Gdzie jesteś: Strona główna / Laboratorium trwałości i wytrzymałości materiałów oraz zaawansowanych metod druku 3D

Laboratorium trwałości i wytrzymałości materiałów oraz zaawansowanych metod druku 3D łączy dwa zasadniczo różne typy urządzeń. Jednym z obszarów badawczych realizowanych dzięki aparaturze będącej na wyposażeniu laboratorium oraz pracy wykwalifikowanych pracowników jest szeroko pojęta trwałość i wytrzymałość materiałów. Badania zmęczeniowe materiału mogą być realizowana na różnych typach urządzeń pozwalając na próby rozciągania-ściskania, skręcania, zginania obustronnego oraz ich kombinacji przy kontrolowaniu różnych parametrów np. siły, odkształcenia lub nawet parametrów energetycznych. Ponadto posiadamy aparaturę pozwalającą na badanie naprężeń własnych, bezdotykowy pomiar odkształceń czy skanowanie powierzchni  np. przełomów zmęczeniowych.

Wykorzystując 25 stanowisk badawczych możliwe jest realizowanie bardzo różnorodnych badań wytrzymałościowych oraz analiz materiału, między innymi:

Test wytrzymałości na rozciąganie

Jest to powszechnie spotykany test polegający na powolnym rozciąganiu próbki materiału, złącza lub elementu konstrukcyjnego do jego zerwania, pojawienia się widocznych uszkodzeń lub utraty nośności. Na podstawie zarejestrowanego przebiegu siły łatwo odczytuje się jej wartość graniczną, czyli siłę przenoszoną przez obiekt poddany testom. Dokładne oględziny uszkodzenia umożliwiają wyciągniecie wniosków dotyczących mechanizmu zniszczenia i są podstawą do dalszych działań inżynierskich.

Test wytrzymałości na ściskanie

Próbkę materiału lub komponent poddaje się powolnemu ściskaniu z jednoczesnym pomiarem siły. Wynik próby to wartość krytyczna siły przenoszonej przez testowany obiekt. Podczas ściskania próbka materiału może ulec zniszczeniu w sposób powolny lub nagły. Próba ściskania z jednoczesną obserwacją wizualną pozwala na uchwycenie momentu zniszczenia oraz oznaczenie jego typu.

Statyczna próba rozciągania

Próba przeprowadzana jest analogicznie do testu wytrzymałości na rozciąganie, przy czym dodatkowo rejestruje się odkształcenie próbki, początkowo przy zastosowaniu ekstensometru a po osiągnięciu znacznych odkształceń przy pomocy czujnika przemieszczenia. Wynikiem tej prób jest klasyczny wykres rozciągania. Na jego podstawie określa się: moduł sprężystości wzdłużnej, wydłużenie i przewężenie procentowe, granice proporcjonalności, sprężystości, plastyczności i wiele innych parametrów określających własności wytrzymałościowe materiału.

Statyczna próba ściskania

Próba ta jest podobna do testu wytrzymałości na ściskanie. Głównym zadaniem tej próby jest wyznaczenie podstawowych stałych materiałowych przy ściskaniu, które mogą się różnić od tych, otrzymywanych przy testach na rozciąganie. Badanie to jest szczególnie przydatne dla materiałów kruchych, ze względu na obserwowane przedwczesne zerwanie podczas próby na rozciąganie, oraz dla materiałów wykazujących anizotropię mechaniczną.

Sporządzanie wykresu Wӧhlera – naprężeniowy wykres zmęczeniowy

Naprężeniowy wykres zmęczeniowy sporządza się na podstawie wyników testów zmęczeniowych od kilku do kilkunastu próbek materiału. Stosuje się przy tym obciążenie zmienne w czasie o przebiegu sinusoidalnym z kontrolowaną wartością średnią naprężenia i jego amplitudą. Testy przeprowadza się do momentu zerwania próbki lub pojawienia się pęknięcia zmęczeniowego. Wykres ten jest powszechnie stosowany w projektowaniu maszyn i urządzeń do opisu własności zmęczeniowych materiału.

Badania przy zginaniu

Badania wytrzymałościowe realizowane przy rozciąganiu i ściskaniu uzupełnia się, lub w niektórych przypadkach wręcz zastępuje, badaniami przy zginaniu. Można je realizować w zakresie obciążeń statycznych jak i zmęczeniowych w konfiguracji zginania trój- lub cztero-punktowego. Analogicznie do statycznej próby rozciągania wyznacza się szereg stałych materiałowych uwzględniając przekrój poprzeczny elementu zginanego.

