodi lomljenjem uz pomoć klatna. Ispitivanje se sastoji u tome što se epruveta lomi jednim jednim udarom klatna, pri čemu se udar vrši u pravcu zareza ali sa suprotne strane. Pri izradi epruveta treba obratiti pažnju na izradu zareza. Energija loma izražava se u J. Temperatura bitno utiče na udarnu žilavost. Na visokim temperaturama materijal pokazuje svojstva plastičnosti, ima izraženu deformaciju na mjestu prekida epruvete, površina prekida pokazuje sitnozrnastu ili vlaknastu strukturu i bez sjaja je. Na niskim temperaturama materijal je krt, ne uočavaju se znaci deformacije na mjestu prekida, a površina prekida ima krupnozrnastu strukturu i svjetliju boju. Prelazna temperatura je temperatura pri kojoj materijal iz plastičnog prelazi u krti lom.
Uticaj uslova ispitivanja na udarnu žilavost U zavisnosti od uslova ispitivanja materijal se može lomiti krto ili žilavo. Pod krtim lomom podrazumijeva se lom bez plastičnih deformacija a pod žilavim lomom podrazumijeva se lom sa prisutnom plastičnom deformacijom. Radna temperatura je najuticajniji faktor za prelaz čelika u krto stanje, pa se najčešće ispitivanjem utvrđuje sklonost čelika prema krtom lomu preko tempeature „praga hladnog loma“. Kriterijumi za ocjenu kritične temperature praga hladnog loma mogu biti: energetski, fraktografski, strukturni. Energetski kriterijum ima najveću primjenu u praksi, ali je veoma nepouzdan u prelaznoj zoni. Fraktografski kriterijum je zasnovan na utvrđivanju procentualnog učešća vlaknaste strukture.
ISPITIVANJE TVRDOĆE Tvrdoća je sposobnost materijala da se odupre prodiranju drugog materijala u svoju površinu. Ispitivanja tvrdoće se mogu podijeliti u 3 grupe : Elastični odskok Otpornost prema rezanju Otpornost prema prodiranju Ispitivanje tvrdoće mjerenjem otpornost prema prodiranju.- Ovo ispitivanje se obično vrši utiskivanjem u uzorak, koji ostaje na krutoj podlozi. Utiskivač, koji je obično kuglica, piramida ili konus, je izrađen od materijala koji je mnogo tvrđi nego materijal koji se ispituje. Poslije izvođenja otiska, utiskivač se podigne od površine, a empirijski broj tvrdoće se zatim izračuna ili očita na skali. Postupci ispitivanja tvrdoće statičkim dejstvom sile mogu se podijeliti u dvije grupe:
- postupci kod kojih je tvrdoća definisana odnosom sile, kojom je vršeno utiskivanje, i površine dobijenog otiska
- postupci kod kojih se kao osnova za određivanje tvrdoće uzima trajna dubina otiska. U prvu grupu spadaju tvrdoće po Brinelu, Vikersu i Knupu, a u drugu grupu tvrdoća po Rokvelu. Ispitivanje tvrdoće po Brinelu Mjerilo tvrdoće po metodi Brinel je količnik sile koja djeluje na utiskivač oblika čelične kuglice i površine otiska koji je ostavio utiskivač na ispitivanoj površini. Pri ispitivanju tvrdoće po metodi Brinel dobijaju se najtačnije vrijednosti tvrdoće. Osnovni nedostatak ove metode je ograničenje pri mjerenju tvrdoće, do HB<450. Tvrdoća po metodi Brinel označava se slovnim simbolom HBS (za primjenjenu čeličnu kuglicu), odnosno HBW (za primjenjenu kuglicu od tvrdog metala), uz naznačavanje uslova ispitivanja. Tako se izračunata tvrdoća od 276 jedinica pri ispitivanju sa čeličnom kuglicom prečnika D = 2,5 mm, silom utiskivanja od F = 1.875 N i sa vremenom trajanja utiskivanja od 15 s, odgovara oznaka: 276 HBS2,5/1875/
