Badanie grubej blachy

Badanie na rozciąganie grubej blachy przeprowadza się głównie zgodnie z uznanymi na arenie międzynarodowej i szeroko stosowanymi normami ISO 6892-1 i ASTM E 8 . Norma ISO 6892-1 jest również normą europejską (EN ISO 6892-1) i dlatego obowiązuje również w krajach Unii Europejskiej. (np. w Niemczech jako DIN EN ISO 6892-1). Próbki do próby rozciągania do tej próby rozciągania pobiera się z grubych blach w taki sposób, aby, jeśli to możliwe, grubość blachy została zachowana jako grubość próbki. Próbki rozciągające mają odpowiednio duży przekrój i zwykle wymagają maszyn do badania materiałów w wyższych zakresach obciążeń lub w dużym zakresie obciążeń. Długość równoległą lub część próbki odkształcającą się pod wpływem siły badawczej wytwarza się poprzez frezowanie. Nieobrobiona grubość oraz delikatne frezowanie i wykańczanie szerokości próbki zapewniają, że materiał próbki ulega bardzo niewielkim zmianom w wyniku przygotowania próbki, a tym samym niewielki wpływ na właściwości materiału.

Od 2009 r. normy ISO 6892-1 i ASTM E 8 umożliwiają automatyczną kontrolę i regulację prędkości badania za pomocą szybkości odkształcania (zwanej również szybkością odkształcania). Tolerancje wymagane w normach dotyczących regulacji szybkości wydłużenia (w szczególności dotyczące regulacji szybkości wydłużenia w „closed loop“) można bardzo dobrze spełnić zarówno w przypadku ekstensometrów makroXtens, jak i laserXtens.

ZwickRoell oferuje szeroką gamę standardowych i dostosowanych do potrzeb klientów systemów badawczych o wytrzymałości do 2500 kN do określania właściwości materiałów na podstawie próby rozciągania . Dzięki tym systemom badawczym można określić właściwości materiału zgodnie z normami i z dużą dokładnością. Zamykane równolegle, hydrauliczne uchwyty mocujące firmy ZwickRoell zapewniają doskonałe mocowanie i prowadzenie próbek przez cały czas trwania badania. We wszystkich przypadkach można uniknąć wyślizgnięcia się próbki w hydraulicznych uchwytach mocujących.

Pomiar wydłużenia zgodnie z normą w większości przypadków przeprowadza się za pomocą automatycznych ekstensometrów dotykowych lub optycznych (bezkontaktowych). Klasycznym rozwiązaniem dla ekstensometru do badania próbek z blachy grubej, które sprawdziło się przez wiele lat, jest makroXtens z firmy ZwickRoell. Dzięki swojej konstrukcji mechanicznej makroXtens łączy w sobie wysoką rozdzielczość i wysoką dokładność z bardzo dużą wytrzymałością, nawet w trudnych warunkach. Dzięki bardzo wytrzymałej konstrukcji mechanicznej pomiar wydłużenia można prowadzić w sposób ciągły aż do pęknięcia próbki. Dzięki temu możliwe jest automatyczne określenie wydłużenia przy zerwaniu bez konieczności rozdzierania próbki i ręcznego pomiaru jej po złożeniu pozostałości próbki.

Innowacyjnym rozwiązaniem do pomiaru wydłużenia do momentu pęknięcia próbki jest laserXtens. laserXtens doskonale spełnia również wymagania norm (ISO 6892-1, ASTM E 8, a także ISO 9513 i ASTM E83) dla próbek z grubych blach. laserXtens nie wymaga żadnych oznaczeń na próbce; ze względu na zasadę pomiaru laserXtens może wykorzystywać wzór na powierzchni utworzony przez samo światło lasera jako oznaczenia. Ocena wizualna tego „samoznaczenia” przeprowadzana jest w taki sposób, aby nawet podpałka i okazjonalne odpryski krzesiwa nie zakłóciły „samooznaczenia”.

