Zkoušení tlustostěnných desek

Zkoušky tahem tlustostěnných desek se provádějí především podle mezinárodně uznávaných a rozšířených norem ISO 6892-1 a ASTM E8. ISO 6892-1 je také evropská norma (EN ISO 6892-1), která má identické znění a je tedy používaná v celé Evropské unii (např. ČSN EN ISO 6892-1 v České republice). Zkušební tyče pro tento typ zkoušky tahem se obrábějí z tlustého plechu tak, aby byla co nejvíce zachována jejich tloušťka. Vzorky mají odpovídající velký průřez a obvykle vyžadují stroje pro zkoušení materiálů s vysokou zatěžovací kapacitou a rozsahem měření. Paralelní délka či zkoušená délka zkušebního tělesa se vyrábí frézováním. Neopracovaná tloušťka, pečlivé frézování a broušení šířky zajišťují, že se vzorek mění jen nepatrně, a proto jsou vlastnosti materiálu ovlivněny jen málo.

Od roku 2009 umožňují normy ISO 6892-1 a ASTM E8 automaticky řídit a regulovat deformační rychlost zkoušky. Tolerance požadované normami pro řízení deformační rychlosti (zejména zpětnovazebnou regulaci) bohatě splňují jak průtahoměry makroXtens, tak laserXtens.

ZwickRoell nabízí celou řadu standardních i zakázkových zkušebních systémů až do 2 500 kN pro stanovení charakteristických hodnot tahových zkoušek. Tyto zkušební systémy dokáží stanovit vlastnosti materiálu podle normy s vysokou přesností. Souběžně zavírané hydraulické čelisti vzorků ZwickRoell zajišťují dokonalé upnutí a usazení vzorku po celou dobu zkoušky a zabraňují prokluzům.

Ve většině případů se měření deformace podle norem provádí pomocí automatických kontaktních nebo optických (bezkontaktních) průtahoměrů. makroXtens společnosti ZwickRoell je klasické, osvědčené řešení pro zkoušky tlustých desek. Díky své mechanické robustní konstrukci s vysokým rozlišením a velmi vysokou úrovní přesnosti je makroXtens schopen odolávat velmi náročným podmínkám. Robustní mechanická konstrukce umožňuje měřit kontinuální deformaci až do lomu vzorku. Tažnost lze vyhodnotit automaticky, bez nutnosti zdlouhavého značení vzorků a ručního měření částí vzorku po lomu.

laserXtens je naše inovativní řešení pro měření deformace až do lomu vzorku, které zcela splňuje standardní požadavky (ISO 6892-1, ASTM E8, ISO 9513 a ASTM E83) pro vzorky z tlustostěnných desek. laserXtens nevyžaduje značkování zkušebních těles; na základě principu měření může laserXtens jako značky využít rastr na vzorku vytvořený pod světlem laseru. Optické vyhodnocení tohoto „samoznačkování“ funguje tak, že ani okuje a občasné jejich odlupování nezpůsobí selhání měření.

Zkoušky tvrdosti na tlustostěnných deskách se provádějí různými způsoby. V závislosti na aplikaci se provádějí zkoušky tvrdosti podle norem ISO 6506-1 (Brinell), ISO 6507-1 (Vickers), ISO 6508-1 (Rockwell) a ASTM E10 (Brinell), ASTM E384 (Vickers a Knoop) a ASTM E18 (Rockwell). V některých oblastech se používají i jiné metody nebo předpisy (například evropská norma EN 2002-7 pro aplikace v letectví a kosmonautice); pro zkoušení velkých povrchů a nedestruktivní zkoušení se používají metody QEM (například metoda 3MA), kterou uvádí Směrnice VDI/VDE 2616-1 (Zkoušení tvrdosti kovových materiálů).

Portfolio výrobků ZwickRoell nabízí tvrdoměry a přístroje pro každou zkušební metodu. Tvrdoměry a zařízení ZwickRoell splňují požadavky na měření a pro kalibraci podle všech běžných mezinárodních norem. Jako kalibrační laboratoř je společnost ZwickRoell akreditována pro kalibraci tvrdoměrů Německým národním akreditačním orgánem DAkkS.

Jedním z aspektů zkoušení tvrdosti je ověření a stanovení celkové průměrné hodnoty tvrdosti plechu po válcování. Válcování je tepelně-mechanický proces, který kromě zajištění potřebné tloušťky plechu určuje také jeho mechanické vlastnosti. K určení průměrných hodnot těchto někdy hrubých struktur se používají metody tvrdosti, které využívají vyšší síly. Přednost mají metody podle Brinella nebo Rockwella. U tlustostěnných desek se nezřídka používají přenosné tvrdoměry, které lze použít přímo na místě a na výchozím dílu. Při použití stacionárních tvrdoměrů se z velkých desek odřežou kusy, které se použijí na vzorky, nebo se z nich dále vyrobí menší díly. Další jejich úpravy záleží na konkrétních požadavcích.