Ispitivanje tvrdoće po Vikersu Mjerilo tvrdoće po metodi Vikers je količnik sile utiskivanja i površine otiska koga ostavlja dijamantska četvorostrana piramida. Osnovna odlika metode Vikers je da nema ograničenja pri ispitivanju, tako da se ovom metodom može mjeriti tvrdoća i mekih i tvrdih materijala. Prema sili utiskivanja razlikuju se tri postupka Vikers metode:
- makro tvrdoće, sa silom utiskivanja 50 do 1.000 N,
soli. Obično se upotrebljavaju kiseline: sumporna, mravlja, pikrinska, azotna ili soli: ferohlorid, bakaramonijumhlorid i dr. Mikrografska ispitvanja Mikrografsko ispitivanje strukture izvodi se posmatranjem uzorka pomoću metalografskog mikroskopa, koji radi sa odbijenom svetlošću. Povećanje obično iznosi od 50 do 1.500 puta. Pošto metalni uzorci ne propuštaju svjetlost, mikroskop je konstruiran za svjetlo koje pada na uzorak. Svjetlost iz lampe mikroskopa se lomi na ogledalu, pada na uzorak i odbija se kroz objektiv. Uzorak metala se može studirati kroz okular ili na zatamnjenom staklu na koje se može postaviti foto kamera. Svjetlosni mikroskop upotrebljava set staklenih leća za lomljenje svjetlosnih zraka, kako bi se dobila uvećana slika. Princip rada sa optičkim mikroskopom sastoji se u tome, da se od izvora svjetlosti emituju svjetlosni zraci do posmatranog predmeta. Zraci, koji naiđu na slabo nagrižena mjesta posmatranog predmeta tj, na ravne površine odbijaju se skoro bez gubitaka do posmatračevog oka koja posmatrač vidi kao svjetla mjesta. Međutim, zraci koji udare o nagrižena mjesta, koja su neravna, rasipaju se i samo jedan mali dio stiže do oka posmatrača koji dobija utisak da su ta mjesta tamna. Priprema uzorka se sastoji iz sljedećih koraka:
- Uzimanja uzorka,
- Brušenje
- Poliranje
- Nagrizanje Klasifikacija metala i legura prema veličini zrna Metali i legure prema krupnoći zrna klasificiraju se po američkim standardima (ASTM). Ovom metodom metali i legure su razvrstane u osam grupa, prema broju zrna na kvadratnom inču, koji se vide pri uvećanju od 100 puta. Pri tome se u krupnozrnaste metale i legure ubrajaju oni koji pripadaju grupama od 1 do 4, a u sitnozrnaste metali i legure u grupama od 5 do 8.
Elektronska metalografija Kod finijih ispitivanja mikrostrukture materijala koristi se elektronski mikroskop. Elektronski mikroskop stvara uvećanu sliku upotrebom elektrona umjesto svjetlosnih zraka. SEM prikazuje vrlo detaljnu trodimenzionalnu sliku s vrlo velikim uvećanjem. Velika prednost SEM-a je u tome što uzorak koji će se ispitivati zahtjeva malu specijalnu pripremu u odnosu na optički mikroskop. Prvi zahtjev je da uzorak mora biti očišćen od ulja, zrna prašine i kontaminiranih slojeva. Drugi zahtjev je da uzorak mora imati odgovarajuću električnu vodljivost. Uzorci koji ne mogu podnijeti vakuum moraju se specijalno pripremiti kako se ne bi skupili. Uzorci koji nemaju električnu vodljivost presvlače se sa tankim slojem zlata.Uzorak se postavlja u vakuum komoru kroz zračno izolirana vrata. Vakuum je potreban kako bi se eliminisalo raspršivanje elektrona zbog molekula vazduha. Pošto je zrak ispumpan iz komore, elektronski top emitira visoko energetske zrake elektrona. Elektronski top je ustvari volframova katodna nit koja se zagrijava i emituje elektrone, koji ubrzavaju zbog razlike u potencijalu katode i anode. Tipični napon ubrzanja je od 100 V do 30 kV. Ove zrake prolaze kroz niz elektromagnetnkih leća konstruisanih na takav način da se zrake elektrona fokusiraju u jednu tačku. Kako bi se pomno istražila površina uzorka, niz zadnjih zavojnica pomiče fokusiranu elektronsku zraku naprijed-nazad po uzorku.
