Valg af materiale til cykelstel

Materialer og Teknologi 1
•Dagens program: Præsentation af kurset Præsentation af
underviseren:
• Produktionsingeniør/Executive MBA (Henley)
• 16 års undervisningserfaring
• 14 års praktisk erfaring bl.a. med materialeteknologi fra 4
forskellige virksomheder
• Forfatter til 5 lærebøger/kompendier.
• Hobby:
• Hobbylandbrug
• Vedvarende energi
• Klassiske biler
2
Præsentation af jer:
•
•
•
•
•
•
•
Hvor mange har en faglig baggrund
Hvor mange kommer fra STX
Hvor mange kommer fra HTX
Hvor mange kommer fra Fyn
Hvor mange kommer fra Sjælland
Hvor mange kommer fra Jylland
Hvor mange timer forventer I at bruge om ugen på
studiet
• Hvor mange har et kendskab til Metaller i forvejen
• Hvor mange glæder sig til materialelære
• Hvor mange synes det er skidetræls
3
CES EDUpack
Programmet kan downloades fra dette link:
R:\Software\CES EduPack\CES 2015
Mål – Plan - Evaluering
Mål for dette kursus
• Ifølge Studieplanen er målene følgende:
• Foretage systematisk materialevalg, på baggrund
af konstruktionens krav til materialet
• Anvende viden om metallers korrosion i
forbindelse med materialevalg og
korrosionsbeskyttelse
Mål for dette kursus
• Det jeg håber I kan når kurset er slut:
• Vide hvordan forskellige materialer er opbygget
• Kende de mekaniske egenskaber (styrke,
hårdhed, sejhed) og sammenhængen mellem
disse.
• For at kunne anvende det, til at vælge det bedste
materiale til en given konstruktion
• På dette semester arbejder vi kun med stål.
Undervisningen
•
•
•
•
•
Forelæsning
Opgaveløsning
Virksomhedsbesøg
Laboratorieforsøg + rapport (i grupper)
Tællende aktiviteter (prøver, som tæller i jeres
eksamenskarakter)
• Diverse
• I vil kunne se hvad I skal læse på lektionsplanen, som ligger
på
• BB. Til mange af lektionerne er der spørgsmål og svar til det
I læser, så I ved hvad det essentielle i stoffet er.
Evaluering
•De studerende udfører 3 tællende aktiviteter, hvor
den første tæller 5%. 2. test tæller 10% og sidste
tællende aktivitet tæller 15%. Den sidste test er en
eksamination i den udførte laboratorie rapport.
•For P´s vedkommende udgør dette sammen med
resultatet af statistik et samlet hele, disse tællende
aktiviteter udgør ca. 30% af eksamenskarakteren.
•For M’s vedkommende er denne eksamen en del af
projekteksamen, hvor Materialer og Processer
vægter 30%.
Lektionsplan
• Lektionsplan
Metallers opbygning
Mfi side 13-46
Mfm 1. udgave side 14-44
Metallers opbygning
Metallers opbygning kan beskrives ved:
• Atomstruktur → Binding mellem kerne og
elektroner, og binding mellem
atomer indbyrdes
• Krystalstruktur→ Metalatomernes placering i
krystalgitre
• Mikrostruktur → Udseendet af krystaller i et
metal
Atomstruktur
-Bohrs atommodel → Atomkerne og et antal elektroner,
der kredser om kernen, som planeterne omkring
solen
-Atomkernen består af positive protoner og ikke-ladede
neutroner
-Elektroner er negativt ladede
-Antal elektroner = antal protoner → neutral ladning
udadtil
Ex. O
Atomnr. 8
Atomstruktur
Elektronerne kredser i såkaldte elektronskaller.
Skaller betegnes K,L,M,N osv.
Maksimalt antal elektroner = 2n2, hvor n = skalnummer
En skal indeholder altid en cirkelbane og derudover
et varierende antal elipsebaner.
