Lucrarea L5NCERCAREA MATERIALELOR LA OBOSEAL PRIN NCOVOIERE ROTATIVL5.1. Standarde de stat Principalul standard care analizeaz fenomenul de oboseal prin ncovoiere rotativ este STAS 5878-83, ncercrile metalelor, ncercarea la oboseal prin ncovoiere rotativ. Consultativ se poate folosi i standardul STAS 6488-73, solicitri variabile periodice terminologie i simboluri. L5.2. Consideraii teoretice ncercarea la oboseal prin ncovoiere i rsucire este realizat prin aplicarea unui moment de ncovoiere unei epruvete cu seciunea circular sau inelar aflat n micare de rotaie, figurile L5.1, a i b.

Fig.L5.1. Scheme funcionale pentru solicitarea de ncovoiere rotativ n figura L5.1,a este redat cazul unei epruvete n consol supus la rsucire i solicitat n captul liber de sarcina de ncovoiere P, respectiv n figura L5.1,b, cazul unei epruvete fixat ntr-un ansamblu rotitor simplu rezemat la capete i supus la ncovoiere de o for P. L5.3. Scopul lucrrii1

Se urmrete determinarea rezistenei la oboseal -1 la o solicitare de oboseal prin ncovoiere i trasarea curbei caracteristice de durabilitate tip Wohler .

2

L5.4. Aparatura folosit n laboratoarele de Rezistena Materialelor ale Facultii de Mecanic exist dou maini de ncercat la oboseal prin ncovoiere rotativ: - maina de ncercat la ncovoiere rotativ model Amsler, cu epruveta n consol, figura L5.2; - maina de ncercat, cu ansamblul portepruvet simplu rezemat, tip MUI 6000, figura L5.3. a) Maina de ncercat Amsler Maina are dou posturi de lucru, iar epruvetele 9 sunt ncastrate la un capt i solicitate la ncovoiere de forele P, figura L5.2. Ruperea se produce n seciunea periculoas a epruvetei i este determinat de momentul Mi,r . Principalele elemente componente ale mainii sunt: 1- motor electric, 2roat de curea conductoare, 3- curea de transmisie, 4- roat de curea conductoare, 6- dispozitive de fixare a epruvetelor, 7sistem de ncrcare cu greuti, 8- contor de rotaii, 9-epruvete. b) Maina de ncercat MUI 6000 Maina este desenat simbolic n figura L5.3. Aceasta se compune din urmtoarele pri principale: 1electromotor, 2- roat de curea conductoare, 3- curea trapezoidal de transmisie, 4- roat de curea condus, 5contor, 6- ax flexibil, 7- suport, 8- rulment cu bile (articulaie), 9ax conductor, 10- ansamblu mobil stnga, 11- rulmeni radiali cu bile, 12- buce elastice, 13- epruvet, 14- ax condus, 15- ansamblu mobil dreapta, 16, 17, 18- prghii ale sistemului de ncrcare, 19- greuti, 20- amortizor hidraulic, 21- roat de mn, 22urub melcat, 23- roat melcat cu piuli, 24- urub de ncrcare, 25- greutate mobil, 26- contragreutate, 27- roat de mn pentru ncrcare uoar, 28- urub, 29- melc, 30- roat melcat, 31- scal gradat. Constructiv, dimensiunile a i b au urmtoarele valori: a=100 mm, b=220 mm. Trebuie acordat o atenie deosebit preciziei mainilor de ncercat. Se impune ncadrarea lor n clasa de precizie 1%.

3

Pentru obinerea unor rezultate corecte trebuie ndeplinite cteva condiii de baz: - la montarea epruvetei, abaterea maxim de la orizontabilitate s fie mai mic de 5mm/m; - btaia radial maxim s fie n limitele 0,013mm;

Fig.L5.2. Maina de ncercat la oboseal prin ncovoiere rotativ tip Amsler

4

Fig.L5.3. Maina de ncercat la oboseal prin ncovoiere rotativ tip MUI 6000 - pe toat durata ncercrii, fixarea epruvetei trebuie s fie far alunecri n buca elastic de prindere; - precizia de citire a numerelor de cicluri s fie mai mic de 200 cicluri; - aplicarea ciclului de ncrcare s se fac far ocuri; - meninerea constant a ciclului de ncrcare ales pe toat durata ncercrii; - determinarea momentului de ncovoiere cu o precizie de 1% din valoarea de regim a acestuia.

5

L5.5. Epruvete folosite Forma epruvetei folosit la ncercarea la oboseal la ncovoiere rotativ depinde de modul de solicitare: - cu moment de ncovoiere constant; - cu moment de ncovoiere variabil. n figura L5.4 sunt redate tipurile de epruvete utilizate, astfel: n figura L5.4,a este o epruvet toroidal, cu capete de prindere cilindrice, n figura L5.4,b este reprezentat epruvet cilindric, respectiv n figura L5.4,c este redat o epruvet tronconic. Pentru maina tip Amsler din figura L5.2, cu epruvet n consol, se pot folosi toate trei tipurile de epruvete, maina lucrnd n regim de moment variabil, iar la maina MUI 6000 din figura L5.3, care lucreaz sub moment constant, se folosesc numai epruvetele a i b. n funcie de posibilitile de prindere ale mainii, epruvetele de forma a i b se pot prelucra i cu capete tronconice.