Skenira se jedan red za drugim u pravokutnoj formi. Kada elektroni udare u površinu sekundarni elektroni se odbijaju od površine. Detektor skuplja ove elektrone i pomoću njih se stvara signal, koji se pojačava i upotrebljava za modeliranje intenziteta zrake elektrona u katodnoj cijevi. Konačna slika se formira od broja elektrona emitiranih iz svake tačke na uzorku, a konačna informacija se može predstaviti u formi slike ili dijagrama. Elektronskim mikroskopom može se dobiti veliki broj informacija:
- topografija površine,
- kristalna struktura,
- greške kristalne rešetke (npr. dislokacije),
- distribucija i struktura faza,
- sastav atoma i atomske veze.
KOROZIJA METALA
Korozijom se naziva proces razaranja metala uslijed hemijskog ili elektrohemijskog uzajamnog dejstva sa okolnom sredinom. Razlikuju se dva osnovna vida korozije : (1) Hemijska, (2) Elektrohemijska korozija Posljedice korozije su višestruke:
- gubitak debljine metalne konstrukcije,
- smanjenje nosivog (poprečnog) presjeka,
- gubitak homogenosti materijala,
- nastanak pukotina,
- smanjenje eksploatacione sigurnosti metalne konstrukcije,
- mogućnost kontaminacije radnog medija produktima korozije.
Hemijska korozija Hemijska korozija nastaje dejstvom suvih gasova ili para na površinu metala (kisik, para sumpora, sumporvodika, hlora, hlorovodika, azotnih oksida, vodika i dr.) kao i dejstvom nevodenih tečnosti (benzin, benzol, nafta i dr.). Da li će sloj produkata korozije biti kompaktan, i time zaštiti metal od dalje oksidacije, zavisi od odnosa obrazovane zapremine oksida prema zapremini utrošenog metala u oksidaciji. Međutim, pored uslova da sloj bude kompaktan, moraju biti zadovoljeni i uslovi fizičko - hemijske stabilnosti:
- da sloj bude nerastvorljiv u okolini,
- da se pri datim uslovima ne topi ili ne sublimira,
- da ne stvara sa okolnim medijumom eutektičke smjese,
- da ne prelazi u drugu polimorfnu modifikaciju,
- da je temperatura topljenja produkta korozije viša od temperature topljenja metala. Sa porastom temperature ubrzava se hemijska korozija. Brzina korozije zavisi i od hrapavosti površine, deformacionog ojačavanja metala i od brzine kretanja agresivne sredine. Ugljenični čelici u dodiru sa vodenom parom i vodikom na povišenim temperaturama (200-400 0C) i povišenom pritisku (do 30 MPa) brzo korodiraju. Ovaj vid korozije naziva se vodonična korozija.
