KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: A szerkezeti anyagok tulajdonságai és vizsgálatuk
2. lecke: A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata
| ||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | ||||
| ||||
![]() | A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata | |||
![]() | Az anyagok tulajdonságai | |||
pl. a darukötélen lógó teher húzza a kötelet, a kötél anyagának a terheléssel szembeni ellenállása a mechanikai tulajdonsága pl. a kerámiák a részecskék közötti ionos kötés miatt hőállóak pl. a réz, az ezüst nagyon jól vezeti az elektromosságot pl. a vas mágnesezhető, a szétszóródott acél gombostű mágnessel összegyűjthető pl. a bronzban a hang alig csillapodik, ezért harangok készítésére is használják pl. az üveg átlátszó, a fémek nem |
| |||
![]() | Minőség, élettartam | |||
A szerkezeti anyagokból a tervezők által megtervezett konstrukciókat vagy termékeket készítünk különbféle gyártási (pl. kovácsolás) és megmunkálási (pl. forgácsolás) folyamatokkal. | ||||
A termék minősége függ: | ||||
A felhasznált anyagtól pl. az alumíniumból készült gépjármű karosszéria könnyebb, de drágább, mint az acéllemez |
| |||
Pl. a gépjármű karosszéria elhasználódása, károsodása függ attól, hogy télen a sózott utakon használjuk vagy nem |
| |||
![]() | Termékminőség és élettartam | |||
| ||||
Az ábra azt mutatja, hogy a termék minősége és élettartama függ a konstrukciótól, magától az anyagtól, a gyártási technológiáktól és az üzemeltetéstől. Ahhoz, hogy a legjobb minőségben a megfelelő élettartamú termékeket elő tudjuk állítani ezeket a jellemzőket meg kell ismerni. | ||||
![]() | Biztonsági tényező, meghibásodási valószínűség | |||
A tervezés illetve az anyagválasztás során több ellentétes követelményt kell figyelembe venni, pl. a gépjármű karosszérialemez vastagságának csökkentése a tömeg csökkentése miatt, de ezzel ellentétes az utasok biztonságának növelésére vonatkozó igény, vagy hegesztett szerkezetek anyagának a szilárdságát növelve romlik a hegeszthetőség stb. | ||||
| ||||
Meghibásodási valószínűség | ||||
A teherbírás és a terhelés viszonya | ||||
| ||||
Az anyag terhelhetőségét jellemző mérőszámokat (pl. szilárdság, azaz terhelhetőség) bizonyos szórással lehet meghatározni. Hasonlóképpen a várható igénybevétel (pl. erő, nyomaték, azaz terhelés) is egy átlagérték körül szóródik. Ha a méretezésnél a terhelést is és a terhelhetőséget is valószínűségi változónak tekintjük a sűrűségfüggvények ismeretében meghatározott meghibásodási (túlélési) valószínűséget írhatunk elő. (az ábrán a sraffozott területek). | ||||
![]() | ![]() Az ábra alapján figyelje meg, hogy az anyagjellemzők kis szórással való meghatározása jelentősen csökkenti a meghibásodás valószínűségét! |
![]() | Anyagtulajdonságok | |||
Sűrűség | ||||
A sűrűség az anyag m tömegének és a V térfogatának a viszonyszáma, azaz a térfogategységre vonatkoztatott tömeg. A szerkezeti anyagok sűrűsége függ az alkotók atomtömegétől illetve a rendszámtól, az atomsugártól, a kristályos vagy amorf szerkezettől a tömörség mértékétől stb. | ||||
Az ábrán látható rövidítések: PTFE = politetrafluoretilen, azaz teflon PVC = polivinilklorid POM = polioximetilen PMMA = plometilmetakrilát azaz plexi PA = poliamid PS = polisztirol PE = polietilén PP = polipropilén GFK = üvegszál-erősítésű műanyagok CFK = szénszál-erősítésű műanyagok PFK = polimerszál-erősítésű műanyagok |
| |||
Figyelje meg az ábrán, hogy a fémek sűrűsége nagy, mivel nagy az atomtömegük és szerkezeti sűrűségük. A polimerek, kerámiák viszont könnyebb atomokból épülnek fel (C; H; O; N) és általában kisebb a térkitöltésük is, ezért sűrűségük jóval kisebb, mint a fémeké. | ||||
Mechanikai tulajdonságok (terhelhetőség) | ||||
A szerkezeti anyagok viselkedése az igénybevételekkel szemben | ||||
| ||||
Az igénybevételek jellemzése | ||||
| ||||
Lásd mechanika |
| |||
- statikus pl. az oszlop terhelése - dinamikus pl. gépjármű frontális ütközése - ismétlődő, fárasztó pl. kerékpár pedál |
| |||
Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek | ||||
| ||||
| ||||
Egyszerű igénybevételek | ||||
|
A felületre ható igénybevételek | |||
- hő pl. a nap felületet érő melegítő hatása - vegyi pl. a savas esők hatása - elektrokémiai pl. a nikkelezett acéllemezek sérülése esetén a vas fog korrodálni, ez az ún. vakrozsda - áramló közeg pl. a folyó "koptatja" a partot - koptató pl. a kés éle a többszöri élezés hatására elkopik - sugárzás pl. a műanyagok a nap sugárzás hatására öregszenek - biológiai pl. a mikroorganizmusok károsíthatják a betont |
| ||
| |||
Az igénybevétel az időbeli változása alapján lehet: | |||
| |||
| |||
| |||
| |||
| |||
| |||
![]() | Az anyag viselkedése terhelés hatására | ||
Az igénybevétel, terhelés nagyságától függően az szerkezeti anyag viselkedése. | |||
| |||
Nem minden anyag képes maradó alakváltozásra. Azok az anyagok, amelyek a rugalmas alakváltozást követően maradó alakváltozásra is képesek a szívós, vagy képlékeny anyagok, míg amelyek csak rugalmas alakváltozásra képesek a rideg anyagok. | |||
Szívós vagy képlékeny anyag | |||
A törést jelentős nagyságú maradó alakváltozás előzi meg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület szakadozott, tompa fényű. | |||
| |||
Az ilyen törés kialakulása növekvő terhelés mellett lehetséges. | |||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, hogy a töret az eltört kenyér vagy tésztafelülethez hasonlít. Ez a maradó alakváltozás következtében megnyújt majd elszakadt anyagrészek következménye. | ||
Rideg, nem képlékeny törés | |||
A rideg, nem képlékeny törés esetében a törést nagyon kicsi vagy semmi maradó alakváltozás sem előzi meg, és a repedés kialakulása után viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez. | |||
| |||
![]() | ![]() Figyelje meg az a) ábrán a "V" betűre emlékeztető jelleget, amely a rideg törésre utal. A b) ábra lépcsőzetes, hasadásos töret. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||||||||||||||
1. Jelölje be a felsorolt igénybevételek közül azokat, amelyek a teljes anyagtérfogatra hatnak!
![]() | |||||||||||||||||||||
2. Jelölje be a felsorolt igénybevételek közül azokat, amelyek a felületre hatnak!
![]() | |||||||||||||||||||||
Jelölje be az egy helyes választ! | |||||||||||||||||||||
3. Mi jellemzi a statikus igénybevételt?
![]() | |||||||||||||||||||||
4. Mi jellemzi a dinamikus igénybevételt?
![]() | |||||||||||||||||||||
5. Mi jellemzi a fárasztó igénybevételt?
![]() | |||||||||||||||||||||
6. Mi a következménye annak ha egy testre erő hat ?
![]() |