De invloed van de oppervlaktebewerking op de breukrek bij de wringproef

wringproef

Citation for published version (APA):

Poppel, van, P. (1984). De invloed van de oppervlaktebewerking op de breukrek bij de wringproef. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPB0089). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1984

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

T~,r."L.

J, A.

rioutack~rt1

I._u;?'-

-De invloed van de oppervlaktebewerking op de breukrek bij de wringproef.

Auteur: P.v.Poppel Rapportnr: WPB 0089 Bergeyk April 1984

Vfcode: 82

In opdracht van de THE.

Mentoren: dr.ir.J.H.Dautzenberg ir.J.W.Deckers

- De isostatische spanningstoestand Trekproef + drukproef Wring- of torsieproef

- De breukfunktie

- Analyse van de wringproef

- De proefopzet

De proefopstelling De materiaalgegevens

De verschillende manieren van bewerken

- De meetresultaten

De effektieve spanning als funktie van de bewerking De kritische rek als funktie van de bewerking

De breukfunktie

SAMENVATTING

Van de tot ale kosten die gemaakt zijn om een produkt te maken, vormen de assemblagekosten een belangrijk deel. Dit komt omdat het in elkaar zetten van de losse onderdelen arbeidsintensief werk is. Om deze kosten te drukken, kan men het assembleren automatiseren. Eenvoudiger is het echter om het aantal

losse onderdelen in een produkt terug te brengen. Dit kan gebeuren door het materiaal, waaruit de onderdelen gevormd worden, verder te vervormen. Het materiaal wordt dan zwaarder belast, met het risiko dat het scheurt of zelfs breekt. Om dit te voorkomen moet van tevoren te voorspellen zijn, wanneer

(bij welke vervorming) breuk optreedt. Ook is het nuttig als men de materiaal-konstanten nauwkeurig kent.

Het blijkt dat de maximale rek voor breuk, is de breukrek, sterk afhankelijk is van de isostatische spanningstoestand. Er is al onderzoek verricht naar de breukrek bij verschillende isostatische spanningstoestanden. Bij een van die onderzoeken (lit 2.) wordt verondersteld dat bij de wringproef te lage waarden gevonden worden voor de breukrek. Dit zou voornamelijk veroorzaakt worden door de manier waarop de wringstaven gemaakt worden.

Het was mijn taak om te onderzoeken in hoeverre de oppervlaktebewerking van invioed is op de breukrek bij het wringen. Ook ben ik nagegaan, wat het verschil in materiaalkonstanten is tussen de trek- en wringproef. Tevens heb ik de

ruwheid voor en na het wringen bepaald. V~~r mijn proefnemingen heb ik gebruik gemaakt van twee verschillende charges C45, die ieder op 5 verschillende manieren bewerkt zijn.

Het blijkt, dat door het wringen het materiaaloppervlakte nauwelijks ruwer wardt. De materiaalkonstanten geven grate verschillen. Enerzijds is er een verschil bij de trek- en wringproef. Dit wordt veroorzaakt door het verschil in spannings-toestand. Anderzijds is er een verschil tussen de twee charges. Het kooistof-percentage van C45 blijkt hier een grote invloed op uit te oefenen.

- De breukrek is sterk afhankelijk van de oppervlaktebewerking. Hoe fijner de bewerking, hoe groter de breukrek wordt. Er is echter nag een belangrijke faktor die van invloed is. Het verschillend koolstofpercentage van de twee charges geeft grate verschillen in de breukrek.

- Voor het bepalen van de breukfunktie moeten alle proeven uitgevoerd worden met het materiaal van een charge. AIleen dan zijn de gevonden breukrekken samen te voegen tot een juiste breukfunktie.

VOORWOORD

Dit is het verslag van de werkzaamheden, die gedaan werden ter afsluiting van mijn studie aan de H.T.S. te Eindhoven.

Deze werkzaamheden zijn verricht op de Technische Hogeschool te Eindhoven (THE) in opdracht van de sectie omvormtechnologie. Tijdens de afstudeer-periode werd ik begeleid door dr.ir.J.H. Dautzenberg (van de THE) en door ir.J.W. Deckers.

Op de THE wordt veel wetenschappelijk onderzoek verricht. Veelal wordt bij zo'n onderzoek ingespeeld op de behoefte die ontstaat uit het nederlandse bedrijfsleven. Vanzelfsprekend wordt er ook vaak met het bedrijfsleven samengewerkt. Echter op de eerste plaats is de THE er om jonge mensen op te leiden tot ingenieur (ir). Voorheen was dit een opleiding van minimaal vijf jaar. Er was geen beperking in de studieduur.

In augustus 1981 is echter de twee fasen struktuur ingevoerd. Dit houdt in, dat de opleiding tot ingenieur (ir) nog maar vier jaar duurt. Dit is dan de eerste fase. De studenten mogen hooguit twee jaar doubleren.

De tweede fase moet een vervolgopleiding worden op de eerste fase. Een preciese omschrijving van de tweede fase is nu nog niet bekend.