Elektrohemijska korozija Elektrohemijska korozija metala nastaje kada se različiti metali, koji su u električnom kontaktu, potope u elektrolit. Metal u dodiru sa elektrolitom prelazi u jonsko stanje otpuštajući elektrone i rastvara se. Proces se sastoji od istovremene jonizacije (oksidacije) i redukcije (depolarizacije) oksidansa. Za pojavu i odvijanje procesa elektrohemijske korozije neophodno je:
- postojanje područja sa različitim električnim potencijalom,
- električni kontakt između tih područja,
- dodir anodnih i katodnih područja sa elektrolitom,
- postojanje slobodnih jona u elektrolitu. Metal uronjen u rastvor elektrolita naziva se elektroda, a potencijal koji se uspostavlja na granici metala - rastvor naziva se elektrodnim potencijalom. Neke značajne činjenice o elektrodnim oksidaciono - redukcionim reakcijama su: Oksidaciona reakcija , kojom metal obrazuje jone koji odlaze u vodeni rastvor naziva se anodna reakcija , lokalna područja na površini metala gdje se vrši oksidaciona reakcija nazivaju se lokalne anode. U anodnoj reakciji stvaraju se elektroni koji ostaju u metalu, a atomi metala obrazuju katjone. Redukciona reakcija u kojoj metal ili nemetal smanjuje svoj oksidacioni broj naziva se katodna reakcija. Lokalna područja na površini metala gdje joni metala ili nemetala smanjuju oksidacioni broj nazivaju se loklane katode. U katodnoj reakciji postoji utrošak elektrona. Elektrohemijske korozione reakcije uključuju oksidacione reakcije koje stvaraju elektrone i redukcione reakcije koje troše elektrone. Oksidacione i redukcione reakcije moraju nastati u isto vrijeme i imati istu ukupnu brzinu radi sprječavanja stvaranja naelektrisanja u metalu.
Elektrodni potencijal je karakteristika svakog metala i izražava se prema referentnoj elektrodi. Da li je metal anoda ili katoda zavisi od njegove sposobnosti za jonizaciju. Za određivanje sklonosti metala da daje svoje elektrone mjeri se potencijalna razlika između metala i referentne elektrode. Pasivizacija je naglo smanjenje brzine korozije mnogih aktivnih metala i njihovih legura u jačim oksidirajućim sredstvima, a stanje metala pasivnim. Ovaj fenomen ispoljen je kod hroma, nikla, željeza, titana, aluminijuma i njihovih legura.
Prskotine usljed naponske korozije metala prouzrokovane su kombinovanim uticajima zateznog napona i korozione sredine koja napada metal. U toku nastanka prskotina usljed naponske korozije površina metala je obično napadnuta veoma malo, dok se jako lokalizovane prskotine rasprostiru duboko kroz metalni presjek. Jedna od sljedećih metoda može obezbijediti zaštitu ili sniziti nivo prskotina usljed naponske korozije kod metala:
- Sniziti napone u materijalu ispod onih koji prouzrokuju nastanak prskotina. Ovo se može ostvariti snižavanjem napona u materijalu ili podvrgavanjem materijala žarenju radi uklanjanja zaostalih napona.
- Ukloniti štetnu sredinu.
- Promijeniti odabrani materijal
- Primjeniti katodnu zaštitu upotrebljavajući potrošne anode ili spoljne izvore struje.
- Dodati inhibitore, ako je moguće. Eroziona korozija Eroziona korozija je posljedica zajedničkog dejstva korozije i erozije. Sam termin erozija označava razaranje metala abrazivnim dejstvom fluida u kretanju. Kavitaciona korozija Kavitaciona korozija je posljedica zajedničkog dejstva korozije i kavitacije. Termin kavitacija označava obrazovanje i istovremeno propadanje bezbrojnih sitnih praznina ili šupljina unutar tečnosti koja je podvrgnuta brzim i jakim promjenama pritiska. Selektivna korozija Selektivna korozija predstavlja propadanje jednog elementa iz legure putem korozionih procesa. Najpoznatiji primjer ove vrste korozije je tzv. decinkacija, pri kojoj nastaje lokalno uklanjanje cinka iz mesinga. Slični procesi takođe nastaju i u drugim sistemima legura. Zaštita od korozije Potpuna zaštita metala i legura od korozije skoro je nemoguća, ali izvjesne mjere se mogu preduzeti da se problem minimizira. Zaštita metala i legura od korozije može se ostvariti korištenjem većeg broja različitih metoda koje uključuju: izbor adekvatnog materijala, dobra konstruktivna rješenja, zaštitne prevlake, inhibitore, katodnu zaštitu i pasivizaciju. Izbor materijala. Jedan od uobičajenih i najlakših načina zaštite metala i legura od korozije jeste pravilan izbor materijala za izradu dijelova konstrukcija koje su u toku eksploatacije izložene dejstvu agresivne sredine.
