mini|400px|desno|Dijagram naprezanja trgovačkih čelika. Vlačna čvrstoća ima oznaku M mini|250px|desno|Ispitni uzorak ili epruveta nakon vlačnog ispitivanja. Vidi se suženje promjera uzorka zbog vlačnog istezanja na kidalici mini|desno|250px|Univerzalna kidalica

Vlačna čvrstoća (oznaka: σM) je osnovno mehaničko svojstvo materijala, uz granicu razvlačenja, na osnovi kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehaničkoj otpornosti na naprezanje. Vlačna čvrstoća predstavlja omjer maksimalne postignute sile pri vlačnom ispitivanju na kidalici i ploštine početnog presjeka ispitnog uzorka ili epruvete. Ona je suprotna vrijednost od tlačne čvrstoće. "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.

Vlačno ispitivanje Vlačno ispitivanje je postupak ispitivanja mehaničkih svojstava na kidalici, kojim se utvrđuju glavna svojstva koja karakteriziraju mehaničku otpornost materijala, ali i njihovu deformabilnost. Iz materijala koji želimo ispitati izrađuje se uzorak za ispitivanje propisanog oblika i dimenzija, a to je epruveta ili ispitni uzorak. Najčešće je to (ovisno o obliku poluproizvoda) ispitni uzorak valjkastog oblika, kod kojega su promjer i mjerna duljina u određenom razmjeru. Na kidalici se direktno mjeri vlačna čvrstoća materijala σM, produljenje ispitnog uzorka ΔL i suženje poprečnog presjeka uzorka ΔA. Iz rezultata vlačnog ispitivanja mogu se odrediti Youngov modul elastičnosti E, Poissonov omjer υ, granica razvlačenja i rad plastične deformacije.

Ispitni uzorak ili epruveta Početna mjerna duljina ispitnog uzorka ili epruvete za kratke proporcionalne epruvete iznosi L0/d0 = 5, a za duge proporcionalne epruvete iznosi L0/d0 = 10, gdje je d0 promjer epruvete. Početna mjerna duljina epruvete za neproporcionalne epruvete ne ovisi o promjeru d0. Epruvete za žice i štapove promjera do 4 mm moraju imati početnu mjernu duljinu L0 = 200 ± 2 mm ili L0 = 100 ± 1 mm. Ispitni uzorci za limove i trake debljine od 0,1 do 3 mm izrezuju se na širinu 12,5 odnosno 20 mm, s početnom mjernom duljinom L0 od 50 do 80 mm i ispitnom duljinom 75 odnosno 120 mm.

Pored standardnih epruveta za ispitivanje vlačne čvrstoće, služe i tehničke epruvete. To su lanci, čelična užad, cijevi, različiti profili, žica, gotovi strojni dijelovi itd. Te epruvete se posebno ne obrađuju, već se ispitivanje vrši u stanju u kojem se ugrađuju u konstrukciju. Standardne epruvete se izrađuju obilnim hlađenjem da se struktura materijala ne promijeni, jer ona utječe na čvrstoću. Površina tijela mora biti fino obrađena bez ogrebotina i tragova obradbe, a prijelaz s tijela na glavu epruvete mora biti izveden s propisanim zaobljenjem r.

Dijagram naprezanja Dijagram naprezanja prikazuje međusobnu ovisnost σ – vlačnog naprezanja i ε – relativnog produljenja ili linijske vlačne deformacije. U materijalu koji je opterećen nekom silom F nastaju naprezanja σ koja uzrokuju njegovo rastezanje. Naprezanje σ je omjer sile F i ploštine A presjeka štapa ili šipke (okomitog na smjer sile). "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.

Zbog djelovanja sile F (a time nastalog naprezanja σ) štap ili šipka će se od početne duljine Lo rastegnuti na duljinu L. Tako je produljenje štapa ili šipke:

Relativno produljenje ε (duljinska ili uzdužna deformacija) štapa ili šipke je produljenje s obzirom na početnu duljinu Lo. Početno je naprezanje linearno (deformacija je izravno razmjerna naprezanju). U području linearnog rastezanja (Hookeov zakon) materijal je elastičan i nakon prestanka djelovanja sile, odnosno naprezanja, on se vraća u početno stanje. Youngov modul elastičnosti je omjer naprezanja i relativnog produljenja (u području elastičnosti).

Tehnička granica elastičnosti je naprezanje pri kojem osjetljiva mjerila osjete prvo primjetno trajno produljenje materijala (pri još nepromijenjenom presjeku Ao). Nakon te granice (obično na kraju linearnog rastezanja) materijal se rasteže plastično i nakon prestanka djelovanja sile ne vraća se više na početnu duljinu Lo, već ostaje određeno trajno produljenje, uz suženje presjeka, A < Ao).