- Banerne betegnes (s,p,d,f)
- De inderste baner fyldes først, da de har lavest energi
Atomstruktur
Elektronfordelingen er afgørende for atomernes indbyrdes
reaktioner
• Tomme / 8-elektron yderskaller er stabile
• Antallet af elektroner
i yderste skal
(valenselektroner) afgør
hvilke stoffer atomet vil
reagere med
• Jern vil gerne afgive 2
eller 3 elektroner =
Fe++ eller Fe+++. Dette
pga. energiniveau i 3d
kontra 4s
Atomstruktur
Binding mellem atomer
Gasform: Svag, atomer bevæger sig frit
Flydende: Stærkere. Atomer ligger tættere, men
kan stadig bevæge sig frit
Stærk. Atomer ligger på faste pladser.
Fast:
Kun mulighed for små udsving.
Atomstruktur
Metalbinding: Elektronsky.
God elektrisk ledning og
varmeledning
Ionbinding: Mellem atomer med hhv. lille
og stor opfyldning i yderste skal
Ikke metaller
Kovalent binding: Fælles
elektronpar danner molekyler
Krystalstruktur
Ved pakning (eks. størkning) dannes et
regelmæssigt, tredimensionelt, symmetrisk mønster =
krystalgitter
Metaller er polykrystalinske, fordi de er opbygget af
mange
krystaller, som har samme ordning, men forskellig
orientering
Metalbindinger udmærker sig ved, at materialet kan
deformeres uden at det ødelægges
Krystalstruktur
Heksagonalt tæt pakket gitter (hcp):
Slipplaner: Atomlag som er tættest pakket
Slip: Forskydning mellem
atomlag
Der er kun ét slipplan som ikke
er parallelt med andre. Derfor
kan hcp være svært at deformere
Ex. Zink, magnesium
Krystalstruktur
Kubisk fladecentreret (fcc), tæt pakket:
Her er en del ikke-parallelle planer og også mange
retninger, så fcc er forholdsvist nemt at deformere.
Eks: Aluminium, Nikkel, Kobber
Krystalstruktur
Kubisk rumcentreret (bcc), ej tæt pakket:
Atomerne i lagene rører ikke
hinanden
Ret så svært at deformere,
da det kræver meget kraft
at trække lagene henover
hinanden
Eks: Krom, α-jern
Krystalstruktur
Krystalstruktur
Deformation sker ved at materialet forskydes
langs slipplanerne
• Kubisk fladecentrerede deformeres lettest
• Der skal bruges mere kraft til at deformere kubisk
rumcentrerede
• Det hexagonale gitter kan være svært at deformere,
da der ikke er så mange slipmuligheder
Krystalstruktur
Der er ofte fejl i alle gitre. Fejlene er med til at
definere materialets egenskaber, herunder
styrke
• Punktfejl
• Substitutionsatom (i stedet for ”rigtigt” atom)
• Vakance (gitterhul)
• Indskudsatom (i mellemrum)
• Dislokationer (liniefejl)
• Kantdislokation (halvplan)
• Skruedislokation (forskudt et plan)
• Fladefejl (korngrænser)
• Når smelte størkner, vil krystaller
støde sammen og give forskellig
orientering
Mikrostruktur
Énkrystal: Én stor krystal med samme orientering
Polykrystallinske: Mange korn med tilfældig orientering.
Korngrænsen er ofte stærkere end selve krystallen
Kohærens: Hvis to korns gitterstruktur i en legering ligner
hinanden
Inkohærens: Hvis to korns gitterstruktur i en legering ikke ligner
hinanden
Legeringers hårdhed og styrke afhænger af, om der er
kohærens eller ej
Systematisk materialevalg
Valg af materiale til cykelstel
• I skal vælge materiale til et cykelstel. Hvad vil I
vælge?
Valg af materiale til cykelstel
• Aluminium
Valg af materiale til cykelstel
• Carbon
Valg af materiale til cykelstel
• Stål
Valg af materiale til cykelstel
• Bambus
Valg af materiale til cykelstel
• Plast
Valg af materiale til cykelstel
• Karton
Valg af materiale
Regel nr. 1: Man skal aldrig starte med at gøre
som man plejer!
Hvad er vigtigt, når vi skal vælge
materiale til et cykelstel?
Hvad skal en cykel kunne?