Za izbor materijala mogu korisno poslužiti preporuke o korozionoj otpornosti materijala u određenim agresivnim sredinama (katalozi proizvođača i priručnici). Pri izboru materijala i cijena može biti jedan od značajnih faktora. Nije uvijek ekonomski opravdano upotrijebiti materijal koji ima optimalnu otpornost na koroziju. Ponekad je korisnije izabrati drugi materijal i neku metodu zaštite. Konstruktivne metode. Pri konstruisanju dijelova konstrukcije najvažnije je spriječiti formiranje galvanskog elementa. Dva različita metala ne smiju biti u direktnom dodiru na mjestima koja su izložena agresivnoj sredini jer se formira galvanski element i pojavljuje korozija. U takvim slučajevima dijelove izrađene od metala sa različitim električnim potencijalima potrebno je na mjestima dodira razdvojiti nemetalnim materijalima otpornim na koroziju, kao što su zaptivači i podmetači, da bi se spriječio električni kontakt među njima. Pri konstruisanju treba izbjegavati velike napone i izvore koncentracije napona na dijelovima koji su u eksploataciji izloženi agresivnoj sredini, da bi se spriječila pojava prslina usljed naponske korozije. Ovo je veoma važno pri izboru materijala sklonih naponskoj koroziji kao što su nerdajući čelici, mesing i dr. Potrebno je izbjegavati zazore između dijelova u konstrukciji koji se mogu javiti u procesu spajanja dijelova, jer se u njima vlaga ili elektrolit zadržavaju duže vrijeme. Spajanje dijelova metalne konstrukcije uraditi zavarivanjem, izbjegavati lemljenje i zakovane spojeve. Zaštitne prevlake. Postoji veoma veliki broj prevlaka koje mogu zaštititi metalne površine izložene uticaja korozije, uključujući boje, emajl, polimere, metalne i oksidne prevlake. Ove prevlake mogu pružiti dobru zaštitu od korozije, ali ako dođe do njihovog oštećenja ta mjesta postaju anode i dovode do ubrzane lokalne korozije. Bojenje metalnih površina je veoma jeftin i prikladan metod za zaštitu metalnih površina od korozije. I pored svojih prednosti ovaj način zaštite ima izvjesne nedostatke: zaštitni premazi se moraju obnavljati a boje se ne mogu upotrebljavati za zaštitu dijelova koji su izloženi povišenim temperaturama. Inhibitori.
Izvjesne materije dodate u relativno maloj koncentraciji rastvoru mogu pod određenim uslovima smanjiti brzinu korozije. Ove materije nazivaju se inhibitori. Vrsta inhibitora zavisi od metala, odnosno legure i od korozivne sredine. Prema sredini u kojoj pokazuju svoje pozitivno dejstvo razlikuju se: inhibitori za kisele sredine, inhibitori za bazne sredine, inhibitori za neutralne sredine, inhibitori za nevodene tečnosti (benzin, nafta i dr.) i inhibitori za atmosfersku koroziju. Katodna zaštita. Jedan od najefikasnijih načina zaštite metala, odnosno konstrukcija, od korozije je katodna zaštita. Ovaj način zaštite u nekim situacijama može potpuno zaustaviti proces korozije. Suština katodne zaštite metala od korozije je snabdijevanje metala, koji se štiti, elektronima iz spoljnjeg izvora, te od njega načiniti katodu. Katodna zaštita se može izvesti na dva načina: formiranjem galvanskog elementa, tzv. protektorna zaštita i pomoću spoljnjeg izvora jednosmjerne struje, tzv. elektrozaštita ili katodna zaštita.
