Szakítóvizsgálat

Szakítóvizsgálatokkal olyan anyagok végső szakítószilárdságát vizsgálják, mint például az acél. A szabványosított szakítópróbatestek lehetővé teszik következtetések levonását az adott anyagok tulajdonságaira és húzó igénybevételnél tanúsított viselkedésére vonatkozóan.

A szakítóvizsgálatok olyan szabványosított, kvázistatikus vizsgálati módszerek, amelyek során bizonyos anyagparamétereket mérnek. Ezek roncsolásos módszerek, mivel a vizsgálandó próbatesteket gyakran az egyezményes folyáshatárt meghaladóan terhelik. Az anyagvizsgálatokat szakítógépekkel és univerzális vizsgálóberendezésekkel végzik. Az eszközök egydimenziós mozgásokat mutatnak be egy feszültség-alakváltozás görbén és egy erő-elmozdulás görbén. A meghatározott paraméterek információt nyújtanak a vizsgált anyagok tulajdonságairól és a húzó igénybevételnél tanúsított viselkedésükről. Hogy melyik vizsgálóberendezést használják, az adott követelményektől függ. A gépek az asztali rendszerektől (3 kN) a dupla orsóval felszerelt 50 kN-os rendszereken át a 300 kN és 2000 kN közötti nagy teherbírású szakítógépekig terjednek.

A szakítógépekre a DIN 51222 általános szabvány érvényes, valamint a DIN EN ISO 6892-1 és a DIN EN ISO 7500-1 vonatkozik fémes anyagok esetében és az ISO 5893 műanyagok és gumi esetében. A DIN 50125 meghatározza, hogy milyen követelmények vonatkoznak a szakítópróbatest anyagaira. A szakadási nyúláshoz egyes anyagok esetében a mérési hosszat, más anyagok esetében pedig az arányossági együtthatót használják. A vizsgálati eljárás célja például annak megállapítása, hogy az anyag milyen terhelést képes elviselni anélkül, hogy maradó alakváltozást szenvedne, és milyen erőhatásnál megy tönkre. Meghatározzák továbbá a keményhab, a lágy-rugalmas hab, a gumi és a szálerősítésű kompozitok tulajdonságait és alakváltozási viselkedését.

A felhasznált próbatest keresztmetszete a kiválasztott eredeti anyagtól függ. Ha az acélnak nagy a térfogata, akkor a tömör anyagból kerek keresztmetszetű próbatestet készítenek. A fémlemezek anyagvizsgálatához lapos (téglalap vagy négyzet keresztmetszetű) szakítópróbatestre van szükség. Ezt a vizsgálati eljárást előszeretettel alkalmazzák a gépészetben, mert más típusú terhelésekre is következtetni lehet belőle.

A szakítóvizsgálatokat érintéses (felcsatolható) nyúlásmérőkkel és érintésmentes mérőrendszerekkel lehet elvégezni. A felcsatolható nyúlásmérők esetében legalább két pengét kell a próbatestre helyezni. Ezek mérik a közéjük befogott próbatest megnyúlását. Napjainkban az érintésmentes mérést digitális, optikai nyúlásmérőkkel végzik. A mérőberendezésben elhelyezett szenzor rögzíti a nyúlást. Az ilyen mérőberendezések előnye, hogy nagyon gyors alakváltozások pontos rögzítésére is képesek. Egyes modellek nagyon forró anyagok mérésére is alkalmasak. Ezek a nyúlásmérők roncsolásos szakítóvizsgálatokhoz is használhatók, mivel elegendő távolságot tartanak a próbatesttől.

A hagyományos szakítóvizsgálat az úgynevezett törésvizsgálat: A szabványosított próbatestet a vizsgálóberendezésbe fogják, és a szakítóterhelés növelésével addig nyújtják, amíg el nem törik vagy el nem szakad. Csak kis keresztmetszetű próbatesteket használnak. A próbatest nyújtása egyenletesen és kis sebességgel történik. A vizsgálat során mérik a próbatestre ható erőt és a mérési tartományban bekövetkező nyúlást. A statikus vizsgálóberendezés erő-elmozdulás görbét készít, és azt a számítógép monitorján megjeleníti.

A szakítógépek egy rögzített és egy mozgatható keresztfejből állnak, amelyet egy vagy két orsó hajt. A meghajtás hidraulikusan vagy elektromosan történik. A szakítóvizsgálat előtt meghatározzák a keresztfej sebességét, és a próbatestet a tartók segítségével befogják a keresztfejek közé. Ezután a keresztfejet állandó sebességgel egy irányba mozgatják, amíg az anyag el nem szakad. A vizsgálóberendezés rögzíti a próbadarab deformációját és a szükséges erőt, a keresztfej vagy egy nyúlásmérő segítségével. Ezután a szakítófeszültséget és a nyúlást úgy számítják ki, hogy a leolvasott értékeket összevetik a szakítópróbatest méreteivel. A szakítófeszültséget a vizsgálat előtti keresztmetszetből határozzák meg. A szakadási nyúlást a keresztfej elmozdulásából számítják ki.

Más szakítóvizsgálatok során az alkatrészeket vagy próbatesteket a kívánt vizsgálóterhelés eléréséig húzóerőnek vetik alá. Ez egy roncsolásmentes szakítóvizsgálat. Az ilyen anyagvizsgálatokat azért végzik, hogy megbizonyosodjanak róla, a megterhelt alkatrész megfelel a műszaki követelményeknek. Mivel a további feldolgozás megváltoztatja az anyag tulajdonságait, az anyagot később újra meg kell vizsgálni.

A szakítóvizsgálat után kapott feszültség-alakváltozás görbe alapján a következő paramétereket határozzák meg:

• Végső szakítószilárdság
• Young-modulus
• Egyezményes folyáshatár (alsó, felső)
• Folyáshatár
• Szakadási nyúlás
• Egyenletes alakváltozás
• Kontrakció
  

Megkülönböztetünk felső és alsó folyáshatárt. A felső folyáshatár azt a pontot határozza meg, amikor a próbatest először maradó alakváltozást szenvedett. Az anyagszálak elszakadnak. Ez a feszültség csökkenését és a próbatest végleges megnyúlását eredményezi. Az alsó folyáshatár azt a pontot határozza meg az első alakváltozás után, ahol a szakítófeszültség csökkenése a legmagasabb. Ezt követően a szakítófeszültség ismét folyamatosan növekszik. A határozott folyáshatárral rendelkező próbatestek esetében a feszültség a törés előtt csökken: A feszültség tovább növekszik, ahogy az anyag elkezd engedni. Az olyan anyagok esetében, amelyeknek nincs határozott folyáshatára, mint például a hidegen alakított és a hidegen hengerelt acélok, a törés a végső szakítószilárdság tartományában következik be. Az olyan anyagoknak, mint az ötvözetlen szerkezeti acél (St 37), határozott folyáshatára van.

A szakítóvizsgálatokat számos iparágban alkalmazzák, manapság gyakran érintésmentes, kamerával ellátott optikai mérőeszközökkel támogatva. Ezek a mérőeszközök pontosabb mérési eredményeket biztosítanak, és olyan vizsgálatokhoz is alkalmasak, amelyek során a próbatest tönkremegy.