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Driftsituation
• Drift: 4000 åbninger
• Levetid: 5 år+
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Mekaniske egenskaber
•
•
•
•
Flydespænding ≈ 300 Mpa*
Sejhed ≈ 10% forlængelse
Hårdhed ≈ 100 Vickers
Slidstærk
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Optiske egenskaber
• Polerbar (rengøringsvenlig)
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Fysiske/kemiske egenskaber:
• Massefylde: 100 g. / 30 cm3 ≈ Max. 3.333 kg/m3
• Kemisk modstandsevne: Skal kunne modstå øl +
sæbevand
• Korrosion: Må ikke ruste
B. Beskrivelse af krav til materialer
•
•
•
•
•
•
•
•
Økonomiske hensyn
Salgspris til kunder:
Moms:
Forhandler salgspris
Forhandler avance
Salgspris til forhandleren
Virksomheds DB
Kostpris
250 kr.
50 kr.
200 kr.
100 kr.
100 kr.
50 kr.
50 kr.
Materialer
Arbejdsløn
• Vi skal max bruge 150 g materiale (100 g. + 50 g. spild)
• 25 kr. / 1000 g x 150 g = Max. 167 kr./kg
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Teknologiske egenskaber
• Skal kunne ekstruderes eller fræses*
B. Beskrivelse af krav til materialer
• Æstetik
• Materialet skal fremstå ensartet efter
formgivning…
C. Beskrivelse af mulige materialer
• Vi lægger oplysninger ind i CES
• Alternativ kunne man ringe til forskellige
leverandører
C. Beskrivelse af mulige materialer
Valselegering Al
Modningshærdet
Støbelegering Al
Valselegering Mg
Pris DKK/Kg
8,77-9,64
9,70-10,7
29,8-32,8
Formgivning
Meget velegnet til
fræsning og
ekstrudering
Vil være mærkeligt at Kan ekstruderes* og
fræse og ekstrudere velegnet til fræsning
Flydespænding Mpa
95-610
50-330
115-410
Sejhed %
1-20
0,4-10
3,5-18
Hårdhed Vickers
60-160
60-150
43-135
Opfylder krav
JA
MÅSKE
JA
D. Bedømmelse og valg af materiale
Så er det tid til, at lege lidt med CES
EDUpack
•
•
•
•
•
Åbn programmet
Vælg level 2
Gå ind under fanen ”help”
Vælg ”video tuturials”
Kig følgende videoer igennem:
– Browse Level 1 and Level 2
– Graph Stage - Plotting Charts
– Select
Arbejd videre med CES øvelserne
Metallers tilstandsdiagrammer
Mfi side 48-55 + 75-87 + 42-45
Mål for i dag:
Vi skal gennemgå metallers tilstande, dvs. i hvilken
form kan metal optræde og i hvilke
blandingsforhold.
-At I ved hvad en legering er
-At I ved hvordan man laver og aflæser et fasediagram
-At I ved hvad man bruger et fasediagram til
-At I ved hvad der sker/kan ske under størkning
Legering
En legering består af to eller flere grundstoffer, hvoraf
hovedbestanddelen er et metal
–Størst mængde = Basismetal ex. jern
–Tilsætninger = Legeringselementer ex. kulstof
–Jern + kulstof = stål
To grundstoffer = Binær legering
Tre grundstoffer = Ternær legering
Legering
Den maksimale optagelse af fremmedatomer afhænger
af temperatur og tryk
Mættet: Grænsen for optagelse er nået
Umættet: Der kan være flere fremmedatomer
Overmættet: Hvis opløsningen er afkølet hurtigt fra en
temperatur, hvor opløselighed er større.
Legering
Indskudsatom: Fremmedatom er meget lille
Ex:
Mængden afhænger af gitteropbygningen.
Fladecentrerede kan optage flere end rumcentrerede.
