BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE METALI

Co mówi ekspert…

WYZNACZANIE KLASY WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁU

Przedstawia Robert Sumiński z firmy       

 

W firmie, w której pracuję zajmuję się końcową akceptacją i dopuszczeniem produktu do sprzedaży – na co dzień zajmuję się całościową kontrolą jakości i jego zgodności z normami kształtowymi lub specyfikacją rysunkową. Podstawą zawsze będzie kontrola wymiarowa i nigdzie nie ruszam się bez swojej suwmiarki i mikrometru, a w laboratorium kontrolnym mam pełne spektrum narzędzi pomiarowych pozwalających mi na precyzyjne sprawdzenie czy wyprodukowany przez nas wyrób spełnia narzucone wymogi. I choć wydawać by się mogło, że detale jakie w przeważającej ilości wytwarzamy, którymi są głównie elementy złączne tj. śruby, wkręty, nakrętki i podkładki, są banalne i mało wymagające, to warto wskazać, dlaczego, wbrew pozorom poprawność ich wykonania jest niezmiernie istotna. Wyjdźmy na moment na wyższy poziom abstrakcji – ile z rzeczy, z których dziś korzystałaś/eś istniałoby bez użycia śrub i nakrętek?

No właśnie – te niepozorne i opatrzone elementy sprawiają, że większość rzeczy, która nas otacza w ogóle jest i może spełniać swoją funkcję, a dzięki temu ułatwiać nam życie na każdym kroku. Ta świadomość dodaje mi niesłychanej motywacji do pracy, gdyż wiem, że mimo tego, że na pierwszy rzut oka wytwarzamy coś w pewnym sensie zwykłego, to te rzeczy są niezmiernie ważne i odgrywają kluczową rolę w naszym otoczeniu. Ta ważkość naszych działań dodatkowo wsparta jest ogromną odpowiedzialnością za to, by np. urządzenia, w których montowane są nasze śruby było w pełni funkcjonalne i bezpieczne dla użytkownika przez jak najdłuższy czas. Niby tylko ‘śrubka’, a może zrobić dużą różnicę. A same różnice w elementach złącznych są kolosalne….

Widzieliście kiedyś śrubę oznaczoną jakimiś cyframi np. 5.6 czy 12.9? Na pewno. A czy wiecie co to oznacza? Ze względu na różne potrzeby do produkcji elementów złącznych stosuje się niezliczoną ilość różnego rodzaju materiałów metalowych. Najczęściej robi się to ze względu na dopasowanie wytrzymałości materiału do ‘pracy’ jaką łącznik ma wykonać. Brzmi dziwnie? No właśnie. Tak, wyrażenie ‘praca’ jest to najbardziej adekwatne – połączenie śruby z nakrętką w jakiejś konstrukcji to nie tylko zadanie ‘zespolenia’ różnych części ze sobą. Te elementy pracują, przenosząc konkretne obciążenia związane z działającymi na nie siłami fizycznymi i muszą tak funkcjonować, by te siły utrzymać. Stąd różny rodzaj kodowania informacji za pomocą liter i cyfr, specyficzny skrótowy język techniczny, który pozwala na dobór odpowiednio mocnych elementów złącznych adekwatnie do zadania jakie musza wykonać. Co zatem może oznaczać A4-80 czy 10.9? – to już esencja mojej pracy.

Wedle międzynarodowo ustalonej specyfikacji A4-80 to skrót oznaczający austenityczną stal nierdzewną o wytrzymałości na rozciąganie minimum 800 megapaskali (MPa). Natomiast 10.9 to stal wysokowytrzymałościowa, która przeniesie obciążenia 1 tony na milimetr kwadratowy, a jej granica plastyczności to 900 MPa. Łatwe, prawda?

No to się teraz porobiło…. Zapraszam, zatem do mojego świata i laboratorium, w którym mogę wykonać statyczną próbę rozciągania, która jest skuteczną metodą wyznaczenia rzeczywistej wytrzymałości wyrobu, czyli określa jaką ‘pracę’ np. śruba może wykonać bez przeszkód.

Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych. Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto – plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Badanie to, przynależące do kategorii badań niszczących, polega na rozciąganiu materiału (w formie znormalizowanej próbki, a w przypadku śrub, również w formie wyrobu gotowego) w przeciwnych kierunkach, aż do jej zerwania. Określanymi właściwościami w trakcie próby są między innymi: wytrzymałość na rozciąganie oraz granica plastyczności. Te dwa parametry pozwalają na określenie czy śruba z konkretnego wytopu metalu spełni wymagania przeniesienia konstrukcyjnie narzuconych obciążeń. Ze względu na masową produkcję śrub i ich wszechobecność w prosty sposób określono kilka najczęściej występujących wymagań wytrzymałościowych, co w łatwy sposób pozwala na ich dobór do konkretnych zastosowań.

W badaniu tym wyznacza się maksymalne siły, które doprowadzą do bezpowrotnego uszkodzenia  metalu i do jego rozerwania, co w świecie realnym mogłoby doprowadzić np. do katastrofy budowlanej. Z tego względu w praktyce jednak kluczowe jest też określenie granicy plastyczności, czyli w pewnym sensie momentu, w którym materiał odkształca się na tyle mocno, że już w żadnej formie nie będzie w stanie powrócić do uprzedniego stanu. Jest to moment, w którym fizyczne połączenia mikrocząstek w strukturze materiału zostają rozerwane i nie mogą się już więcej wystarczająco mocno wzajemnie przyciągać tworząc dotychczasowy kształt. Jest to pierwszy krok do ostatecznego rozerwania elementu na dwie części. Dlaczego zatem określenie tego momentu plastyczności jest tak ważne? Gdyż jest on wizualnie zauważalny i pełni rolę ostrzegawczą. Zerwanie materiału jeszcze nie następuje, jest to dopiero wskaźnik tego, co niechybnie się wydarzy, jeśli siły będą dalej działać. Dzięki odpowiedniej obserwacji zachowania elementu łączącego, po zauważeniu wydłużenia, które pokazuje poziom plastyczności materiału, można ten powolnie wadliwy elementy wymienić na nowy. Plastyczność materiału jest swego rodzaju bezpiecznikiem, który sygnalizuje, że materiał został wyeksploatowany i wymaga usunięcia oraz podmiany. A stosowanie ustalonego systemu oznaczeń klas wytrzymałości daje pewnego rodzaju gwarancję zastosowania odpowiedniego materiału na potrzeby funkcjonalne konstrukcji, w której mają ‘pracować’.

Dzięki testom sprawdzającym, które przeprowadzam w naszym zakładowym laboratorium kontroli jakości mam pewność, że wyroby śrubowe, które produkujemy są bezpieczne dla życia innych ludzi.

Ta świadomość daje mi ogromną satysfakcję, a wiedza na temat ważności mojej pracy motywuje do odpowiedzialnego i dokładnego procesu kontroli. Jestem dumny z tego co mam przyjemność wykonywać codziennie jako część mojej pracy. Dużo zadowolenia daje mi też możliwość praktycznego wyjaśniania specyfiki badań wytrzymałościowych, którą mam przyjemność wykonywać w ramach zajęć-praktyk z uczniami radomskich technicznych szkół średnich.