Determinari asupra metalelor si produselor metalice - determinari pe otel/otel beton

1. ASPECTE TEORETICE

Materialele metalice sunt foarte utilizate in domeniul constructiilor, atat individual cat si asociate cu alte materiale, datorita rezistentelor mecanice si comportamentului ductil la rupere.

Caracterizarea produselor din punct de vedere fizico-mecanic, tehnologic si chimic este necesara atat pentru partea de proiectare cat si pentru partea de evaluare a conformitatii.

Testele pentru caracterizarea metalelor sunt utilizate pentru determinarea unor caracteristici generale fizico-chimice si mecanice.

Testele asupra produselor metalice utilizate in constructii, incearca sa puna in evidenta caracteristici legate de utilizare, cum ar fi: comportarea la indoire sau la indoire-dezdoire, la soc, la oboseala, pe langa cele clasice de tractiune, care insa se desfasoara tinand cont de particularitatile produsului.

Lucrarea prezinta o serie de teste desfasurate atat pe metale - otel cat si pe produse metalice. In ceea ce priveste produsele metalice, accentul a fost pus pe determinari asupra otelului beton.

2. SCOPUL LUCRARII

Insusirea ordinelor de marime ale proprietatilor unor produse de armare din otel precum si a modalitatilor de testare.

3.DETERMINARI PE OTEL/OTEL BETON

3.1. Determinarea caracteristicilor de tractiune ale otelului beton

3.1.1. Principiul metodei

Caracteristicile de tractiune sunt utilizate pentru estimarea comportamentului materialului in structuri; pentru aceasta, sunt necesare date referitoare la domeniul elastic, rezistenta maxima precum si informatii despre ductilitate.  

Metoda de incercare consta in aplicarea unei deformatii asupra probei si masurarea fortei cu care proba se opune acestei actiuni; in timpul si dupa terminarea actiunii masinii de incercare se pot inregistra si alti parametri.

Principalele notiuni vor fi prezentate in cele ce urmeaza:

Diametru nominal d_o- diametru declarat de producator

Diametru efectiv d - diametru determinat din masuratori

Efort unitar σ : raportul dintre forta de tractiune aplicata probei si sectiunea transversala initiala a acesteia

Rezistenta la tractiune R_m - forta maxima suportata de proba raportata la aria sectiunii

Limita de curgere R_e - raportul dintre forta maxima inregistrata inainte de curgere F_e (daca aceasta apare) si aria sectiunii

Limita de curgere corespunzatoare unei deformatii neproportionale R_p0.2 raportul dintre forta inregistrata la o deformatie neproportionala de 0.2% - F_p0.2 si aria sectiunii nominale (se determina din diagrama trasata cu ajutorul unui extensometru)

Lungire Δl=l-l_o : diferenta dintre lungimea finala (l) si initiala (l_o) a unei portiuni a probei

Deformatie relativa ε = Δl/l_o : lungirea raportata la lungimea initiala a portiunii luata in considerare; se poate exprima si in procente;

Alungire la forta maxima A_gt: deformatia relativa (%) la forta maxima inregistrata

Alungire la rupere A₅, A₁₀: deformatia relativa (%) determinata pentru un segment cu lungimea de 5 respectiv 10 diametre nominale cu zona de rupere amplasata cat mai central

Curba efort-deformatie: reprezentare in coordonate carteziene a eforturilor aparute in epruveta functie de alungirea produsa acestei intr-o regiune calibrata. (figura.1)

Figura 1. Tipuri de curbe efort - deformatie pentru otel beton

3.1.2. Corpuri de incercare

Corpurile de incercare sunt bare drepte de otel beton

3.1.3. Dispozitive de masura/Aparatura

Masina de incercare la tractiune

Subler

3.1.4.Mod de lucru

Proba - bara de otel beton cu lungimea L intre 400-600mm se masoara cu o ruleta si se cantareste (M); valorile se trec in tabelul urmator.

Proba se insemneaza din cm in cm pe lungime si se fixeaza intre falcile presei.

Se aplica o incarcare cu o viteza de crestere de 8-10N/mm²s pana la atingerea palierului de curgere (F_e) se citeste valoarea si apoi se mareste viteza de crestere a incarcarii la 80-100N/mm²s pana la rupere; se citeste valoarea inregistrata (F_m).