Op de THE kun je afstuderen in de volgende studierichtingen: - Werktuigbouwkunde - Natuurkunde - Wiskunde - Elektro Techniek - Informatica - Bedrijfskunde - Bouwkunde - Scheikunde

Deze studierichtingen zijn ondergebracht in aparte afdelingen. De afdelingen worden opgesplitst in vakgroepen. De vakgroepen zijn weer verdeeld in een

werkee IrI herj"YI • •

aantal seetxes~ Ik was werkzaam op de afdel1ng werktu1gbouwkunde bij de vakgroep Produktietechniek en Bedrijfsmechanisatie (WPB).

Graag zou ik aIle heren van de

~i~~~i~~v~~t~a~~~~~gi::k~rllen

bedanken voor de goede begeleiding en hun prettige medewerking.

INHOUDSOPGAVE

SAMENVATTING

VOORWOORD 2

I. INLEIDING 5

Symbolenlijst 8

2. ANALYSE VAN DE ISOSTATISCHE SPANNINGSTOESTAND 9

f~f~_~~!lx~~_y!~_s~_i~2~!!!i~£h~_~e!~~i~s~!2~~!!~S_2ii_~~

!E~!eE2~! 10

2.3. ~~!lX~~_Y!~_~~_i~2~!!!i~£h~_~E!~~i~g~!2~~!!~S_2ii_s~ !!Ei~geE2~!

3. ANALYSE VAN DE WRINGPROEF

4. DE EXPERIMENTEN 5. DE MEETRESULTATEN 1 1 12 12 13 1 5 15 16 18 21 22

6. DISKUSSIE §~!~ E~~~g~g~lI~~ §~~~_~~~_~~~~!i~~l §~J~_Q~_~!!~i!£h~_~ff~~~i~Y~_~E~g~igg_~g_!~! §~~~_Q~_~!~~~f~g~~i~ §~2~_Q~_!~~h~ig_Y§2!_~g_~~_~!i~gigg §~§~_Q~_Y~!!~~Yigigg~f~g~~i~ 7. KONKLUSIE EN AANBEVELINGEN Z~!~_!52g~1~~!~ Z~~~_~~g~~Y~l!gg~~

Lijst van figuren, tabellen en grafieken Literatuurlijst

Bijlage A De struktuurfoto's van C45

B De afmetingen van de wringstaven C De wringbank

D De meetgegevens van de trekproeven E De spanning-rek kromme

F De ruwheidswaarden van de wringstaven

27 27 29 30 32 32 33 35 35 35 37 38 39 40 4 1 42 43 53

INLEIDING

Bedrijven proberen de kosten van een produkt zo laag mogelijk te houden. Dit komt hun konkurrentiepositie vaak zeer ten goede. Eenvoudig gezien, zijn de totale produktiekosten te scheiden in vier groepen:

A. De kosten voor de ontwikkeling van het produkt B. De kosten van het materiaal

C. De fabrikagekosten

D. De kosten van het assembleren

Over het algemeen zijn de eindprodukten opgebouwd uit losse onderdelen. Er moeten kosten gemaakt worden om de onderdelen in elkaar te zetten.

Het blijkt, dat de assemblagekosten vaak de grootste hap vormt uit de totale kosten. Het ligt voor de hand, dat op de assemblagekosten de grootst mogelijke besparingen te realiseren zijn.

Een manier om de assemblagekosten te drukken is door robottisering. Men

vervangt mensen door robots die 24 uur per dag zeer nauwgezet werken en boven-dien nooit klagen. Deze manier wordt in de praktijk reeds op vele plaatsen toegepast. Voor produkten die worden gemaakt van goed vervormbaar materiaal, dit zijn duktiele material en, is nog een andere mogelijkheid tot besparen. Wanneer namelijk een aantal losse onderdelen in een stuk gemaakt worden, wordt het totaal aantal losse onderdelen beduidend minder. Waar nu nog b.v.

100 onderdelen een eindprodukt vormen, wil men in de toekomst slechts 3, 2 of zelfs nog maar I onderdeel hebben, dat het eindprodukt vormt. Er wordt

automatisch bespaard op de assemblagekosten. Zoveel zelfs, dat robottiseren helemaal niet meer nodig is.

Om meerdere onderdelen in een stuk te vervaardigen, moet het materiaal meer vervormen. Nu bestaat de kans dat bij verdere vervorming het materiaal scheurt of zelfs breekt. Dit moet worden voorkomen. Om materialen zoveel mogelijk te kunnen vervormen, is het nuttig als de materiaalkonstantes nauwkeurig bekend zijn. Vooral de karakteristieke deformatieweerstand (C in N/mm2) en de

verstevigingsexponent (n) zijn hierbij van belang. Tevens moet ook de maximale vervormbaarheid bekend zijn.

Ook door de sterke opkomst van de Computer Aided Design (C.A.D.)

programma's is de behoefte gegroeid om nauwkeurig de materiaalgegevens te kennen. Met C.A.D. programma's is het mogelijk om produktieprocessen op de computer te simuleren. Met de juiste gegevens is men zo in staat om tijdens het ontwerpen reeds te komen tot een optimaal procesverloop. Uit proefnemingen is gebleken, dat de maximale vervorming afhankelijk is van de isostatische spanningstoestand in een materiaal (lit. 2). Ook de C en n waarden blijken hiervan afhankelijk te zijn.