FIZIKALNA SVOJSTVA MATERIJALA
GUSTINA Gustina (ρ) se definiše kao odnos mase prema jedinici zapremine (kg/m^3 ). Gustina materijala zavisi od
atomske težine, radijusa atoma i pakovanja atoma u kristalnoj rešetki. Legirajući elementi imaju veoma mali uticaj na gustinu legure, a on zavisi od gustine legirajućih elemenata. Odnos zatezne čvrstoće i specifične mase naziva se specifična čvrstoća, a odnos modula elastičnost i specifične mase naziva se specifična krutost. Ako su vrijednosti specifične čvrstoće i specifične krutosti materijala velike, onda je za istu vrijednost čvrstoće i krutosti masa konstrukcije manja. Ovo je od izuzetnog značaja za vazduhoplove, svemirske letilice, automobile i sve ostale konstrukcije, gdje su potrošnja energije i ograničena snaga glavni problemi. Temperatura topljenja materijala zavisi od energije potrebne da se razdvoje atomi. Temperatura topljenja legure ima širok opseg i zavisi od sastava legure, za razliku od čistih metala koji imaju tačno određenu temperaturu topljenja. Specifična toplotna kapacitivnost je energija potrebna da se temperatura jedinične mase materijala povisi za jedan stepen. Legirajući elementi imaju relativno mali uticaj na specifičnu toplotnu kapacitivnost legure. Toplotna provodnost, pokazuje sposobnost materijala da provodi toplotu. Jedinica za toplotnu provodnost je W/mK. Materijali sa metalnom vezom (metali) imaju dobru toplotnu provodnost, a materijali sa jonskom ili kovalentnom vezom (plastični materijali i keramika) imaju lošu toplotnu provodnost. Materijali sa dobrom toplotnom provodnošću (aluminijum) provode dovoljno brzo toplotu stvorenu u procesu obrade tako da se temperatura ne povećava prekomjerno. Međutim, materijali sa niskom toplotnom provodnošću (titan), toplotu stvorenu pri obradi rezanjem provode sporije, što povećava temperaturu obratka i dovodi do neželjenih deformacija. Koeficijent linearnog širenja je koeficijent toplotnog širenja. Magnetna svojstva Magnetna svojstva materijala mogu se objasniti postojanjem elementarnih magnetnih momenata kao posljedica kretanja - kruženja elektrona oko jezgra atoma. Magnetni permeabilitet, dijamagnetni materijali, fero i ferimagnetni materijali, histerezis petlja, magnetostrikcija,..... (skripta)
ISPITIVANJE METODAMA BEZ RAZARANJA
Nauka koja se bavi iznalaženjem grešaka u materijalu se naziva defektoskopija. Materijal koji se podvrgava ispitivanju savremenim metodama ne doživljava nikakvo razaranje i defektoskopija se može ukomponovati u tehnološki proces proizvodnje. U modernoj industrijskoj defektoskopiji primjenjuje se nekoliko metoda:
- ispitivanje jonizirajucim elektromagnetnim talasima,
- ispitivanje ultrazvucnim talasima,
- ispitivanje magnetnim metodama,
- ispitivanje kapilarnim metodama,
- ispitivanje ostalim metodama. Radiografija je metoda ispitivanja materijala bez razaranja koja pomocu radiografskih negativa otkriva makroskopske defekte u materijalu.Prolazeci kroz materijal X i GAMA zraci gube intenzitet tako da je izlazni zrak uvijek manjeg intenziteta od ulaznog. To smanjenje intenziteta zavisno je od prirode i debljine materijala kroz koje prolazi zrak. Izlazni zrak djeluje na foto emulziju te izaziva na filmu ili
Ispitivanje magnetnim metodama Magnetna ispitivanja služe iskljucivo za otkrivanje površinskih grešaka na fero- magneticnim metalima. Da bi se magnetna ispitivanja mogla sprovesti na nekom komadu, neophodno je ispuniti slijedece uslove:
- u ispitivanom komadu se mora formirati magnetno polje dovoljne jacine,