Legering
Substitutionsatom: Samme gitter
<15% forskel i atomradius
Nær samme elektropositivitet*
Samme valens
Ex:
Legering
Intermediære forbindelser:
Hvis forudsætningerne for indskudsatom og
substitutionsatom (fuld opløselighed) IKKE er tilstede:
1.Valensforbindelser: Stor forskel i elektropositivitet
2.Indskudsforbindelser: Mellem små atomtyper og
overgangsmetaller
3.Elektronforbindelser: Mellem metaller som er ret ens, men
valensen er forskellig
Der findes altså to forskellige faser i materialet
Faser
•Komponent: Kemisk bestanddel*, som indgår i et
legeringssystem
•Legeringselement: Grundstof, der er tilsat en
legering, i mindre mængde end basismetallet
•Fase: En homogen masse, som overalt har samme
fysiske og kemiske egenskaber (gitter, tilstand)
•System: En eller flere faser
Faser
1. Fast fase
2. Væskefase eller flydende fase
3. Dampfase
Smeltepunkt: Fra fast til væske => Modsat er størkningspunkt
Kogepunkt: Fra væske til damp => Modsat er fortætningspunkt
Faser
Faser bestemmes af temperatur og tryk
C⁰
Damp
Vand + damp
Ex. vand
100
vand
Vand + is
0
Is
Tid
Ved ændring af tryk kan man ændre kogepunkt, og stof kan gå
direkte fra fast fase til dampfase*
Tilstandsdiagram
Tilstandsdiagram = Fasediagram:
De tilstande eller krystalformer, som et rent stof
eller en blanding af grundstoffer kan befinde sig i
Tilstandsdiagram – fuld opløselighed
Ved forsøg bestemmes afkølingskurver af forskellige
legeringer, og et tilstandsdiagram kan laves
Ex. Kobber/
Nikkel
Tilstandsdiagram – fuld opløselighed
T1: Begyndende krystallisation (25% Cu + 75% Ni)
T4: Det sidste størkner. (Restsmelte 68% Cu + 32% Ni)
Størkningsinterval: 1330⁰-1240⁰
Tilstandsdiagram – ikke fuld opløselighed
Eutektikum
Diagramtyper*
Fuld opløselighed i smeltet tilstand
Fuld opløselighed i fast tilstand
Smelte
Fast
Smelte
Smelte
Fast
Fast
Diagramtyper
Fuld opløselighed i smeltet tilstand
Delvis opløselighed i fast tilstand
Eutektisk
Peritektisk
α: Indeholder meget A, men også noget B
β: Indeholder meget B, men også noget A
Diagramtyper
Fuld opløselighed i smeltet tilstand
Ingen opløselighed i fast tilstand
Eutektisk diagram
Diagramtyper
Delvis opløselighed i smeltet tilstand
Delvis opløselighed i fast tilstand
Monotektisk
Anvendelse af tilstandsdiagrammer
Tilstandsdiagrammer
bruges
primært
til
planlægning af legeringers varmebehandlinger.
Man kan ved at kende de forskellige strukturer ved
forskellige temperaturer, styre varmebehandlingen
lige i den retning man vil.
Størkning
Størkning sker i to trin:
1.Dannelse af kim
2.Vækst af kim til korn
Atomerne danner under størkning den struktur,
som materialet har i fast tilstand. Når de når en vis
størrelse bliver de stabile, og kan fungere som kim,
som senere kan vokse til korn (krystaller)
Størkning
•Korngrænserne har stor indflydelse på materialets
egenskaber
Størkning
En normal størrelse på et korn er 0,1 mm, men svinger
Størrelsen af kornene har stor betydning for materialets
egenskaber
Hurtig afkøling = finkornet materiale
Langsom afkøling = grovkornet materiale
Store korn: Dårlig styrke og problemer med
deformationsformgivning
Små korn: God styrke og formgivningsegenskaber
Størkning
Dannelse af ny krystaltype (Allotropi):
Under afkøling dannes der kim i korngrænserne, som
Vokser sig store og ”æder” de ”gamle” krystaller.
Ex:
Rent jern
Over 1392⁰C => Ferrit => Kubisk rumcentreret
910⁰C-1392⁰C => Austenit => Kubisk fladecentreret
Under 910⁰C => Ferrit => Kubisk rumcentreret
Størkning
Rekrystallisation:
Efter en koldeformation er der dannet nye,
krydsende dislokationslinier, som giver
uregelmæssigheder i krystalgitrene.
Uregelmæssighederne danner kim, som ved
opvarmning vil danne krystalgitre, som svarer til de,
der var inden kolddeformationen
Lidt opgaver at forlyste sig med!
