Badanie własności metali w temperaturach

Badanie własności mechanicznych metali w temperaturach różnych od temperatury otoczenia (20oC) dzieli się na badania: statyczne, dynamiczne, zmęczeniowe. Podstawą podziału jest kryterium oddziaływania obciążenia na metal podczas próby.

Badanie w warunkach statycznych odznacza się powolnym, jednostajnym przyrostem obciążenia od zera do określonej wartości. Badanie w warunkach dynamicznych polega na natychmiastowym przyroście obciążenia, natomiast w warunkach zmęczeniowych na cyklicznej zmianie obciążenia oddziałującego na materiał. Badania można również skategoryzować wedle czasu trwania na krótko- i długotrwałe, przy czym próby dynamiczne są wyłącznie krótkotrwałe, próby zmęczeniowe wyłącznie długotrwałe, a próby statyczne mogą być krótko- i długotrwałe.

Jedną z istotniejszych prób długotrwałych z wykorzystaniem obciążeń statycznych, które przeprowadza się w podwyższonej temperaturze, jest badanie metali na pełzanie oraz na relaksację. Próby na pełzanie odbywają się przy stałym obciążeniu i temperaturach, a w próbach na relaksację mierzony jest spadek wartości naprężenia w czasie przy stałej temperaturze. Co istotne, wyniki uzyskane przy badaniu metalu na pełzanie są skorelowane z wynikami osiąganymi przez materiał w badaniu na relaksację.

Próby statyczne rozciągane

Najczęstszą próbą własności mechanicznych metali oraz ich stopów w temperaturach różnych od temperatury otoczenia jest próba rozciągania. Za jej pomocą określa się wskaźniki plastyczności i własności wytrzymałościowych: R_m^t, R_e^t, E^t, A^t i Z^t, oraz wykresy zmian tych własności w temperaturze: R_m-f(T), R_e-f(T), E-f(T), A-f(T), Z-f(T).

Próby te przeprowadzane są na maszynach wytrzymałościowych, tj. zrywkach, które umożliwiają uzyskiwanie zróżnicowanych wysokich i niskich temperatur. Jeżeli metal silnie się utlenia w wysokich temperaturach, wówczas powierzchnia próbki musi być zabezpieczona przed korozją gazową na gorąco.

Przeprowadzając próbę rozciągania statycznego, należy zwrócić uwagę na szybkość obciążania próbki. Prędkość odkształcania wywiera znaczący wpływ na wartość granicy wytrzymałości na rozciąganie i na granicę plastyczności.

Próba udarności

Kolejną krótkotrwałą próbą stosowaną do określania własności plastycznych metali tworzyw konstrukcyjnych jest próba udarności. Dzięki przeprowadzaniu temperatury udarności możliwe jest określenie stanów i zakresów występowania kruchości metalu. Zwykle próbę udarności przeprowadza się dla metali oraz ich stopów przeznaczonych do pracy w warunkach niskich i obniżonych temperatur.

Próg kruchości reprezentujący temperaturę graniczną, przy której dochodzi do przejścia ze stanu plastycznego do kruchego, zależy od temperatury pracy materiału. Próbę udarności przeprowadza się również dla stopowych stali konstrukcyjnych, by wykryć ich zakresy kruchości na gorąco.

Próbę udarności przeprowadza się na młotach zrywkowych, z tą różnicą, że próbkę izoluje się od korpusu, by ta nie nagrzewała się lub ochładzała. Jedną z metod określania temperatury próbki w czasie jej łamania jest zmierzenie czasu od chwili jej wyjęcia z ośrodka w danej temperaturze do chwili złamania próbki, posługując się charakterystyką T-f(t).