Vrijednosti vlačne čvrstoće nekih materijala

+ Tipična vlačna čvrstoća nekih materijala Materijal Granica razvlačenja (MPa) Vlačna čvrstoća (MPa) Gustoća (g/cm3) Uže od ugljičnih vlakana ? 3600 1,3 Konstrukcijski čelik Č 0362 (HRN)"Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009. 250 400 7,8 Čelik za poboljšanje Č 1630 (HRN) 420-550 750-900 7,8 Micro-Melt® 10 alatni čelik (AISI A11) matweb.com 5171 5205 7,45 2800 Maraging čelik www.matweb.com 2617 2693 8,00 Čelik AerMet 340 www.matweb.com 2160 2430 7,86 Sandvik Sanicro 36Mo kvalitetna žica www.matweb.com 1758 2070 8,00 AISI 4130 čelik, gašen vodom na 855 °C, kaljen na 480 °C www.matweb.com 951 1110 7,85 Titanij 11 (Ti-6Al-2Sn-1,5Zr-1Mo-0,35Bi-0,1Si), odležan www.matweb.com 940 1040 4,50 Čelik, API 5L X65USStubular.com www.usstubular.com 448 531 7,8 Čelik, visoko poboljšana legura ASTM A514 690 760 7,8 Polietilen velike gustoće (HDPE) 26-33 37 0,95 Polipropilen 12-43 19,7-80 0,91 Nehrđajući čelik AISI 302 – hladno valjan 520 860 8,19 Lijevano željezo 4,5% C, ASTM A-48 130 200   Legura "Tekući metal" 1723 550-1600 6,1 Berilij Beryllium I-220H Grade 2 99,9% Be 345 448 1,84 Aluminijska legura Aluminum 2014-T6 2014-T6 414 483 2,8 Aluminijska legura 6063-T6   248 2,63 Bakar 99,9% Cu 70 220 8,92 Legura bakra i nikla 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, ostatak Cu 130 350 8,94 Mjed 200 550 5,3 Volfram   1510 19,25 Staklo   33Material Properties Data: Soda-Lime Glass 2,53 Stakloplastika E 1500 za laminat, 3450 za sama vlakna 2,57 Stakloplastika S 4710 2,48 Bazaltna vlakna"Basalt Continuous Fibers" 2009., www.albarrie.com 4840 2.7 Mramor 15   Beton 3 2,7 Ugljična vlakna 1600 za laminat, 4137 za sama vlakna 1,75 Ugljična vlakna (Toray T1000G) Toray Properties Document   6370 1,80 Ljudska kosa   380   Bambus   350-500 0,4 Paukova mreža 1000 1,3 Mreža Darwinovog pauka I. Agnarsson, M. Kuntner, T. A. Blackledge: "Bioprospecting Finds the Toughest Biological Material: Extraordinary Silk from a Giant Riverine Orb Spider" 1652 Prirodna svila 500   1,3 Aramid (Kevlar ili Twaron) 3620 2757 1,44 Polietilen visoke gustoće (UHMWPE) 23 46 0,97 Polietilen visoke gustoće (UHMWPE) "Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres" "Mechanical Properties Data" (Dyneema or Spectra) 2300-3500 0,97 Vectran   2850-3340   Polibenzoksaksol (Zylon) "Zylon Properties Document"   2700 1,56 Borovo drvo (uzduž vlakana)   40   Kost (savitljiva) 104-121 130 1,6 Najlon, tip 6/6 45 75 1,15 Epoksidno ljepilo – 12 – 30Uhu endfest 300 epoxy: Strength over setting temperature – Guma – 15   Bor 3100 2,46 Silicij, monokristalni (m-Si) 7000 2,33 Silicijev karbid (SiC) 3440   Optičko vlakno visoke čistoće Fols.org 4100 Safir (Al2O3) 1900 3,9-4,1 Bor-nitridne nanocjevčice 33000 ? Dijamant N/A 2800 3,5 Grafen 130000Lee C.: "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene", journal = Science, 2008., 1,0 Ogromne nanocjevčice 7000 0,116 Ugljične nanocjevčice 11000-63000 0,037-1,34 Kompoziti ugljičnih nanocjevčica 1200IOP.org Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs: "Nanotechnology 18", 2007.

+Tipična svojstva žarenih elemenataA.M. Howatson, P.G. Lund, and J.D. Todd, Engineering Tables and DataKemijski elementYoungov modul elastičnosti(GPa)Granica razvlačenja(MPa)Vlačnačvrstoća(MPa)silicij1075000–9000volfram411550550–620željezo21180–100350titanij120100–225240–370bakar13033210tantal186180200kositar479–1415–200cink (kovan)105110–200nikal17014–35140–195srebro83170zlato79100aluminij7015–2040-50olovo1612

Izvori

Kategorija:Elastičnost Kategorija:Znanost o materijalima