Další možnosti měření tvrdosti souvisí se zkoumáním mikrostruktury – zkoušky tvrdosti mikrostruktury. Vzhledem k malým rozměrům mikrostrukturních součástí se používají tvrdoměry s malými až velmi malými silami – obvykle stacionární mikrotvrdoměry s velikostí, hloubkou vtisku a sílou, které odpovídají rozměrům mikrostrukturních součástí.

Rázová (vrubová) houževnatost materiálu je důležitou charakteristikou pro použití při stavbě potrubí a lodí. Provádí se na vzorcích Charpy na kyvadlových kladivech. Do detailu je tato zkušební metoda popsána v normách ISO 148-1 a ASTM E23. Norma ISO je totožná s evropskou normou (EN ISO 148-1).

Při rázové zkoušce metodou Charpy se standardizované vrubované vzorky vkládají ručně pomocí jednoduchých podavačů nebo pomocí automatizovaných robotických systémů a dopadá na ně kyvadlo o energii až 750 J. Zkoušky se provádí nejen při teplotě okolí, ale také za snížených teplot, aby se určila teplota přechodu lomu z tvárného na křehký. ZwickRoell dodává lázně pro úpravu teploty a temperování vzorků až do -70 °C, ale také zařízení pro úpravu teploty až do -180 °C.

Směrnice o strojních zařízeních a jejich používání definuje pro provoz kyvadlových kladiv přísné bezpečnostní požadavky, které sofistikovaná technologie společnosti ZwickRoell včetně bezpečnostního krytu bez problémů splňuje.

Zkouška padajícím závažím, jak ji popsal W. S. Pellini, se používá ke zkoumání náchylnosti ocelí ke křehkému lomu v porovnání se zastavením trhliny podle americké normy ASTM E208 a zkušebního listu SEP 1325 pro ocel a železo. Při zkoušce dopadá závaží na zkušební těleso (trámec), podepřené na obou koncích. Při určitém celkovém průhybu dojde ke křehkému porušení vlivem tahového namáhání na opačné straně vzorku vůči dopadu. Tento křehký lom je iniciován z navařené lišty s vrubem (označovaná jako startér trhliny). Poté se zjišťuje, zda se uměle vyvolaný křehký lom z tohoto startéru trhliny rozšíří na obě strany vzorku, nebo se trhlina zastaví dříve. Vznik a šíření trhliny nebo její zastavení se hodnotí opticky a manuálně. Pokud trhlina zasahuje jednu ze dvou bočních ploch, považuje se vzorek za porušený. Výsledky zkoušky závisí také na teplotě vzorku.

Padostroje pro zkoušky podle Pelliniho jsou k dispozici ve dvou velikostech s energií 550 J a 1 650 J. Maximální výška pádu je 1,0 m nebo 1,3 m. Zkušební závaží se zvedá automaticky s možností plynulého nastavení výšky pádu. V souladu s normami (ASTM E208 a SEP 1325) lze předem definované pádové energie snadno nastavit pomocí závaží. Pádová energie se vypočítá automaticky. Zkušební prostor je elektricky a mechanicky chráněn bezpečnostním okruhem. Zkoušku je možné provést až po sepnutí a odjištění všech bezpečnostních kontaktů. Ovládání se provádí pomocí dotykového displeje, na kterém se zobrazuje výška pádu, energie pádu, hmotnost závaží a nárazová rychlost.

Zkouška lomové houževnatosti KIc je důležitou charakteristikou kovových materiálů používaných tam, kde je nutná vysoká bezpečnost, jako jsou konstrukce letadel, elektráren, a dokonce i v automobilovém průmyslu. Lomová houževnatost se určuje na vzorku, na kterém byla uměle vytvořena trhlina. Trhlina se obvykle vytváří na vrubovaném vzorku s následným předcyklováním, dokud se nedosáhne definované délky trhliny. Vzorek je poté kvazistaticky zatěžován až do lomu. Lomová houževnatost K_Ic se určí z křivky zatížení-deformace a délky trhliny. Norma ASTM E399 popisuje vhodnou zkušební metodu postupu. Další příslušné normy jsou ASTM E813, E1152 a E1290.

Tuto dvoufázovou zkoušku pro stanovení K_Ic lze efektivně provést na stroji ZwickRoell Vibrophore nebo následně na zkušebním stroji ZwickRoell. Trhlina ve vzorku vzniká pod mechanicky vytvořeným vrubem a následným cyklickým zatěžováním. Díky vysoké dosažitelné frekvenci stroje Vibrophore dochází velmi rychle k tzv. přechodnému kmitání, které vytváří definovanou trhlinu. Metoda je vysoce reprodukovatelná díky velké citlivosti rezonanční frekvence na vznik trhliny.

Nejčastěji používaný tvar a geometrie vzorku se označuje jako zkušební těleso CT (kompaktní tah). Vzorek se upne do třmene a zajistí kolíky provlečenými otvory ve vzorku. Tak dochází ke kombinaci tahového a ohybového zatížení.

Kromě vzorků CT se používají vzorky SENB (těleso s vrubem pro tříbodový ohyb). Zatímco zatěžovací podmínky vzorku pro zkoušku ohybem jsou jednodušší než pro CT vzorek, požadovaný objem vzorku je výrazně větší. To je zřetelně vidět na obrázcích.