Jeg har oploadet et par opgaver i CES EDUpack,
som ligge på Blackboard, Course Materials,
Opgaver og cases.
Bemærk, at de starter i level 1.
Lav dem individuelt, så alle får øvelse i at bruge
CES EDUpack.
God Weekend
Jern- kulstofdiagrammet fortsat
Mfi side 378-406
Mekaniske egenskaber - Trækprøvning
Mfi side 116-127 + 130-132 + 138-140 + 190-194 + 232-239
Mål for i dag
Vi skal gennemgå jern-kulstofdiagrammet, idet jern+kulstof =
Stål, og stål er et meget vigtigt materiale, samt vi skal
gennemgå hvad styrke er, og hvad der sker i et metal,
når man trækker i det
–
–
–
–
–
–
At I er fortrolige med jern-kulstofdiagrammet
At I ved hvilken gruppe af stål, I skal vælge materialer fra
At I ved hvad der sker ved bratkøling og styret afkøling
At I kan definere styrke
At I kan angive vigtige punkter på et arbejdsdiagram
At I ved hvad der sker i metallet ved en trækprøvning
Jernudvinding
Jern er meget almindeligt forekommende, og udvindes
fra jernmalm.
Det er relativt let og billigt at udvinde, og har gode
styrke- og sejhedsegenskaber
Jern findes i klumper visse steder på jorden. Verdens
største mine findes ved Kiruna, Sverige.
Jernets faser
Jern er allotropt
Jern-kulstofdiagrammet
Ændring af jernets egenskaber
1.Tilsætning af legeringsstoffer
2.Varmebehandling
3.En kombination af 1+2
–Kulstof er klart det vigtigste legeringsstof
–Kulstof% < 2 = Stål
–Kulstof% > 2 = Støbejern
Jern-kulstofdiagrammet - ståldelen
Kulstoffet optræder i to former i stål:
1. I fast opløsning i jernet som indskudsatomer. Hvor
meget der kan opløses afhænger af temperatur.
2. Som indskudsforbindelse* med jern, som jernkarbid.
Dette kaldes cementit, Fe3C, og cementit findes i jernet
som en selvstændig fase. Der er en meget god binding
mellem jern og cementit. Cementit indeholder 6,69
masse% C og er meget hårdt og sprødt.
Jern-kulstofdiagrammet
Stål defineres som de legeringer, hvor alt stål kan bringes til
opløsning i austenitten, altså ca. 2,1%
Jern-kulstofdiagrammet - ståldelen
Undereutektoid stål: C% < ca. 0,77. Ved langsom afkøling
fra austenitområdet udskilles først ferrit, indtil austenitten
har opnået eutektoid sammensætning. Denne omdannes
herefter til perlit, så vi får ferrit+perlit.
Overeutektoid stål: C% > ca. 0,77. Ved langsom afkøling fra
austenitområdet udskilles cementit. Resten af austenitten
bliver herefter til perlit, så vi får perlit+cementit.
Jern-kulstofdiagrammet - ståldelen
Andre vigtige legeringsstoffer*
Krom: Forbedrer korrosionsbestandighed (min 12% til
rustfrit stål)
Silicium: Forbedrer styrke, nedsætter sejhed
Aluminium: Begrænser kornvækst
Svovl: I forbindelse med Mangan forbedrer den
egnethed for spåntagning
Nikkel: Forøger sejhed og sænker omslagstemperatur
Valg af stål
Man inddeler stål efter anvendelse*:
•Konstruktionsstål
•Værktøjsstål
•Rustfrie stål
•Maskinbygningsstål
Pas på med svejsning….Svejsning kan ændre
materialet i svejseområderne pga. varmepåvirkning.
Valg af stål
Konstruktionsstål*
•Undereutektoide
•Bearbejdelige med skærende værktøjer
•God sejhed
•Styrke afhænger af legering
Anvendes især til svejste konstruktioner, bærende
elementer i bygninger, kraner, tanke, beholdere mm.
Valg af stål
Værktøjsstål*
•Overeutektoide
•Ubearbejdeligt med skærende værktøjer (Dog ikke
hårdmetal og keramiske)
•Meget skøre
•Kan efter varmebehandling bruges til værktøj
Værktøjsstål inddeles i kategorier efter hvilken type
materiale, de skal bearbejde.
