Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Transkript

1 Material föreläsning 4 HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

2 Tisdag 29:e November 10:15 15:00 PPU105 Material Förmiddagens agenda Allmän info Bortom elasticitet: plasticitet och seghet ch 6 Paus Hållfasthetsbegränsad design ch 7 Eftermiddagens agenda Arbete med gruppuppgiften 2

3 Allmän info Redovisning av gruppuppgiften tisdag och torsdag v49 13:15 16:00 Obligatorisk närvaro Varje grupp får max 20 minuter för sin redovisning Färdiga PowerPoint-presentationer läggs ned på P: senast måndagen före redovisning Tisdag 6 dec redovisar grupp: 13:15 14:00: 1, 2, 3 14:15 15:00: 4,5, 6 15:15 16:00: 7, 8, 9 Torsdag 8 dec redovisar grupp: 13:15 14:00: 10, 11, 12 14:15 15:00 : 13, 14,15 15:15 16:00 : 16, 17, 18 3

4 Allmän info Tentamen Torsdagen 15 Dec går vi igenom lite typiska uppgifter Ni får ut några exempeluppgifter att öva på Torsdag 5 Jan har vi en eftermiddag med genomgång av kursen och övningsuppgifter Torsdag 12 Jan 14:10 18:30 Tentamen 4

5 Gruppuppgiften i eftermiddag Vi har tillgång till datorsal L325 & L3116 och Prototyplabbet Era produkter finns i prototyplab 2 grupper per produkt åt gången 13:15 14:00 Grupp 1 10 i prototyplab 14:00 14:15 Paus 14:15 15:00 Grupp i prototyplab 5

6 Material och hållfasthetslära Bortom elasticitet: plasticitet och seghet kapitel 6 6

7 Plasticering Sträckgränsen, R e, är den spänning bortom vilken materialet plasticerar deformationen blir permanent Bestäms genom dragprov Enhet MPa eller N/mm 2 Sträcktöjningen är den maximala elastiska töjningen R e /E i storleksordningen 0,1-1 %

8 Spänning Töjningskurva: Metall Figure 6.1 Sträckgränsen, R p0,2 är den spänning som ger 0.2% resttöjning Då spänningen passerar sträckgränsen deformationshärdar många metaller Maximala spänningen är definierad som brottgränsen R m

9 Spänning Töjningskurva: Polymer Sträckgränsen R e är den spänning då kurvan blir märkbart olinjär, typiskt vid 1% töjning, R p1 Hur polymeren uppträder vid spänningar över sträckgränsen beror på temperaturen i förhållande till glastemperaturen Figure 6.2

10 Spänning Töjningskurva: Keramer Glas och keramer har en sträckgräns men den är så hög att den inte nås vid ett dragprov materialet når sin brottgräns först Elasticitetsgränsen R e är slutet av den elastiska delen av spänning-töjningskurvan Figure 6.3

11 Hårdhetstest Drag- och kompressionsprov kräver stora provkroppar och är förstörande hårdhetstest kräver liten volym och kan vara icke-förstörande I ett hårdhetstest pressas en diamant- eller klotformad indenter in i ytan på materialet Hårdheten hos materialet är ett mått på motståndet mot intryckning Figure 6.4

12 Olika typer av hårdhetstest Vanligast är Brinell, Vickers och Rockwell De olika skalorna kopplar alla till sträckgränsen, R e Figure 6.5

13 Sann spänning och töjning När ett material plasticeras så kan dimensionerna ändras betydligt. Den sanna spänningen och töjningen tar hänsyn till detta vilket den nominella inte gör. Figure 6.6

14 Styrka Vikt diagram Figure 6.7

15 Styvhet Styrka diagram Figure 6.8 Sträcktöjningen är den töjning vi har då vi uppnår sträckgränsen R e /E polymerer har stor sträcktöjning ( ) medan metaller är minst en faktor 10 mindre

16 Liten paus kanske? 16

17 Ideal Styrka Spännings töjningskurva för en atombindning Idealt så är styrkan hos ett material kraften som krävs för att bryta atombindningen En bindning brister om den sträcks mer än ungefär 10% Kraften som krävs blir då: Figure 6.9

18 Figure 6.10

19 Kristallina defekter Defekter i metaller och keramer hindrar dem från att uppnå sin ideala styrka Vanliga defekter: (a) (b) (c) (d) Vakanser Inlösta atomer; substitutionslösning eller interstitiell lösning Dislokationer Korngänser Figure 6.11

20 Dislokationsrörelser För att en dislokation ska kunna röra sig krävs bara att ett fåtal bindningar bryts mycket lättare än att bryta alla bindningar i planet Kristaller har glidplan och glidriktningar i vilka dislokationer rör sig lättare En dislokationsrörelse är mycket liten men med tillräckligt många i en kristall så får vi makroskopiska deformationer Figure 6.15

21 Öka styrkan För att öka styrkan hos kristallina material måste vi göra det svårare för dislokationer att röra sig Figure 6.18

22 Lösningshärdning Legering tillsats av andra atomer Legeringsatomerna är oftast större vilket hindrar dislokationerna

23 Deformationshärdning Vi ökar antalet dislokationer genom plastisk deformation

24 korngränshärdning Kornstorleken är typiskt μm Dislokationerna har svårt att passera en korngräns eftersom glidplanen inte sammanfaller Små korn ger hårdare material

25 Öka styrkan hos polymerer Dislokationer påverkar inte styrkan hos icke-kristallina material, här måste vi istället titta på glidning mellan polymerkedjorna Glidning kan försvåras mha dragning, tvärbindningar eller förstärkning med partiklar eller fibrer

26 Nominella Spännings-töjningskurvor Figure 6.23 Starkare legeringar har ofta lägre seghet

27 Material och hållfasthetslära Hållfasthetsbegränsad design kapitel 7 27

28 En Stark och Lätt Dragstång Målsättning Minimera massan Begränsningar Längden är given Måste klara lasten F Fria variabler Materialval Tvärsnittsarea (eliminera) Maximera

29 En Stark och Lätt Panel Samma procedur Ställ upp en ekvation för massan Finn ett yttryck för maximal spänning Använd detta för att eliminera tjockleken h Maximera

30 En Stark och Lätt Balk För en balk kan vi ofta välja både höjd och bredd fritt För ett kvadratiskt tvärsnitt:

31 Styrka - Vikt Materialindex för en stark och lätt stång, balk och panel Figure 7.8

32 Elastiskt gångjärn Målsättning Maximal elastisk töjning Begränsning Maximal spänning Minsta radie som gångjärnet klarar Bästa material är det som kan böjas till minsta radien

33 Fjädrar Maximera Figure 7.10

34 Styrka E-modul Material för elastiska gångjärn och fjädrar polymerer är bäst för elastiska gångjärn medan höghållfasta stål, kolfiberarmerad plast och vissa polymerer och elastomerer är bäst för fjädrar Figure 7.9

35 Fullplasticering: Metallformning Vi kan ändra form och egenskaper för många metaller genom att belasta dem över sträckgränsen plastisk bearbetning Detta bidrog till den industriella revolutionen på 1900-talet (a) (b) (c) (d) Figure 7.11 valsning extrudering smide plåtformning