Se determina A₅ sau A₁₀ prin masurarea distantei dintre capetele unui segment cu lungimea initiala de 5 respectiv 10 diametre, amplasat cat mai central in zona rupturii si raportarea la lungimea initiala a segmentului, exprimata in procente.

Se determina A_gt prin masurarea distantei dintre capetele unui segment cu lungimea initiala de 100mm, amplasat cat mai departe de zona rupturii (dar in zona dintre bacuri) si raportarea la lungimea initiala a segmentului, exprimata in procente.

3.1.5. Calcul si exprimare rezultate

Parametru	UM	Formula	Otel neted	Otel profilat
Diametru nominal (do)	mm
Aria sectiunii nominale So	mm2	So=3.14*do2/4
Lungime proba (L)	mm			Lucrare: Ganglioplegicele - paralizeaza sinapsa dintre fibrele nervoase eferente si glanda medulosuprarenala Referat: Retele cristaline ale metalelor
Masa proba (M)	g
Diametru efectiv (d)	mm	d=
Masa pe unitate de lungime	g/m	ML=1000*M/L
Forta la curgere Fe	N
Forta maxima Fm	N
Limita de curgere Re	N/mm2	Re= Fe/ So
Rezistenta la tractiune Rm	N/mm2	Rm= Fm/ So
Lungime initiala segment pentru determinare A5 - lo	mm	lo=5*do
Lungime dupa rupere segment pentru determinare A5 - l5	mm
Alungirea la rupere A5		A5=100*(l5-lo)/lo
Lungime segment pentru determinare Agt - lgt	mm
Alungire la forta maxima Agt		Agt=lgt-lo+Rm/2000

3.2. Determinarea duritatii metalelor

3.2.1. Principiul metodei

Duritatea este proprietatea materialelor de a se opune patrunderii in masa lor a unui corp dur. Exista mai multe metode de apreciere a duritatii materialelor, in continuare fiind prezentata doar metoda Brinell.

Metoda Brinell utilizeaza o bila de otel (S) sau de carbura metalica (W) cu diametrul de D  (mm) care este apasata, pe proba de material, cu o forta determinata F (kgf), un anumit interval de timp; dupa indepartarea bilei, este masurat diametrul d (mm) al urmei. Pentru masuratori precise ale duritatii prin aceasta metoda, este necesar ca raportul d/D sa fie intre 0.24 si 0.6. Notatia simplificata a valorii rezultate este de exemplu 350HBS 2,5/62,5, unde:

350 este duritatea exprimata in daN/mm²;

2,5 este diametrul bilei de otel a penetratorului in mm;

62,5 este forta de apasare in daN.

Testul de duritate Brinell poate fi efectuat fara o preparare prealabila a probei, in doar cateva minute si ofera informatii importante asupra rezistentei la tractiune.

3.2.2. Corpuri de incercare

Corpurile de incercare trebuie sa aiba suprafata plana, fara defecte, murdarie sau urme de lubrifianti; grosimea epruvetei trebuie sa fie de minim 8 ori mai mare decat adancimea amprentei. Suprafata de incercat trebuie sa fie perpendiculara pe axul penetratorului.

3.2.3. Dispozitive de masura/Aparatura

Masina de incercare a duritatii Brinell

3.2.4. Mod de lucru

Se aseaza epruveta pe platanul aparatului, verificandu-se indeplinirea prevederilor 3.2.2.

Se selecteaza forta F de apasare convenabila (sa indeplineasca cerintele 3.2.1) si timpul de apasare (de obicei 15secunde) si se porneste masina.

Dupa incheierea amprentarii se masoara doua diametre perpendiculare ale amprentei cu precizia de 0.001mm. Valoarea medie se trece in tabel

3.2.5. Calcul si exprimare rezultate

Duritatea Brinell, HBS (bila de otel) sau HBW (bila de carbura) este raportul dintre forta aplicata si aria calotei sferice create in material:

[N/mm², daN/mm²]

Duritatea masurata prin metoda Brinell este legata de rezistenta la tractiune a otelului, exprimata in daN/mm², prin relatia:

Datele experimentale se trec in tabelul urmator:

3.3. Determinarea rezilientei metalelor

3.3.1. Principiul metodei

Rezilienta este o marime ce caracterizeaza rezistenta la soc a materialelor.