Er is a1 veel onderzoek verricht naar de maximale vervorming als funktie van de isostatische spanningstoestand (lit. 3, 4, 5, 6) Hieruit blijkt, dat een bruikbaar en aannemelijk kriterium voor breukinitiatie het quotient van de gemiddelde- en de effektieve spanning is

(~m/cr).

Dit alles kan uitgezet worden in een grafiek.

wringing

druk Fig 1. De breukfunktie.

De lijn die getrokken kan worden door de verschillende meetpunten is de breukfunk tie.

Bij de wringproef is de isostatische spanningstoestand gelijk aan 0 N/mm2. Dit punt ligt dus op de Ekrit as.

Uit voorgaande onderzoeken (lit 2,8) wordt gesuggereerd dat de resultaten van de wringproef lite laag" zijn. Dus dat de praktische waarden van lkrit voor wringen lager zijn dan de waarden die men vindt door extrapolatie van de breukfunktie.

Als mogelijke oorzaak hiervoor geeft Reijntjes (lit. 2 bIz. 51) de volgende verklaring:

Bij de wringproef is het buitenoppervlak het zwaarst belaste deel van de proefstaaf. Het is juist dit oppervlak dat bij de vervaardiging van de proefstaven de meeste vervorming heeft ondergaan. Het is dus te verwachten, dat de wringproef te lage waarden voor de vervormbaarheid zal opleveren.

Mijn opdrachtgevers willen te weten komen hoever dit in de praktijk klopt. In het kader van dit onderzoek moest ik nagaan wat de invloed van de voor-bewerking, is op de breukrek. Tevens moest ik de oppervlakte ruwheid voor en na de proef bepalen. Ook ben ik nagegaan in hoeverre de materiaalkonstantes

(C en n) verschillen tussen de trek- en wringproef.

Mijn onderzoek is verricht met C45 wat een kubus ruimtelijk gecentreerd materiaal is.

Er zijn trek-en wringproeven uitgevoerd. In hoofdstuk 2 is uitgewerkt hoe de isostatische spanningstoestand is bij deze verschillende proeven. De materiaalkonstantes zijn op eenvoudige wijze te bepalen met behulp van de

trekproef. Ze zijn ook uit de wringproef te halen, zij het dat dit iets moeilijker gaat. Daarom zijn in hoofdstuk 3 de formules afgeleid, die nodig

zijn voor het omwerken van de meetgegevens.

Voor eventueel volgend onderzoek is in hoofdstuk 4 uitvoerig beschreven hoe de proeven zijn uitgevoerd. Vervolgens zijn de meetgegevens verzameld in hoofdstuk 5. Deze worden besproken in hoofdstuk 6. In hoofdstuk 7 zijn de nodige konklusies getrokken. Ook worden hier aanbevelingen gegeven voor eventueel verder onderzoek.

SYMBOLENLIJST

(j'

£

=

effektieve spanning

=

effektieve rek

~1,

cr2, «3 = hoofdspanningen 1n respektievelijk 1, 2 en 3 richting N/mm2

1:'

= schuifspanning N/mm2

C ₌₌ karakteristieke deformatieweerstand N/mm2 n ; : verstevigingsexponent

(fm

= gemiddelde spanning

Ws == specifieke arbeid lvatt

s == afgelegde weg m

CT'krit == kritische effektieve spanning £krit ; : kritische effektieve rek C = koolstof

Si = silicium

Mn == mangaan

P fosfor

S == zwavel

2. ANALYSE VAN DE ISOSTATISCHE SPANNINGSTOESTAND

De isostatische spanningstoestand wordt uitgedrukt in een alzijdige

spanningskomponent~ ~m. De ~m is gedefinieerd als het gemiddelde van de hoofdspanningen.

(1) _c1"m

₌

en

+ ([2 + (j3

3

Een eigenschap van de isostatische spanningstoestand is, dat bij een

willekeurige spanningstoestand een alzijdige spanning opgeteld kan worden,

zonder dat dit invioed heeft op de vorm van het lichaam. /7Jeili"tdpr/scA<f: spannm.leh.

De hoofdspanningsverschillen (<11 - (2), (cf2 - (3) en «(}3 - «1) blijven konstant. AIleen een toename in hoofdspanningsverschillen resulteert in een vormverandering. Volgens de vloeivoorwaarde van von Mises, zorgen deze namelijk voor een grotere effektieve spanning.

Voor de beschreven verandering in de spanningstoestand blijven de cirkels van Mohr gelijk van vorm. WeI verschuiven ze langs de Gr-as.

Dit is afgebeeld in fig 2.

CJ2 (:.1 ) _{"2(= +2)}

+

_"+1

_I

-

-

, . ( ... 3) (i:i:J7) (0 =0) (0=0)

It

171 (J

--~.--I 0" . (J

°1

(J

I

Een isostatische spanningstoestand oefent dus geen invloed uit op de vormverandering. Wel blijkt een grote hydrostatische druk de vorming van mikroholten en de uitbreiding ervan tot scheuren tegen te gaan.

