Fajlagos ütőmunka

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
Charpy-ütőmű
A Charpy-ütőmű helyzeti energiájának számításához
A próbadarab helyzete a Charpy-ütőműben
Charpy-vizsgálatnál használatos szabványos próbatestek
A hőmérséklet hatása az ütőmunkára. A vörös vonal az átmeneti hőmérsékletnél.

A fajlagos ütőmunka a szerkezeti anyagok, elsősorban fémek szívósságának jellemzésére szolgáló mérőszám. Egy anyag annál szívósabb, minél nagyobb energia szükséges az elszakításához, eltöréséhez. A vizsgálathoz szabványos mérőeszközt, a Charpy-féle ütőművet és szabványosított próbatesteket használnak. Az eredményül kapott mérőszám empirikus érték, elméletileg nem vezethető le az anyagok más szilárdsági tulajdonságaiból, az egyes anyagok közötti rangsorolásra alkalmas. A fajlagos ütőmunka az anyagminőségen és a technológián túl erősen függ a vizsgálat hőmérsékletétől is, és alkalmas az anyagok rideg törés elleni ellenállásának vizsgálatára.

Charpy-féle ingás ütőmű[szerkesztés]

A vizsgálatot Georges Charpy francia tudós fejlesztette ki 1905-ben. A gép egy ingás ütőmű, mely bemetszett próbatestet tör el. Az ingát, mely jól csapágyazott tengely körül elfordítható rúdból és annak végén a nagy tömegű (15 vagy 30 kg) ütőfejből áll, meghatározott magasságról indítják. Amikor az ingát elengedik, lefelé indul, felgyorsul, legnagyobb sebességét a pálya alsó pontján éri el, kezdeti helyzeti energiája mozgási energiává alakul. Ide helyezik a bemetszett próbadarabot, melyre az ütőfej ütést mér és eltöri. A töréshez szükséges munka csökkenti a mozgási energiát, így amikor az inga felfelé mozdul el, felső holtpontjának magassága nem éri el az indítási magasságot. Az inga mutatót vonszol magával, ami az ingának a törés után elért legmagasabb pontjánál megáll és utólag is leolvashatóan jelzi az ütőfej legmagasabb helyzetét. A két véghelyzet magasságának különbségéből kiszámítható az ütőfej helyzeti energiáinak különbsége, ez a próbatest töréséhez szükséges munka:

ahol

a töréshez szükséges ütőmunka [J]
az ütőfej tömege [kg]
a nehézségi gyorsulás [m/s²]
az inga hossza [m]
az ütőfej tömegközéppontjának magassága az inga pályájának alsó pontjához képest indításnál [m]
az ütőfej tömegközéppontjának magassága az inga pályájának alsó pontjához képest törés után [m]
az ábrán látható szögek.

Próbatestek[szerkesztés]

A vizsgálathoz többféle próbatestet használtak az idők folyamán, a jelenlegi szabványok (MSZ EN ISO 148-1) kétféle próbatestet írnak elő. Az U és V típusú próbatestek méretei az ábrán láthatók, a V próbatesteket használják gyakrabban. A V típusból vékonyabb próbatestek is készíthetők. A vizsgálat eredményéül vagy az ütőmunka értékét (KU illetve KV) vagy a fajlagos ütőmunka értékét (KCU illetve KCV) értékét adjak meg. Ez utóbbi az ütőmunka és a próbadarab keresztmetszetének hányadosa:

[J/cm²]

ahol

[cm²] a próbatest keresztmetszete.

A hőmérséklet hatása az ütőmunkára[szerkesztés]

A különböző méretű és alakú próbatestekkel végzett vizsgálatok eredményei nem átszámíthatóak. Fontos, hogy a vizsgálatoknál minden paraméter lejegyzésre kerüljön. Az ütőmunkát befolyásolja a próbatest lekerekítettebb vagy élesebb bemetszése, az anyagminőség, a hőkezelés és a hidegalakítás. Különösen fontos a vizsgálati hőmérséklet betartása, mert az eredményeket a hőmérséklet jelentősen befolyásolja. A nagy ütőmunkájú anyagok szívósan, a kis ütőmunkájú anyagok ridegen viselkednek. A törés környezetéből vizuálisan is megítélhető az anyag viselkedése: a rideg törést nem előzi meg nagy plasztikus alakváltozás és kontrakció, a törés felülete finom szemcsés. A szívós anyag törésénél az anyag jelentősen megnyúlik és kontrahál (húzás esetén lecsökken keresztmetszete), a törés felülete durva, esetleg az utoljára elszakadt rész mutatja a rideg törés finom szemcséit.

A legtöbb anyag a hőmérséklet növekedésével előbb rideg, majd szívós viselkedést mutat. Ha azonos körülmények között csak a hőmérséklet változtatásával végeznek egy anyagon ütőmunka vizsgálatokat, a mérések eredményei az ábrához hasonló diagramba foglalhatók. Az S alakú görbe inflexiós pontjához tartozó hőmérsékletet átmeneti hőmérsékletnek nevezik. Egy szerkezeti acél annál inkább megfelel feladatának, minél kisebb az átmeneti hőmérséklete. Az átmeneti hőmérséklet a hidegalakítással nő, a lágyító hőkezeléssel csökkenthető.

Irodalom[szerkesztés]

Külső hivatkozások[szerkesztés]