- pukotina svojim položajem mora da leži normalno na pravac polja,
- pogodnim sredstvom izvršiti vizuelizaciju magnetnog polja. Ukoliko postoji greška u materijalu tada na mjestu greške dolazi do gomilanja magnetnih silnica. U magnetnoj defektoskopiji koriste se kružna i uzdužna magnetna polja. Kružnim poljima se otkrivaju greške koje su paralelne sa samim poljem, a uzdužnim greške okomite na magnetne silnice. Magnetno polje se može stvarati pomocu istosmjerne i naizmjenicne struje. Za otkrivanje površinskih grešaka mogu se koristiti istosmjerna i naizmjenicna magnetna polja. Greške ispod površine se znatno lakše otkrivaju primjenom istosmjernog magnetnog polja, iz razloga što kod korištenja izmjenicne struje dolazi do pojave tzv. skin efekta gdje se magnetne silnice. Magnetno polje se stvara uglavnom primjenom elektromagneta. Nakon završenog ispitivanja neophodno je izvršiti demagnetizaciju ispitivanog predmeta jer zaostali magnetizam nepovoljno utice na obradu (struganje, brušenje, zavarivanje). Demagnetizacija se vrši termickim putem ili cešce zadržavanjem komada u rotirajucem magnetnom polju. Ispitivanje penetrantskim tecnostima Ova ispitivanja služe za otkrivanje površinskih grešaka na magneticnim i nemagneticnim materijalima. Metoda je zasnovana na primjeni penetrirajucih tecnosti koje imaju sposobnost da prodiru u vrlo uske zazore do 0,001 mm i da budu lako abosrbovane od strane razvijaca. Penetrante koristimo iz dva razloga, prvi razlog je to što penetranti stvaraju puno vecu indikaciju nego što je sama pukotina, i na taj nacin nam služe kao “povecalo”, a drugi razlog je u tome što su penetranti napravljeni tako da povecaju kontrast izmedu pukotine i ispitne površine.
Kao penetrirajuce tecnosti se najcešce koriste mješavine na bazi benzola, transformatorskog ulja i boje. Razlikujemo dvije vrste penetranata:
- Bojom kontrastni penetranti, vidljivi pod danjim svijetlom i
- Fluorescentni penetranti, vidljivi pod UV svijetlom, i imaju vecu osjetljivost Glavne prednosti ispitivanja penetrnatima su što se mogu ispitivati sve vrste materijala, imaju veliku osjetljivost na male diskontinuitete i laoko su prenosivi. Glavni nedostaci ove metode leže u cinjenici da su ograniceni na glatke površine, zahtjevno cišcenje prije i nakon upotrebe. Penetrante možemo nanositi cetkom, sprejem ili potapanjem ispitivanih predmeta u kade sa penetrantima. Prema osjetljivosti penetrante možemo podijeliti na pet nivoa, ½ - 4 s tim da nivo 4 ima najvecu osjetljivost. Ostale metode ispitivanje bez razaranja Osim opisanih metoda dosta znacajno mjesto u savremenoj defektoskopiji imaju još i sljedece metode: ispitivanje pritiskom pomocu tecenosti ili gasova, ispitivanje primjenom vakuuma, ispitivanje pomocu vrtložnih struja, ispitivanje akusticnom emisijom, ispitivanje termokamerama i ispitivanje primjenom holografije
MJERENJE NAPONA I DEFORMACIJA
Tenzometri se koriste za mjerenje deformacija. Mogu biti konstruisani na hehaničkom, optičkom i električnom principu. Tenzometri se koriste za mjerenje deformacija ne samo na epruvetama, u laboratorijskim uslovima, već i na gotovim mašinskim ili građevinskim konstrukcijama. Pri mjerenju deformacija tenzometar se na podesan način pričvrsti uz epruvetu ili dio konstrukcije čija se deformacija želi da izmjeri. Mehanički i optički tenzometri oslanjaju se na epruvetu ili dio konstrukcije preko sječiva ili šiljka u dvije tačke čije je rastojanje jednako mjernoj dužini. Ovaj razmak se naziva još i baza tenzometra. Jedna tačka baze je nepokretna, a