Ret is mogelijk om bij een hoge hydrostatische druk zelfs brosse materialen goed te vervormen.

Bij een trekproef wordt het proefstaafje aan twee zijden ingeklemd. Vervolgens wordt er op deze uiteinden een kracht uitgeoefend in de langs-richting van het staafje (zie fig 3.).

/R=

2,4

0

5 0 8 ...

-

_._.

__

. _ . -

I - .

_.

--_.

-_.

5 25

_...

5 _{-'" ,} Fig 3. De trekstaaf. -->~F

Omdat de trekproef wrijvingsloos is, hebbenwe te maken met een eenassige spanningstoestand. De hoofdspanningen in de 2- en 3 richting zijn 0 N/mm2. De isostatische spanning ~m bij de trekproef is volgens (1):

O"'m

= 01+0+0

3

= ~n . N/mm2

Met behulp van mechanisch a'angebrachte kerven, kan het meetgebied van de trekproeven vergroot worden. Het blijkt, dat bij gekerfde- en insnoerende ronde trekstaven een niet-uniforme deformatie optreedt in de zone onder de kerf of insnoering. Door verandering van de kerf kan een andere ~m geinitieerd worden. Vooral door Huiskens is hier veel onderzoek aan verricht. Hij heeft een model gemaakt, waarmee de totale grootte van de spanning en deformatie in de kleinste doorsnede berekend kan worden. Hij heeft ook een serie metingen gedaan met C45. Van die meetgegevens maak ik gebruik om de breukfunktie te testen op mijn meetwaarden.

De afleiding van de spanningstoestand bij enkelvoudige afschuiving (= wringing) is uitvoerig door Lamers behandeld (lit 1., bIz. 7,37 tim

40).

Hier wordt volstaan met het geven van de cirkels van Mohr voor enkelvoudige afschuiving (zie fig 4.). Tevens is in fig 4. een door wringing belast spanningsblokje getekend.

Fig 4. Spanningsblokje belast op wringing met bijbehorende cirkels van Mohr.

Lamers heeft voer dit belastingsgeval de cirkels van Mohr geconstrueerd door het maken van doorsnijdingen in het spanningsblokje in respektlevelijk x, y

en z-richting. Dit is gebeurt onder een willekeurige hoek. Vervolgens heeft hij het krachtenevenwicht opgesteld.

Uit de cirkels van Mohr blijkt, dat

en

= -

en

en dat ([2 = 0 De isostatische spanning Grm bij wringing is:

\1'"m =

<J!

+ 0 -

C1i

= 0 N/rrm2 3

Bij deze afleiding van de isostatische spanningstoestand wordt uitgegaan van enkelvoudige afschuiving. Het blijkt, dat de beschrijving niet geheel juist is, gezien het feit, dat de wringstaven tijdens de proefnemingen iets langer worden. Omdat mijn wringstaven maar zeer gering langer zijn geworden, wordt dit feit buiten beschouwing gelaten.

3. ANALYSE VAN DE WRINGPROEF

De meetopstelling is zodanig opgezet dat tijdens de proef de hoekverdraaiing tegen het wringend moment wordt opgetekend.

Uiteindelijk heb ik de maximale effectieve rek (£krit), het maximaal wringend koppel en de materiaalkonstantes (C en n) nodig. Rierbij zijn Mmax en skrit direkt uit de grafiek af te lezen. Voor het bepalen van de C en n waarden moeten de cr en de g bekend zijn. Ret verb and tussen deze onderdelen is volgens Ludwik/Nadai o=C.en (2). Wanneer in (2) verschillende cr en E punten ingevoerd worden zijn via logaritmische regressie de C en n waarden te berekenen.

De effectieve rek wordt afgeleid via een arbeidsbeschouwing.

Fig 5. Verplaatsing bij afschuiving

De benodigde kracht voor afschuiving per volumedeeltje is vol gens fig 5:

(3) T.dx.dy.dU

Deze uitdrukking is gelijk aan de arbeid per volumedeeltje:

(4) cr.de.dV

Wanneer we (3) en (4) kombineren ontstaat er: (5) T.dx.dy.dU

=

cr.de.dV

De vloeivoorwaarde volgens von Mises is:

(6) 202 = (01-02)2 + (02-03)2 + (03-0 })2 +

6T~,2

+

6T~,3

+

6T~,3

Bij enkelvoudige afschuiving heb je te doen met een enkele afschuifspanning. Na omwerken van (6) Levert dit:

(7)

Er geldt dat dV

=

dx.dy.dz . Dit gegeven wordt gekombineerd met (5) en (7) (8) O/J3.dx.dy.dU = a.de.dx.dy.dz ~ de

=

dU.l

_dz.J3

dU

Uit figuur 5 voIgt dat /dz = d(tany). UiteindeIijk wordt (8) dus: (9) -e: _

_-

tany

_v'3

Fig 6. De hoekverdraaiing bij het wringen

Uit fig 6 voIgt dat L.tany R.CI. (mits CI. is in radiaIen). Dit vormt met (9)

(IO) E

₌

R.CI.