In acest tip de test, o proba prismatica, crestata in zona de impact, este lovita de un ciocan ce se misca cu viteza relativ mare, masurandu-se energia necesara ruperii epruvetei.

Testul are avantajul ca poate pune in evidenta fragilitatea materialului, proprietate care nu este pusa in evidenta de rezistenta la tractiune sau de testul de duritate. Doua materiale care au o aceeasi valoare a rezistentei la tractiune pot sa se comporte radical diferit cand sunt supuse acestui test.

Cele mai cunoscute incercari la incovoiere prin soc, utilizand epruvete crestate, sunt testul Charpy si testul Izod. In ambele tipuri de teste, un pendul greu este eliberat de la o anumita inaltime si loveste proba fixata in punctul cel mai de jos al cursei acestuia.

In testul Charpy, pendulul loveste in mijloc epruveta fixata la ambele capete, in dreptul si in spatele unei crestaturi, taiata in scopul asigurarii ruperii epruvetei. Energia consumata pentru ruperea probei printr-un singur soc W, este diferenta dintre energiile potentiale ale pendulului, in pozitia initiala si finala (inaltimea maxima la care se ridica pendulul, dupa ruperea epruvetei).

3.3.2. Corpuri de incercare

Epruveta are ca sectiune un patrat cu latura de 10mm si o lungime de 55mm. In epruveta se practica o crestatura in forma de V in 45^o, cu adancimea de 2mm si o raza de curbura la varf de 0.25mm sau o crestatura in forma de U, cu adancimea de 5mm cu o raza de curbura la baza de 1mm (ca in figura 2).

Figura 2. Epruveta cu crestatura in U

3.3.3. Dispozitive de masura/Aparatura

Ciocan pendul Charpy

3.3.4. Mod de lucru

Epruveta se monteaza in aparat si se elibereaza partea mobila a ciocanului pendul in mai putin de 5 secunde de cand a fost scoasa din mediul de conditionare, daca acesta a fost diferit de conditiile normale (23±5^oC

3.3.5. Calcul si exprimare rezultate

Se noteaza energia absorbita de ruperea probei astfel:

KU 100= . ..J

KV 100= . ..J

pentru probe cu crestatura in U respectiv V, incercate pe pendulul cu o energie disponibila de 100J.

Se noteaza si temperatura probei.

Daca proba nu s-a rupt in timpul testului NU SE NOTEAZA ENERGIA ABSORBITA ci doar XJ.

4. INTERPRETAREA REZULTATELOR

Se incadreaza produsele incercate in categoriile corespunzatoare privind caracteristicile de tractiune si ductilitate, folosind cele doua tabele prezentate in continuare.

Tabelul 1 - Categorii de rezistenta

Tabelul 2 - Categorii de ductilitate

Se compara caracteristicile de tractiune si ductilitate, cu cele declarate de producator, prezentate de cadrul didactic.

5. APLICATII

Sa se compare rezistenta la tractiune a otelului cu cele ale lemnului, betonului si polimerilor.

Sa se compare rezistentele specifice la tractiune ale otelului cu cele ale lemnului, betonului si polimerilor. Rezistenta specifica la tractiune poate fi exprimata in m, reprezentand lungimea maxima a unei bare suspendate de capatul superior care se poate autosustine, utilizand raportul dintre rezistenta la tractiune exprimata in N/m² (1N/mm²=1MPa=10⁶N/m²) si greutatea volumica a materialului exprimata in N/m³, obtinuta ca produs al densitatii exprimata in kg/m³ cu constanta gravitationala 9.80665 N/kg.

6. BIBLIOGRAFIE

[1] SR EN ISO 15630-1:2011 Otel pentru armarea si precomprimarea betonului. Metode de incercare. Partea 1: Bare, sarme laminate si sarme pentru armarea betonului

[2] SR EN ISO 6506-1:2006  Materiale metalice. Incercarea de duritate Brinell. Partea 1: Metoda de incercare

[3] SR EN ISO 148-1:2011 Materiale metalice. Incercarea de incovoiere prin soc pe epruveta Charpy. Partea 1: Metoda de incercare