Badanie twardości grubych blach przeprowadza się w różnych aspektach. W zależności od zapytania metody badania twardości wg ISO 6506-1, (metoda Brinella), ISO 6507-1 (metoda Vickersa), ISO 6508-1 (metoda Rockwella) oraz ASTM E10 (metoda Brinella), ASTM E384 (metoda Vickersa) i metoda Knoopa) oraz ASTM E18 (proces Rockwella). Ponadto w niektórych obszarach zastosowań stosowane są inne procedury lub przepisy (np. europejska norma EN 2002-7 dotycząca obszarów zastosowań w lotnictwie i kosmonautyce); Do zastosowań wielkopowierzchniowych i nieniszczących stosowane są także tak zwane metody QEM (np. metoda 3MA), opisane w wytycznej VDI, VDI/VDE 2616-1 (badanie twardości materiałów metalowych).

Portfolio produktów ZwickRoell obejmuje maszyny i urządzenia do badania twardości do wszystkich procedur. Maszyny i urządzenia do pomiaru twardości ZwickRoell spełniają powszechne standardy międzynarodowe i mogą być również kalibrowane zgodnie z odpowiednimi normami międzynarodowymi. ZwickRoell posiada akredytację laboratorium kalibracyjnego DAkkS do kalibracji maszyn do pomiaru twardości.

Jednym z aspektów jest sprawdzenie i zapewnienie średniej twardości globalnej blach po walcowaniu. Walcowanie jest procesem termomechanicznym, który oprócz regulacji grubości blachy określa również jej właściwości mechaniczne. Do tego testu twardości stosuje się metody badania twardości, które działają z większymi siłami, aby uzyskać średnią w stosunku do czasami grubej struktury. Dlatego korzystnie stosuje się procesy Brinella lub procesy Rockwella. W przypadku blach grubych często stosuje się przenośne urządzenia do pomiaru twardości, które można wykorzystać na miejscu na oryginalnej części. W przypadku stosowania stacjonarnych maszyn do pomiaru twardości próbki pobierane są z blach grubych. Służą one albo same jako próbki do badań, albo z próbek pobierane są mniejsze próbki do badania twardości i, jeśli to konieczne, dalej przygotowywane do badania twardości.

Innym aspektem badania twardości jest sprawdzanie konstrukcji za pomocą badań twardości elementów konstrukcyjnych. Ze względu na niewielkie rozmiary elementów konstrukcyjnych stosuje się tu maszyny do badania twardości o małych lub bardzo małych siłach, najczęściej stacjonarne urządzenia do badania mikrotwardości, których wielkość i głębokość wgłębień można dostosować do wymiarów elementów konstrukcyjnych za pomocą sił zagłębienia.

W przypadku zastosowań w budowie rurociągów i przemyśle stoczniowym ważnym parametrem jest udarność materiałów z karbem. Można to określić za pomocą młotów do badania udarności na próbkach Charpy'ego. Metoda badawcza jest opisana w międzynarodowych normach ISO 148-1 i w ASTM E23 . Norma ISO jest jednocześnie normą europejską (EN ISO 148-1).

W próbie zrywania udarowego z karbem normowe próbki zostają nakładane ręcznie lub także przy użyciu prostych urządzeń pomocniczych lub za pomocą automatycznych zrobotyzowanych systemów i uderzane z energią do 750 J. Badania przeprowadza się w temperaturze pokojowej, ale także w niskich temperaturach, w celu m.in. określenia temperatury przejścia z dużej wysokości na niską wysokość w niskich temperaturach. Do prawidłowej kontroli temperatury próbek firma ZwickRoell oferuje odpowiednie łaźnie do kontroli temperatury do -70°C lub urządzenia do kontroli temperatury do -180°C.

Dyrektywa maszynowa nakłada wysokie wymagania bezpieczeństwa na działanie młotów do badania udarności. Dzięki obudowie ochronnej i zaawansowanej technologii bezpieczeństwa ZwickRoell spełnia wszystkie wymagania europejskich przepisów bezpieczeństwa.