L.v'3

Van de doorsnede is dit de rek in de uiterste vezel. Omdat bij torsie de uiterste vezel het zwaarst belast is, zal daar ook het eerste breuk optreden. Mijn spanningstoestand en effectieve rek relateer ik aan de effectieve spanning en effectieve rek in de uiterste vezel. De kritische effectieve rek kan

gevonden worden door voor CI. de maximale hoekverdraaiing in te vullen.

(I I) _ e: = R.Cl.krit

krit

L.J3

Een moment LS geIijk aan de kracht vermenigvuldigt met de arm. Ook kan gezegd

worden dat het moment gelijk is aan spanning

*

oppervlak

*

arm.

Bij wringing van ronde staven is de effectieve spanning niet gelijkmatig verdeeld over de doorsnede. Hij is afhankelijk van de straal.

Wanneer we (2) en (11) kombineren ontstaat er: ( 12)

Dit is de effectieve spanning in de uiterste vezel. Op een willekeurige straal wordt deze formule:

(13) ~n . N, mm 2

Bij wringing wordt de torsiestaaf belast met een s chuif spanning. Gekombineerd met (7) levert dit voor het moment:

Ru

(14) M

=

Of

J3r.2.n.r.dr.r

De uitwerking van (13) en (14) levert uiteindelijk:

(15) (16) (13) (17) R.a n C R3 M

=

2.1t. (L:j3)

'Jf'

n+3 C (R.a )n

=

M.v'3 (n+3) • ~ 2.1t R3

gekombineerd met (16) geeft:

U

=

M

.

.J3

(n+3) 2.1t R3

j

t

cr kan berekend worden als M en n bekend zijn. De momenten zijn van de opgetekende grafiek af te lezen. De n waarde kan bepaald worden uit (15). Er geldt namelijk log M = n.log

~:~

+ konstante • Met (10) geeft dit

(18) log M

=

n.loge + konstante.

Hierbij is E de effectieve rek in de uiterste vezel.

Via logaritmische regressie is de ~ __ waard~~i~~~18) __ ~~~::~n. Nu is het mogelijk om met formule (17) en (10) respectievelijk de effectieve spanning en de bijbehorende effectieve rek te berekenen.

4. DE EXPERIMENTEN

Mijn metingen zijn verricht met een ruimtelijk gecentreerd materiaal. Ik heb gekozen voor C45 mede omdat dit materiaal reeds beproefd is bij andere

isostatische spanningstoestanden. Van deze gegevens (lit 6.) maak ik gebruik om mijn meetresultaten te toetsen in de breukfunktie.

Ais uitgangsmateriaal is er stafmateriaal van

0

10 gebruikt. Ik heb gebruik gemaakt van twee verschillende charges C45. Met iedere charge is een serie metingen verricht.

In bijlage A ZL]n de structuurfoto's van verschillende charges gegeven. Duidelijk is hierop het verschil in korrelgrootte en koolstofgehalte te zien. Het materiaal van beide charges is spanningsvrij gegloeid in de vakuumoven van de CTD. Het gloeien is als voIgt gebeurd:

A. Oven op temperatuur brengen

B. De staafjes op temperatuur brengen (= +

!

uur) o

C. : 2 uur op 800 C houden D. Zeer langzaam af laten koelen

In onderstaande tabel zijn de materiaalgegevens weergegeven.

Korrelgrootte Hardheid Vickers Kooistofgehalte

C45 I ste serLe metl.ngen . . ~

0,0120 nnn 203 0,5% Tabel 1. Materiaalgegevens C45 45 2de . . C serLe metl.ngen 0,0063 253 0,4%

De bepaling van de materiaalgegevens is als voIgt gebeurd: - Bepaling korrelgrootte:

Van het spanningsvrij gegloeide materiaal zijn dwarsdoorsneden gemaakt. Deze zijn ingebed in bakeliet en daarna gepolijst. De structuur is geaccentueerd door de verkregen schliefjes te etsen met verdund salpeterzuur.

Van de structuur zijn foto's gemaakt, waarop lijnen zijn getrokken.

Langs de lijn zijn de lengten van de kristallen gemeten. Met de vergrotings-faktor is de gemiddelde waarde omgerekend naar de werkelijke korrelgrootte. - Meting hardheid Vickers:

Deze metingen zijn verricht op een Vickers-Armstrongs (Engineers) LTD met serienummer 254075.

Riervoor is een pyramidevormige diamant gebruikt die door een gewicht van 10 kg in het materiaal gedrukt wordt. Van vijf verschillende metingen zijn de lengten van beide diagonalen gemiddeld. Met behulp van de bijgeleverde tabel, is de Iengte omgezet in hardheid Vickers.

- Bepaling koolstofgehalte:

Ret kooistofgehalte is geschat aan de hand van het percentage perliet op de foto. Ret perliet is donker gekleurd op de foto. Ret koolstofgehalte is

1/100 deel van het percentage perliet.

