POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa
Ćwiczenia laboratoryjne z Materiałoznawstwa.
Nr ćw. 4	Temat ćwiczenia: Badanie stali konstrukcyjnych niestopowych
Wykonał: Tomasz Wardyn		Grupa: 2 B (zarz)	Ocena:	Data oddania:

1. Cel

Zapoznanie się z metodyką przeprowadzenia próby wyznaczania temperatury przejścia stali w stan kruchy oraz zapoznanie się z odpowiednimi pojęciami, jak i badanie udarności próbek i wyznaczanie kategorii stali wg norm.

2. Metodyka

Problem kruchych pęknięć pojawił się w okrętownictwie, jako skutek uboczny wprowadzenia spawania do budowy statków. Było to wynikiem zastosowania stali o niewłaściwym składzie chemicznym, zmianami strukturalnymi w strefie wpływu ciepła złącza spawanego, spawalniczymi naprężeniami oraz karbami na krawędzi nadlewu i w grani spoiny.

Udarowa próba zginania próbek z karbem, zwana próbą udarności, służy do oceny zachowania się stali pod działaniem następujących czynników sprzyjających kruchemu pękaniu:

- ostrego karbu

- dużej szybkości przyrostu odkształcenia (udarowe działanie siły)

- obniżonej temperatury.

Próba udarności służy, jako podstawowe kryterium oceny odporności materiału na kruche pękanie, a wymagania odnośnie do wartości pracy złamania próbek ze stali kadłubowych w określonych temperaturach są podstawą podziału tych stali na kategorie.

Laboratoryjnym celem było wyznaczenie temperatury, przy której próbka całkowicie pęknie.

Próbę udarności w temperaturze pokojowej przeprowadza się w temperaturze 18-28^oC. Próby udarności w temperaturach obniżonych przeprowadza się wg wymagań towarzystw klasyfikacyjnych zgodnie z normą PN-79/H-04371.

Schładzanie próbek przeprowadza się w termostacie, wykonanym jako naczynie o podwójnych ściankach lub z materiału izolacyjnego. Termostat musi umożliwiać pomiar temperatury środka chłodzącego. Jako środek oziębiający stosuje się ciecz, która nie zamarza w temperaturze próby. Najczęściej do tego celu używa się denaturatu, którego temperaturę obniża się za pomocą suchego lodu lub ciekłego azotu. Po osiągnięciu przez ośrodek wymaganej temperatury suchy lód wyjmuję się z cieczy, a komorę zamyka się szczelnie. Próbki należy zostawić w ośrodku oziębiającym jeszcze, co najmniej przez 15 minut (przepisy PRS [50]). Przy temperaturze próby do -60^oC temperatura ośrodka powinna być niższa o 4^oC poniżej temperatury próby. Kleszcze służące do wyjęcia próbki z ośrodka oziębiającego powinny być oziębiane razem z próbkami. Czas od chwili wyjęcia próbki z ośrodka oziębiającego do złamania nie powinien być większy niż 5s. Po wyjęciu próbki z ośrodka należy ją otrząsnąć w celu usunięcia z niej pozostałości cieczy chłodzącej.

Należy zaznaczyć, że wartość udarności (lub energii łamania) bardzo silnie zależy od geometrii próbki, a zwłaszcza karbu. Stąd udarności nie można uznać za jednoznaczną własność materiałową. Geometrie konstrukcji są zwykle odmienne od próbek, stąd niemożliwe jest bezpośrednie zastosowanie wyników prób udarności do obliczenia analizy odporności konstrukcji na kruche pękanie. Nawet temperatura przejścia materiału w stan kruchy, która określa najniższą dopuszczalną temperaturę eksploatacji konstrukcji, silnie zależy od ostrości karbu.

3. Wyniki

• Próby w niskiej temperaturze nie przeprowadziliśmy z przyczyn technicznych (zabrakło ciekłego azotu)

• Próba w temperaturze pokojowej została wykonana w ubiegłym roku na zajęciach z Materiałoznawstwa i Technik Wytwarzania.

Okazano nam 5 próbek, których próbę udarności przeprowadzono w czterech różnych temperaturach:

• -14^oC - Przełom ciągliwy w 45%, reszta kruchy. Ciągliwy na obwodzie i na przeciwko karbu.

• -14^oC - Stal ST35 - Próbka nie pękła, ale dookoła widać oznaki kruchości. Wykazuje zdolność do kruchego pękania w niższych temperaturach.

• -20^oC - Przełom ciągliwy w 25-30%, reszta kruchy. Ciągliwy na obwodzie i naprzeciwko karbu.

• -40^oC - Przełom ciągliwy w 13-14%, reszta kruchy. Ciągliwy tylko naprzeciwko karbu.

• -60^oC - Przełom ciągliwego brak, widoczny w 100% przełom kruchy

Przełom ciągliwy: Widoczny zazwyczaj naprzeciwko karbu. Przy wyższych temperaturach

również na obwodzie. Niewidoczny u góry od strony karbu.

Charakteryzuje się kolorem matowym.

Przełom kruchy: Ziarnisty, skrzący się, lśniący.

4. Analiza

T[^oC]	KV[J]
20	159,79
0	155,33
-10	89,44
-14	72,64
-20	26,64
-40	11,38
-60	5,14
-80	4,95

Granica plastyczności:

Granica wytrzymałości:

Wydłużenie A%:

Po analizie otrzymanego świadectwa odbioru i porównaniu go z wytycznymi zawartymi w przepisach PRS: „Przepisy klasyfikacji i budowy statków morskich. Część IX: Materiały i Spawanie”.

Po analizie składu chemicznego zawartego w świadectwie, granicy plastyczności, granicy wytrzymałości oraz wydłużenia, jaki analizie stanu dostawy stwierdzam, że stal spełnia wszystkie wymagania dotyczące kategorii A.

5. Wnioski

# Zgodnie z wykresem krzywej temperaturowej przejścia stali w stan kruchy temperatura kruchości wynosi -14^oC.

# Im wyższa temperatura, tym mniej próbek pękło.

# Wraz ze wzrostem wytrzymałości maleje plastyczność materiału.

# Badana stal należy do kategorii A

# Próby udarności są tanie i proste w wykonaniu. Długoletnie doświadczenie stosowania tych prób w przemyśle okrętowym sprawia, że są one skutecznym miernikiem jakości materiałów pod względem ich odporności na kruche pękanie, stosowanym powszechnie przy klasyfikacji stali kadłubowych.