Hajlítóvizsgálat

A hajlítóvizsgálatokat azért végzik, hogy információt nyerjenek az ipari felhasználásra vagy kutatásra és fejlesztésre szánt anyagok hajlítási tulajdonságairól. Ennek során különböző ellenőrzőkészülékeket használnak.

A hajlítóvizsgálat (hajlító szakítóvizsgálat) az anyagok hajlítószilárdságának és más fontos tulajdonságainak vizsgálatára szolgáló módszer. A roncsolásos anyagvizsgálatot műanyagok, üvegszálerősítésű műanyagok (FRP), fémek és kerámiaanyagok esetében alkalmazzák. A hajlítóvizsgálatok sorrendje hasonló. A nyomáspontok számától és a próbatest alátámasztásától függően megkülönböztetjük a következőket:

• 1 pontos hajlítóvizsgálat
• 3 pontos hajlítóvizsgálat
• 4 pontos hajlítóvizsgálat

A hajlítóvizsgálatok során szabványosított, többnyire hengeres próbatesteket helyeznek az ellenőrzőkészülék közepére. A lekerekített támasztógörgők (befogások) egymással párhuzamosan, bizonyos távolságban (támaszszélesség) helyezkednek el. A hengeres próbatest átmérője arányos a befogások alátámasztási szélességével. A lassan és állandó sebességgel lefelé mozgó vizsgálótüske növekvő erővel terheli a mintát, míg az el nem törik vagy el nem éri az előre meghatározott alakváltozást. A hajlítóvizsgálat során kifejtett maximális terhelést törőerőnek nevezzük.

A vizsgálat során a hajlítóerő és az alakváltozás értékeit rögzítik. Ezután meghatározzák az anyagjellemzőket. A teljes vizsgálati sorozatot egy feszültség-alakváltozás görbe mutatja, és az videokamerával is rögzíthető. A hajlítóvizsgálatokat azért végzik, hogy az egytengelyű hajlítófeszültségből információt nyerjenek a vizsgált anyag hajlítási viselkedéséről. Rideg anyagok esetében a hajlítószilárdságot így határozzák meg. Képlékeny anyagok esetén az elasztikus alakváltozás során meghatározzák a folyáshatárt, a lehetséges legnagyobb hajlítási szöget, valamint a Young-modulust.

A hajlítóvizsgálattal végzett anyagvizsgálat során a modern, nagy felbontású kamerákkal felszerelt optikai mérőrendszerek pontos képet adnak a próbatestről. Sík próbatestek dokumentálásához általában elegendőek az egyetlen kamerával rendelkező készülékek. A bonyolultabb mintageometriák két kamerával mérhetők pontosan. Az anyagvizsgáló először egy sztochasztikus pontmintát visz fel a mintára, vagy a meglévő felületi struktúrát használja fel. Az optikai mérőrendszerek képkorrelációs algoritmusokat használnak: A nagy felbontású képeken felismerik a hajlítóvizsgálat által okozott alakváltozást, majd a pontminta pixelkoordinátái alapján kiszámítják az elhajlást.

Ha a képlékeny anyagból készült minta hajlítófeszültsége kisebb, mint a maradó alakváltozás határfeszültsége, akkor a hajlítófeszültség kizárólagosan rugalmas. A hajlítófeszültség növekedésével a folyáshatár (kritikus feszültség) először a próbatest peremterületein lépi túl a határt. Ezek a területek ezután maradó alakváltozást szenvednek (ez az úgynevezett anyagáramlás). A folyáshatár az a hajlítási határfeszültség, ameddig a könnyen deformálható anyagokat hajlítással terhelni lehet anélkül, hogy a peremterületen maradó alakváltozás jelentkezne.

Az ilyen jellegű alakváltozás bekövetkezésének időpontja közvetlenül a hajlítótüskéről határozható meg: Az elhajlást az alkalmazott erőhöz viszonyítva mérik. A meghatározott értékeket egy elhajlás-erő diagram mutatja. Az elhajlás folyamatos növekedésével a próbatest egyre több belső területe vesz részt a maradó alakváltozásban. Ez az igénybevétel növekedésének következménye. Acélok esetében például a folyáspont a lineáris feszültségnövekedés miatt 10–20 százalékkal nagyobb, mint a folyáshatár. Ha a feszültség a hajlítóvizsgálat során a szélső szálakban túllépi a folyáshatárt, a belső és kizárólag rugalmasan igénybevett szálak akadályozzák az áramlási mozgást.

A képlékeny anyagokkal végzett hajlítóvizsgálatok különböznek a rideg anyagokkal végzettektől: A szívós anyagok extrém maradó alakváltozásnak vethetők alá, de nem törnek el, függetlenül attól, hogy milyen erős az alkalmazott erő. A legrosszabb esetben a próbatest áthúzódik a befogások között. Ezért a képlékeny mintával végzett hajlítóvizsgálat a folyáshatár túllépésekor fejeződik be. A képlékeny anyagok hajlítószilárdságát a maradó alakváltozás bekövetkezésének időpontja határozza meg.

A rideg anyagokból készült próbatestek eltérő hajlítási viselkedést mutatnak az anyagvizsgálat során. Egyértelműen látható anyagáramlási viselkedés nélkül törnek. Ezért a folyáshatár meghatározása rideg anyagok esetében bonyolultabb. Ahhoz, hogy a hajlítószilárdságot mégis meg lehessen határozni, meg kell határozni azt a maximális hajlítófeszültséget, amelynél a minta eltörik. A hajlítószilárdság azonban egy fiktív érték, amely nem azonos az anyagban ténylegesen fellépő hajlítófeszültséggel. A rideg anyagokkal végzett hajlítóvizsgálatok másik jellemzője a törési elhajlás. Ez a szakkifejezés egy próbatest legnagyobb lehetséges alakváltozását írja le, röviddel a törés előtt.

A törési elhajlás a támasz szélességétől függ: A befogások közötti nagyobb távolságok nagyobb elhajlást tesznek lehetővé. A rideg anyagok szilárdságának ellenőrzésére a hajlítóvizsgálat gyakran alkalmasabb, mint a szakítóvizsgálat, mivel az anyagokat csak hajlítófeszültségnek teszik ki. Ha ezt a mintát szakítóvizsgálatnak vetnék alá, idő előtt eltörne, és mérési problémák lépnének fel. Bizonyos rideg anyagok esetében a szakítóvizsgálatot ezért hajlítóvizsgálattal helyettesítik. A DIN EN ISO 178 szerint ezen kritikus anyagok közé tartoznak a hőre keményedő lemezek és formázóanyagok, a hőre lágyuló fröccsöntő vegyületek és az üvegszálerősítésű műanyagok.

Az anyagok hajlítóvizsgálattal történő vizsgálatakor a nyomáspontok számától és a próbatest alátámasztásának típusától függően megkülönböztetünk 1, 3 és 4 pontos hajlítóvizsgálatot.

A hajlítóvizsgálatokat szabványosított mintákkal és három vagy négy nyomásponttal végzik (3 pontos, 4 pontos hajlítóvizsgálat). Ezek vagy a próbatest roncsolását, vagy annak maradó alakváltozását eredményezik (csak képlékeny anyagok esetében). Az optikai méréstechnika legújabb generációja sokkal pontosabb eredményeket szolgáltat, mint a hagyományos mérési eljárások.