AIle proefstaven zijn gedraaid met een beitel die een radius heeft van 2,4 mm. Dit draaien is gebeurd op een AI draaibank van Rembrug. De afmetingen van een

trekstaaf zijn gegeven in figuur 3. Na het draaien zijn de staven nog geschuurd met schuurpapier P400.

De afmetingen van een wringstaaf zijn gegeven in figuur 7.

R

₌

2,4 " 8

I

0

10

-

r- '

- -

, - -

- --_.

--_.

- - '

1

LL 15 40

"

15 I Fig 7. De wringstaaf.

De exacte afmetingen van ieder afzonderlijk staafje staan vermeld in bijlage B. Om het effect van de voorbewerking op de breukrek te kunnen bepalen, zijn de staven op de volgende manieren bewerkt:

A. grof verspaand B. fijn verspaand

C. geschuurd D. gepolijst E. gegloeid

Deze verschillende vorman van bewerkingen houden het volgende in:

A. Grof verspaand

B. Fijn verspaand

Pclek~;;'

oLt:.

o~a'\A

~I)

v. '5nede

e>( .. ~u.

C. Geschuurd

D. Gepolij st

E. Gegloeid

Eerste serie Tweede serie

rom I. Snedediepte van 0,9 rom bij een aanzet a van 0,21 /omw.

Toerental 1400 omw/min.

rom 2. Snedediepte van 0,1 rom bij een aanzet a van 0,32 /omw.

Toerental 1400 omw/min.

Proefstaaf no. 1, 2, 3 + 4 Proefstaaf no. 21, 22 + 23 Snedediepte 0,54 rom

0,26 rom 0,10 mm

0,08 rom 0,02 rom

Toerental 1400 omw/min. Toerental 900 omw/min. Aanzet a :::: 0,02 mm /omw. Aanzet a

=

0,02 mm /omw. Proefstaaf no. 5, 6, 7 + 8 Proefstaaf no. 28 + 23 Eerst fijn verspaand en daarna geschuurd met papier P180. Proefstaaf no. 9, 10, 11 + 12

·1

Proefstaaf no. 24, 26 + 27 Eerst fijn verspaand, daarna geschuurd met P400 en vervolgens gepolijst met papier 2 en 4.

Proefstaaf no. 13, 14, 15 + 16

I

Proefstaaf no. 25 + 29

Deze staven zijn fijn verspaand en daarna, samen met de overige nog te bewerken staven, gegloeid.

Deze bewerkingen geven voldoende verschillen in de oppervlaktegesteldheid van de proefstaven. Bij de gegloeide staven is de invloed van de oppervlaktebewerking verwaarloosbaar klein geworden.

Bij het schuren en het polijsten is gebruik gemaakt van een profiel. Dit profiel is 38 mm breed. Het heeft de vorm van een halve cirkel met een diameter van 9 mm. In dit profiel wordt het schuur- of polijst papier gelegd (zie fig 8.).

Wringstaaf o r - - - - -ProHel

Fig 8. Het schuren en/of polijsten van de wringstaven.

Door deze manier van schuren en/of polijsten probeerde ik het materiaal gelijk-matig, over de gehele lengte van de wringstaaf, af te nemen.

Voor mijn experimenten heb ik de volgende metingen uitgevoerd: A. Diametermeting

B. Lengtemeting C. Ruwheidsmeting

D. Spanning-rek kromme meting bij de trekproef

A. Diametermeting

De diameter van de trek- en torsiestaven zijn gemeten met een digitale micrometer van Mitutoyo (MD-25). Deze heeft platte bekken. In principe is het mogelijk om op 0,001 mm nauwkeurig af te lezen. Ik heb echter op 0,01 mm nauwkeurig de diameter bepaald. In bijlage B zijn de waarden weergegeven.

B. Lengtemeting

Voor de lengten van de trekstaven ben ik uitgegaan van de nauwkeurigheid van de draaibank. Ze zijn niet nagemeten.

Omdat de lengte van de torsiestaven van invloed is op de hoekverdraaiing en het wringend moment, zijn deze weI nagemeten. Dit is gebeurd met de profiel-meter van Isoma, die opgesteid staat in de meetkamer.

Er is op 0,1 mm nauwkeurig afgelezen. De torsieproeven zijn gestopt op het punt dat het oppervlakte scheurde. Ze zijn dan nog niet gebroken. Zodoende was het mogelijk om oak na de proeven de lengte van de staven te meten m.b.v. de profielmeter.

c.

Ruwheidsmeting

De ruwheidsmetingen zijn verricht op de Talysurf 4 van de fabrikant Taylor Hobson. Ook deze staat opgesteld in de meetkamer.

De Talysurf 4 staat aangesloten op de computer. Het LS mogelijk om via de

computer de Ra waarde te bepalen. Ik heb mijn Ra-waarden rechtstreeks van de Talysurf 4 afgelezen.

D. Bepaling van de spanning-rek kromme bij de trekproef De trekproeven zijn uitgevoerd op een Monsanto Tensometer.

Bij deze proef is de uitwijking van de kwikkolom een maat voor de kracht, die uitgeoefend wordt op het staafje. De schaal loopt van

°

tot 10.000 N met een verdeling in 100 N.