Valg af stål
Rustfrie stål*
•Min. 12% Krom
•Rustfrie stål har pga. store legeringsmængder
anderledes faseområder end lavlegerede stål. F.eks.
findes austenittiske stål, som er austenittiske ved alle
temperaturer
Anvendes hvor korrosion kan være et problem
(vejr/vind/udseende)
Valg af stål
Maskinbygningsstål*
•Store krav til styrke og slidfasthed
•Der kan være problemer med svejsning
•Der er store krav til stålets ensartethed
Bruges til maskindele
Ståls betegnelse
Stål KAN betegnes efter DS/EN 10027-1
1. Efter mekaniske/fysiske egenskaber. Ex. S235JRG2
•
•
•
•
•
S = konstruktionsstål
235 = Nedre minimums flydespænding i Mpa
JR = Slagsejhed på 27J ved 20⁰C med V-kærv
G = Særlige legeringsindhold (fremgår af standard)
2 = Bruges til at adskille dette stål fra et der ligner
Ståls betegnelse
2. Efter kemisk sammensætning. Ex. X10CrNi188
•
•
•
•
•
•
X = højtlegeret
10 = 0,10% C
Cr = Crom
Ni = Nikkel
18 = 18% Crom
8 = 8% Nikkel
Se side 667-672 i Mfi
Kontrol af stål
Hvis man skal bruge stål, er det vigtigt man kender
egenskaberne.
Værkserklæring: Angiver stort set kun mængder
Prøvningsrapport: Resultater af prøver lavet på fabrik,
der laver stål, men det er ikke sikkert vi får det parti, der
er prøvet på
Specifik prøvningsrapport: Resultat på det parti vi får
Inspektionsattest: Uafhængige folk laver prøver
Omdannelse af faser
TTT-diagrammer (time-temperature-transformation)
Isoterm omdannelse: Temperatur er konstant under
omdannelsen
Man kan ændre kornstrukturen i stål, ved at opvarme
til austenittemperaturen (727⁰C for eutektoid stål),
og herefter styre afkølingen.
Omdannelse af faser
TTT-diagrammet for eutektoid stål
Omdannelse af faser
Dannede strukturer:
Alle strukturer består af ferrit+cementit, men
kornstørrelse og –form varierer
Jo lavere omdannelsestemperatur, jo højere styrke.
Dette skyldes finere korn og tættere beliggende
partikler.
Omdannelse af faser
Isoterme omdannelser:
Sfæroidit:
Cementitkugler i ferritgrundmasse. Omdannelse (i ex.
ovn) ved ca. 700⁰C. Blødt og sejt
Finperlit:
Meget fintkornet. Større styrke end almindelig perlit
og god sejhed. Omdannelse ved ca. 525⁰C
Øvre bainit: Perlit med ferritkrystaller. Hårdere og stærkere end
finperlit. Ikke så sejt. Omdannelse ved ca. 450 ⁰C
Nedre bainit: Ferritkrystaller med cementitkorn. Hårdere og
stærkere end øvre bainit. Ca. samme sejhed.
Omdannelse ved ca. 360 ⁰C
Omdannelse af faser
Ikke isoterm omdannelse
Martensit: Hærdet stål. Bratkøling og altså ikke
isoterm omdannelse. Køles i f.eks. vand, og C-atomer
når ikke at forlade gitter. Der skal være mindst 0,3% C
for at stål kan hærdes.
Perlitnæsen
Trækprøvning
Trækprøvning:
Anvendes til at finde et materiales
elasticitet og styrke. Foregår typisk
ifølge standarder (DS/EN 10002 el.
DS 10110)
Formål:
• Indkøbere og producenter taler ”samme” sprog
• Havarianalyser – hvorfor gik det galt
• Udvikling af nye materialer
Trækprøvning
• Trækprøvningen foretages, så man kan finde
en sammenhæng mellem den kraft stangen
påvirkes med og forlængelsen af stangen
Trækprøvning
Arbejdslinie for stål
Trækprøvning
Elasticitet:
Ved en elastisk deformation opretholdes
bindinger mellem atomer, men afstanden
ændres. Når den kraft, der frembringer den
elastiske deformation forsvinder, forsvinder
deformationen også.