druga se pomjera pri deformisanju materijala. Ovo pomjeranje se pomjera i očitava na instrumentu. Mehanički tenzometri Postoje: Martens Kenedijev tenzometar i Baušingerov tenzometar .MK - Dva sječiva S 1 i S 2, spojena pomoću nosača N, postavljena su na rastojanju jednakom mjernoj dužini epruvete. Sječiva sa nosačem pričvrste se pomoću podesne opruge uz epruvetu. Sječivo S 1 je obrtno oko osovinice O. Zajedno sa sječivom S 1 oko osovinice O obrće se i kazaljka r. Sječivo S 2 je kruto spojeno sa nosačem N. Pri istezanju epruvete sječivo S 1 će se obrtati oko svoje osovinice pa će povećanju mjerne dužine Dl odgovarati pomjeranje kazaljke r za n podioka. Baušingerov -Na jednom kraju mjerne dužine epruvete E pričvršćeno je ležište u kojem se nalazi osovinica postavljena normalno na podužnu osu epruvete. Na osovinici se nalazi kazaljka r i valjčić od tvrde gume v. Promjene mjerne dužine epruvete l 0 prenose se na kazaljku posredstvom elementa t koji je jednim svojim krajem pričvršćen za drugi kraj mjerne dužine epruvete, a drugim naliježe na valjčić v koji se zajedno sa kazaljkom obrće oko svoje osovinice. Optički tenzometri Trenje i mrtvi hod kod optičkih tenzometara su minimalni pa je mjerenje deformacija sa njima tačnije nego sa mehaničkim tenzometrima. Vrste: Tukermanov i Martensov. Tukermanov tenzometar je jednostavan i vrlo precizan optički instrument za mjerenje deformacija. Sastoji se iz dva dijela: samog tenzometra P i optičke komore A. Električni tenzometri Od električnih tenzometara najširu primjenu imaju, tzv. mjerne trake. Princip rada ovih tenzometara je veoma jednostavan. Tanka žica određene dužine prilijepi se uz epruvetu ili dio konstrukcije čija se deformacija želi da odredi. Pod dejstvom opterećenja, zajedno sa materijalom koji se ispituje, deformisaće se i prilijepljena žica. Sa promjenom dužine, odnosno poprečnog presjeka žice, povećava se električni otpor. Mjerenje otpora odgovarajućim električnim instrumentom biće preciznije ukoliko je njegova promjena veća. Promjena otpora biće veća kad je K veće, pa je osnovni uslov za izbor materijala od kojeg se trake izrađuju što veća vrijednost faktora K. To nije, međutim i jedini zahtjev.
Idealan materijal za izradu mjernih traka trebalo bi, pored velikog faktora K, da ima sljedeće osobine: veliki specifični električni otpor, malu osjetljivost na promjenu temperature, visoku granicu razvlačenja, visoku dinamičku čvrstoću, laku obradivost, dobru zavarljivost, malu mehaničku histerezu, dobru otpornost na koroziju i dr. Najviše problema zadaje temperaturni uticaj. Osnovni element mjerne trake čini mrežica izrađena od tanke žice prečnika oko 0,02 mm. Mrežice se uglavnom rade na dva načina. Prv način je da je mrežica izrađena naizmjeničnim previjanjem žice u jednoj ravni, a drugi je da se žica obmotava na cilindar od papira, koji se zatim spljošti. Drugi postupak koristi se, uglavnom, pri izradi minijaturnih traka, kod kojih dužina mrežice iznosi svega nekoliko milimetara, mada se tako male trake izvode i sa ravnom mrežicom. Ovako načinjena mrežica lijepi se na podlogu od papira ili plastike i sa njom čini cjelinu. Kao takav sklop, mjerna traka se lijepi na materijal čije se izduženje želi izmjeriti. U novije vrijeme izrađuju se mjerne trake sa podlogom od tanke čelične folije, na kojoj je mrežica zalijepljena fenolskim lijepkom ili cementom. Umjesto da se lijepi na mjesto mjerenja, traka se specijalnom opremom tačkasto zavaruje na podlogu. Za izradu mjernih traka upotrebljavaju se i poluprovodnici.