De kracht en de bijbehorende diameter zijn bij verschillende rekken gemeten tot en met een rek van 20%. Voor het meten van de diameter gedurende de proef, heb ik gebruik gemaakt van een normale micrometer van Mitutoyo.

Deze micormeter had bolpunten, zodat het gemakkelijk was om juist de kleinste diameter op te meten.

E. Wringendmoment-hoekverdraaiing meting bij de wringproef

De torsieproeven zijn uitgevoerd op een wringbank die gebouwd is door de zwitserse onderneming Alfred J. Amsler

&

Co.

De proefopstelling moest zodanig zijn, dat met behulp van een x-y schrijver het wringendmoment uitgezet werd tegen de hoekverdraaiing. Om dit te realiseren heeft de wringbank enige veranderingen ondergaan. In bijlage C is een grafische weergave van de meetopstelling gegeven.

Het wringend moment wordt overgebracht door een horizontale arm, waaraan een drukdoos is bevestigd. De arm heeft een lengte van 270 mm. De drukdoos heeft een krachtmaximum van 500 N.

Het wringend moment wordt overgebracht met behulp van een inspankop. Op de inspankop is een potmeter geplaatst, die maximaal 10 omwentelingen kan verdraaien.

Een hoeverdraaiing verandert de weerstand van de potmeter. Een eventuele

spanning over de potmeter verandert dan ook. Dit spanningsverschil is gebruikt als een maat voor de hoekverdraaiing.

Bij de eerste serie metingen is het signaal van de drukdoos verwerkt door een Digital Transducer/Loadindicator (CA320). Deze is afkomstig van de firma Automation Industrieel B.V. Peekel Division.

Voor mijn tweede serie metingen is het signaal verwerkt door een HBM Messverstarker KWS/3S-5.

Het wringend moment als funktie van de hoekverdraaiing wordt opgetekend door een x-y schrijver. Dit was de schrijver Omnigraphic 2000 recorder van Houston Instrument.

De kritische hoekverdraaiing is die hoek,waarbij het oppervlakte van de

wringstaaf juist scheurt. Dit punt is duidelijk terug te vinden in de grafiek, die de x-y recorder optekent.

Bij het scheuren van het oppervlak, loopt het wringend moment sterk terug. Wanneer dit gebeurt, is de daadwerkelijke scheur nog maar nauwelijks met het blote oog waar te nemen.

Voor het bepalen van de materiaalkonstantes is gebruik gemaakt van

logaritmische regressie. Voor deze regressie is een programma geschreven, wat verwerkt kan worden op een Hewlett Packard 982SA.

De x-y schrijver, uit de proefopstelling, tekent het wringend moment op tegen de hoekverdraaiing. De hoekverdraaiing wordt met formule (10) omgewerkt in de effektieve rek

(E ).

Uit iedere grafiek zijn bij verschillende rekken de bijbehorende momenten afgelezen. Deze vormen samen de moment-rek kromme. De punten van iedere grafiek, die een moment-rek kromme vormen, zijn verwerkt met de Hewlett Packard.

Deze berekent de richtingscoe£ficient (= de n waarde) van de lijn. Met de n waarde en het wringend moment is met (12) de ef£ektieve spanning (<f) in de uiterste vezel te berekenen.

Opnieuw zijn de punten verwerkt met de Hewlett Packard. Nu zijn echter de punten ingevoerd, die de spanning-rek kromme vormen. De C en n waarden worden nu gegeven door de Hewlett Packard.

De materiaalkonstantes van de trekproef zijn oak berekend met de Hewlett

CTkrit

5. DE MEETRESULTATEN

De kritische effectieve spanning (<rkrit) als funktie van de bewerking van de proefstaafjes is afgebeeld in grafiek I. In deze grafiek verbindt de vertikale streep de minimaal gevonden waarde met de maximaal gevonden waarde. Bij die be-werkingen, waarbij de staven kapot gingen bij dezelfde tkrit is de vertikale streep kort. De rondjes en kruisjes zijn gemaakt om de eerste serie metingen te kunnen onderscheiden van de tweede serie.

In grafiek 2 is de kritische effectieve rek (£krit) als funktie van de bewerking afgebeeld. Ook in deze grafiek is de maximale waarde verbonden met de minimale waarde. Het blijkt, dat de

Ra

waarde van de verschillende bewerkingen onderling

toch nog verschillen. Daarom is in grafiek 3 en 4 respectievelijk~krit en£krit als funktie van Ra afgebeeld.

t?pm ;

~ V-tI1. !;;JlNnt -3 ~rM.ry'f}W I :

·HP !}l IIi! 1;;;

!i!! I! : , ! " ' 1 ' i l \ ! !,., l:i.:li::frmTII metingen ';"'+"-'-;-4i in N/mm 2

I

1000 grof verspaand fijn verspaand Grafiek I.Cfkrit als funktie van de bewerking

geschuurd Bewerking

-

_E

krit <1'krit . N, 2 1.n mm

Of3.51j1l ••

~EII[llIal!~~

grof verspaand

fijn geschuurd gepolijst gegloeid verspaand

---~3>~ Bewerking Grafiek 2. £krit als funktie van de bewerking

1200 1100 1000 900 2 <:)

=

grof verspaand. X = fijn verspaand ;

&'...

geschuurd

+ ...

gepolijst

Ra waarden voor de bewerking in pm )I.