Wyznaczanie odkształceniowego wykresu zmęczeniowego

Odkształceniowy wykres zmęczeniowy, zwany także wykresem Mansona-Coffina-Basquina, jest aktualnie podstawowym wykresem zmęczeniowym w projektowaniu lekkich konstrukcji i w obliczeniach zmęczeniowych wspomaganych MES. Podczas testów kontrolowana
jest wartość amplitudy odkształcenia. Dzięki wyposażeniu maszyny Instron 8802 w piec badania materiałów można wykonać w temperaturze do 900
°C.

Wyznaczanie krzywej cyklicznego odkształcenia

Wykres ten, zwany także wykresem Ramberga-Osgooda, charakteryzuje własności sprężysto-plastyczne materiału podczas obciążeń zmęczeniowych. Wykorzystuje się go między innymi podczas obliczeń zmęczeniowych w zakresie dużych odkształceń. Stałe materiałowe wyznaczane podczas tej próby są wymagane do obliczeń zmęczeniowych wspomaganych MES w zakresie trwałych odkształceń plastycznych.

Optyczny pomiar odkształceń i przemieszczeń

Dzięki zastosowaniu systemu pomiarowego Dantec® DIC możliwe jest przeprowadzenie procedur badawczych z bezdotykowym pomiarem odkształceń, również na bardzo małym polu. Dantec® DIC to optyczny, trójwymiarowy i bezdotykowy system do pomiaru odkształceń i przemieszczeń w czasie rzeczywistym. Jego elastyczna konstrukcja zapewnia szeroki zakres zastosowań oraz badanych materiałów, gwarantując wymaganą dokładność w obszarze od mikro odkształceń do deformacji plastycznych. Unikalna automatyczna procedura kalibracji wraz z dedykowanym systemem oświetlenia gwarantuje łatwość i szybkość przygotowania systemu, co bezpośrednio skraca czas pomiaru.

Pomiar naprężeń własnych

Wykorzystując dedykowane do tego urządzenie firmy SINT Technology, pracujące w oparciu o metodę trepanacyjną, możliwe jest zmierzenie poziomu naprężeń resztkowych w materiale.

Metoda trepanacyjna należy do najtańszych i najłatwiejszych w stosowaniu metod pomiaru naprężeń własnych w materiale. Jej mechanizm polega na pomiarze odkształceń wokół stopniowo wierconego otworu.

 Podstawowe badania metalograficzne, Skany 3D przełomów

Dwa zmotoryzowane mikroskopy metalograficzne do prowadzenia pomiarów morfometrycznych, profilowania 3D i analizy obrazu pozwalają na połączenie badań wytrzymałości zmęczeniowej z analizą przełomów, mikropęknięć i wiele więcej

Drugim
niezależnym obszarem działań Laboratorium są addytywne metody wytwarzania, ze
szczególnym uwzględnieniem technologii laserowego spiekania proszków metali.
Będąca na wyposażeniu Laboratorium drukarka EOSINT M280 jest wiodącym na rynku
systemem do laserowego przetapiania proszków metali metodą DMLS/SLM (Direct
Metal Laser Sintering). Urządzenie umożliwia bezpośrednie wytwarzanie wysokiej
jakości części metalowych w oparciu o trójwymiarowe modele CAD – w pełni
automatycznie, w ciągu zaledwie kilku godzin, bez konieczności stosowania
narzędzi. Wymiary komory roboczej (250 x 250 x 325 mm) są zoptymalizowane do
budowy małych i średniej wielkości komponentów poprzez stopienie drobnego
proszku metalowego za pomocą wiązki lasera, co umożliwia uzyskanie niezwykle
skomplikowanych kształtów, np. wolnych powierzchni, głębokiego rowkowania i
trójwymiarowych kanałów chłodzenia, niemożliwych do wykonania w całości
metodami ubytkowymi. Dodatkowym wyposażeniem
Laboratorium
jest również dedykowany do drukarki piec do obróbki
termicznej wraz z wyposażeniem Nabertherm N41/H oraz piaskarka.

Kontakt

Wydział Mechaniczny – Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn

Opole ul. Mikołajczyka 5

Tel.: (+48) 77 449 84 19

E-mail: a.kurek@po.edu.pl

Masz pytanie?