Fig. L5.4 Epruvete pentru ncecarea la oboseal prin ncovoiere rotativ

Diametrul iniial d al epruvetelor este cuprins ntre 6 i 10 mm. Dimensiunile standardizate sunt cuprinse n tabelul L5.1. Tabelul L5.1 Dimensiunile epruvetelor Lc rmin rmax d [mm] [mm] [mm] [mm] 6 18 18 32 7,5 23 25 40 9,5 29 32 506

Poriunea calibrat a epruvetei, Lc, trebuie s aib o lungime Lc 3d, iar racordarea prii calibrate se execut cu raza r, astfel: r 3d pentru epruvete cilindrice i tronconice, respectiv r 5d pentru epruvete toroidale. Forma i dimensiunile capetelor de prindere ale epruvetei se stabilesc corespunztor dispozitivelor de fixare i de aplicare a sarcinilor, conform prescripiilor din cartea tehnic a mainii. Prelevarea epruvetelor i procedeul de prelucrare al acestora se indic n standard sau n documentaia tehnic a produsului, s nu fie influenat structura i caracteristicile mecanice ale materialului, iar tensiunile remanente la suprafaa epruvetei s fie reduse la minim. L5.6. Formule de calcul Tensiunea la ncovoiere cu relaia (L5.1): 1 =Mi Wy [ N / mm 2 ]

n seciunea de rupere se determin

Wy - modulul de rezisten axial,Wy =

(L5.1)

d3 [mm 3 ] 32

(L5.2)

Momentul ncovoietor Mi depinde de maina folosit pentru ncercare, astfel: - pentru epruveta n consol, la maina tip Amsler: Mi=Pli [Nmm] (L5.3) - pentru epruveta supus la ncovoiere pur, utiliznd maina MUI 6000:Mi = Pa [ N mm] 2

(L5.4)

n vederea trasrii curbei de durabilitate Whler se vor determina numerele de cicluri Ni cu formula (L5.5): Ni=ti n 60 [cicluri] (L5.5) unde: tr timpul de ncercare pn n momentul ruperii epruvetei, n secunde; n-turaia nominal a epruvetei, n rot/min .7

L5.7. Efectuarea ncercrii Pentru realizarea ncercrii la oboseal prin ncovoiere rotativ, n vederea trasrii curbei de durabilitate tip Whler, se execut loturi de cel puin opt epruvete, din acelai material, aceeai arj de elaborare, conform figurii L5.4,a sau L5.4,c pentru maina tip Amsler, respectiv conform figurii L5.4,b pentru maina tip MUI 6000. ncercarea impune urmtoarele etape importante: - msurarea dimensiunilor epruvetelor; - montarea epruvetei n dispozitivele de fixare ale mainii i se verific centrarea acesteia; - se regleaz contorul de cicluri i se citete indicaia acestuia, n1 ; - se ncarc epruveta cu o sarcin P1 care s produc o tensiune maxim de ncovoiere max=0,6r=1 ; - se pornete maina i se urmrete funcionarea sa pn la ruperea epruvetei; - se citete indicaia contorului de cicluri n2, s-au se noteaz timpul de funcionare ti; - se determin numrul de cicluri Ni =(n2 -nx)iT , sau cu relaia (L5.5). Raportul de transformare al contorului pentru maina Amsler, iT =100; - se scoate epruveta rupt i se monteaz a doua epruveta; - se ncarc epruveta cu o sarcin P2 care s realizeze o tensiune 2=1-(1020 N/mm2) - se repet etapele pn la epuizarea ntregului lot de epruvete. ncercarea se consider ncheiat cnd numrul de cicluri pentru ultima epruveta atinge valoarea No =107 cicluri pentru oeluri, respectiv N0 = 108 cicluri pentru aliaje neferoase, far ca epruveta s se rup. Dup efectuarea practic a ncercrii se vor reine perechile de valori (Ni, i ) care se vor reprezenta la scar pe hrtie milimetric conform figurii L5.5. Rezistena la oboseal R reprezint ordonata asimptotei orizontale construit la numerele de cicluri8

N0, mrime numit baz de ncercare. Not. innd seama de durata mare de timp necesar ncercrii unui lot complet de epruvete, iar lucrarea avnd un caracter didactic, demonstrativ, n cadrul edinei de laborator cu studenii se vor ncerca NUMAI dou sau trei epruvete.

Fig. L5.5 Curba de durabilitate Whler L5.8 Rezultatele ncercrii Datele iniiale referitoare la epruvete i ncrcare, datele experimentale obinute n timpul ncercrii i caracteristicile calculate se vor reine n tabelul L5.2. Tabelul L5.2. Rezultatele ncecrii Nr. Mat. crt. epr. Date iniiale Date exp. Caracteristici d mm 1 2 oel 5 li , a mm 3 35 Wy Mi N2 , ti i Ni -1 P N1 , n 3 2 N rot/min Nmm sec N/mm mm N/mm2 4 5 6 7 8 9 10 11 12,27 49 70266 1715 71360 140 109400 78

0 1 2 3

9

L5.9. Observaii Se vor urmrii cteva aspecte: - modul de deformare al epruvetei n timpul solicitrii; - seciunea de rupere i aspectul acesteia; - dac au fost ncercate epruvete suficiente, se va trasa curba de durabilitate a materialului (curba lui Wohler).

10