Badanie opadającego ciężaru według W. S. Pelliniego służy do badania tendencji stali do kruchego pękania w celu porównawczej oceny zachowania w zakresie absorpcji pęknięć zgodnie z amerykańską normą ASTM E208 i zgodnie z arkuszem testowym stal-żelazo SEP 1325. Podczas badania ciężar spada na prostokątną próbkę, podpartą na obu końcach. Spadający ciężar powoduje kruche pękanie po stronie rozciągającej próbki w ramach zadanego całkowitego ugięcia. To kruche pęknięcie jest wywoływane przez nałożony po tej stronie karbowany ścieg spoiny – tzw. starter pęknięcia. Badanie to pozwala określić, czy kruche pęknięcie wywołane sztucznym starterem pęknięć rozprzestrzenia się na jedną z dwóch bocznych powierzchni próbki, czy też zostaje wcześniej wyłapane. Rysy lub pęknięcia ocenia się wizualnie i ręcznie. Jeśli pęknięcie dotrze do jednej lub obu powierzchni bocznych, próbkę uważa się za pękniętą. Badania przeprowadza się także w zależności od temperatury próbki.

Młoty opadowe do badania Pelliniego dostępne są w dwóch rozmiarach o energiach 550 J i 1650 J. Maksymalna wysokość spadku wynosi 1,0 m lub 1,3 m. Ciężar opadający jest podnoszony automatycznie. Wysokość spadku można regulować bezstopniowo. Zgodnie z normami (ASTM E208 i SEP 1325) określone energie spadku osiąga się poprzez proste włożenie opadających ciężarków. Energia opadania jest obliczana automatycznie. Przestrzeń badawcza jest chroniona elektrycznie i mechanicznie poprzez obwód bezpieczeństwa. Badanie zostanie uruchomione i przeprowadzone dopiero po sprawdzeniu wszystkich styków bezpieczeństwa. Mechanizm młota opadowego Pelliniego obsługiwany jest za pomocą ekranu dotykowego, na którym wyświetlana jest wysokość opadania, energia opadania, masa opadająca i prędkość opadania.

Odporność na pękanie K1c jest ważnym parametrem materiałów metalicznych w zastosowaniach istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa, takich jak budowa samolotów, budowa elektrowni, ale także budowa samochodów. Odporność na pękanie określa się na podstawie próbki, w której sztucznie wprowadzono pęknięcie. Pęknięcie zwykle wprowadza się poprzez nacięcie próbki, a następnie wibrowanie próbki aż do osiągnięcia określonej długości pęknięcia. Próbkę poddaje się następnie obciążeniu quasi-statycznemu aż do pęknięcia. Odporność na pękanie K_1c można wyznaczyć z krzywej siła-odkształcenie i długości pęknięcia. Norma ASTM E399 określa, w jaki sposób należy przeprowadzić badanie. Inne istotne normy to ASTM E813, E 1152 i E 1290.

Dwuetapowe badanie do określenia K_1c można bardzo skutecznie przeprowadzić na ZwickRoell rezonansowych systemach badawczych (Vibrophore) i na ZwickRoell maszynach wytrzymałościowych . Pękanie próbki spowodowane jest mechanicznie powstałym karbem, a następnie cyklicznym obciążeniem. Tak zwane oscylacje prowadzące do powstania określonego pęknięcia zachodzą bardzo szybko ze względu na wysoką częstotliwość, jaką można osiągnąć za pomocą systemów badań rezonansowych (Vibrophore) i są bardzo powtarzalne ze względu na dużą wrażliwość częstotliwości rezonansowej na powstawanie pęknięć.

Najczęściej stosowaną geometrię próbki nazywa się próbą kontaktową lub próbą CT (w j. angielskim: Compact Tension). Obciążenie przykładane jest poprzez przetyczki umieszczone w nawierceniach. Powoduje to mieszane obciążenie rozciągające i zginające.

Oprócz próbek CT stosowane są również próbki czystego zginania, tak zwane próby SENB. Chociaż warunki obciążenia próbki zginanej są prostsze niż w przypadku próbki CT, wymagana objętość próbki jest znacznie większa. Dobrze to widać na zdjęciach.