Anelasticitet:
En deformation som er reversibel, men
tidsafhængig. Ex elastik
En elastik har stor elasticitet
Glas har ingen elasticitet
Trækprøvning
Elasticitet
Spænding og relativ forlængelse er proportional i det elastiske
område, og linien på arbejdskurven bliver derfor ret. Dette
udtrykker Hooke’s lov:
σ=Exε
σ = R =Spænding (N/mm2 eller Mpa) = F/S0 (kraft/tværsnitsareal ved
prøvens start)
E = Elasticitetsmodulet, som er en materialekonstant. For jern er den
ca. 2,1x105 N/mm2. E-modulet falder med stigende temperatur
ε = ΔL/L0
Trækprøvning
Plastisk deformation: Deformation ud over det elastiske
område. En blivende deformation, som ikke går væk igen efter
aflastning.
Plastisk deformation sker fortrinsvis ved slip, og
slip sker lettere ved tilstedeværelse af dislokationer*.
Man taler om den kritiske forskydningsspænding (τ) til, som er
den kraft der skal til for at give anledning til slip
Et metals evne til plastisk deformation kaldes duktilitet.
Trækprøvning
Flydespænding: Stål har en flydespænding, som er den
spænding, hvor plastisk deformation begynder.
Man skelner mellem nedre flydespænding (Rel) og øvre
flydespænding (Reh)
Ved materialer uden flydespænding bruger man
betegnelsen
(Rp0,2) = Den spænding der giver 0,2% blivende
deformation
Trækprøvning
Materialets brudstyrke: Den største spænding
materialet kan tåle, inden det går i stykker.
Benævnes Rm.
Trækprøvning
Indtil Rm nås bliver materialet stærkere og stærkere pga.
deformationshærdning. Når materialet deformerer:
– Øges antallet af dislokationer
– Dislokationerne hober sig op ved korngrænserne og vil
hindre hinandens bevægelser (Pile up)
– Slip besværliggøres
Tværsnittet af stangen bliver dog mindre og mindre og
efter Rm bliver materialet svagere igen og går til sidst i
stykker
Trækprøvning
Brud: Man skelner mellem to slags brud:
1. Sejt brud. Man taler om et sejt brud, når der sker
plastisk deformation inden brud sker. Seje brud starter
inde i materialet og zig-zagger sig ud.
2. Sprødt brud. Man taler om et sprødt brud, når der
IKKE sker plastisk deformation inden brud sker. Sprøde
brud kommer på én gang.
Seje materialer vil altid vise seje brud*
Sprøde materialer vil altid vise sprøde brud*
Trækprøvning
Parametre:
Udgangslængde:
Tværsnitsareal:
Trækkraft: F
Forlængelse:
Brudlængde:
Brudareal: Su
L0
S0
L
Lu
Formler:
Relativ forlængelse: e = L/L0
Brudforlængelse:
A=((Lu-L0)/L0)·100%
Arealreduktion:
Z =((S0-Su)/S0)·100%
E-modul:
E = ((F1-F2) ·L0) / S0 ·(L1-L2)*
Spænding:
R=σ= F/S0**
Spænding v. brud:
Rbrud = F/Su
Trækprøvning
• Eksempler på arbejdslinier:
Trækprøvning
”Kongeformlen”:
F l
l 
EA
Fandens lang Er Arbejdsdagen
Trækprøvning
Resumé
-
Et materiale er stærkere, jo højere kurven kommer op (Y-akse)
Et materiale er svagere, jo lavere kurven kommer op (Y-akse)
Et materiale er sejere, jo længere kurven kommer ud (X-akse)
Et materiale er sprødere, jo kortere kurven kommer ud (X-akse)
Stivheden (E-modulet) er den samme for ex. stål uanset legering
Et materiale har stor elasticitet, hvis en lille kraft giver stor elastisk
deformation
Et materiale er stift, hvis en den samme kraft giver lille elastisk
deformation
Resten af lektionen vil vi bruge på, at
arbejde med Case 1.
Caseopgave 1
God Weekend