0,95

E

krit

o

2 3

0=

X=

®=

... =

....

4 5 grof verspaand. fijn versp;:tand geschuuni gepolijst gegloeid 6 7

Ra waarden voor de bewerking in

f'

m

Grafiek 4.Ekrit als funktie van de Ra waarde.

:>

Om mijn meetgegevens te toetsen Ln de breukfunktie, heb ik de Ekrit waarden in grafiek 5 uitgezet. De andere punten van de breukfunktie zijn ontleend aan het verslag van Huiskens (lit

6).

_{Hujske~ httal f"roef'5~;2Verl Wal;}r VClYl}

heT---

n I€~ Zo l'1~tH\J

heofi.l\

was

v

a

= bepaald door Huiskens (rvekllY<J-e~) (ohder C-45 ma.;t.) ~~elt\lIi:ie.;

~v-eY) .

0,75

₎₍

_€

van eerste serie metinge

krit

a..k

r

0,50 0,25 0,25 0,50 Grafiek 5. De breukfunktie 0,75

o

=

r

_krit van tweede serie metinge

_ 1,00 £krit

~

In grafiek 6 en 7 ~s een beeld gegeven van de oppervlakte ruwheid voor en na de torsieproeven. Van iedere staaf is de Ra waarde vijf keer gemeten. Het kruisje of de cirkel geeft de gemiddelde van deze waarden. De vertikale streep is plus en min de standaardafwijking (SD).

In grafiek 6 zijn de waarden uitgezet van deeerste serie metingen en in grafiek 7 is hetzelfde gedaan voor de tweede serie metingen.

8 7 6 5

Rs

waard;~~~[i~~~~~~~~~~~~=2J.:~==~==~~~=f~~:=1=~P=~ZJ~~=

in ~m 4

b2~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~7-~~~~-t~~~~~~~"'~~-1

:~~~~+~~+~'~~~'~~'7~~~:'~-~~"'i~~~~~~~'~~."

grof verspaand Bewerking ..

Grafiek 6. De Ra waarden v60r en na de torsieproeven van de eerste serie metingen Ra waarde inpm 4

1

3 2

verspaand geschuurd gepolijst gegloeid

Bewerking ---,:>:;..

Grafiek 7. De Ra waarden v60r en na de torsieproeven van de tweede serie metingen

De berekende C en n waarden zijn weergegeven in tabel 2:

Bewerking )ste serie proeven 2de serie proeven C ~n . Nj mm 2 n Trekproef C in Njmm 2 n Trekproef Ruw verspaand 1229 0, ) 68 C

=

1168 Njmm 2 972 0,139 C

=

965 Njmm Fijn verspaand 1232 0,160 n = 0,220 980 0,141 n

=

0,232 Geschuurd 1236 0,157 987 0,137 Gepolijst 1224 0,155 977 0,138 Gegloeid 1228 0,156 1008 0,129

Tabel 2. De C en n waarden bij verschillende bewerkingen.

Ret exacte verloop van de spanning-rek kromme is afgebeeld in bijlage E. Ter vergelijking is hier tevens het verloop van de spanning-rek kromme van de trekproef in getekend.

De meetgegevens van de trekproef staan vermeld in bijlage D.

Volledigheidshalve zijn in bijlage F de waarden van het maximum moment en de bijbehorende kritische rek opgenomen.

p.~( ...

,

llle!

(lH.-U,c:i".. 'q ) 2

6. DISKUSSIE

Afwijkingen van het meetresultaat kunnen worden onderverdeeld in twee hoofd-groepen:

A: De afwijkingen die constant zijn, die dus door optellen van een correctie bij het meetresultaat kunnen worden geelimineerd: de systematische afwijkigen

B: Afwijkingen die bij iedere herhaling van de meting een andere waarde hebben, maar die weI binnen zekere grenzen bIijven:

de toevallige afwijking

De laatstgenoemde afwijkingen kunnen 1n rekening gebrac~t worden, door aan het meetresultaat maatgrenzen toe te kennen.

De maximale absolute onnauwkeurigheid (m.a.o.) is de grootste afwijking die het meetresultaat kan hebben van de werkelijke waarde van de gemeten grootheid.

De m.a.o. wordt berekend op grond van de ijknauwkeurigheid van de meetinstru-menten volgens opgave van de fabrikant en van de geschatte aflees- en instel-nauwkeurigheid.

Beschouwd men de funktie F van de onafhankelijke variabelen x, y, z ••••• dan voIgt de m.a.o. in F uit de volgende betrekking:

~F

=

~F

• Ax +

OX

I~F

Oy

.Ily

+

OF

dz

.Ilz

+ ...

H1er1n 1S -" • •

dF

/)x

de waarde van de partiele afgeleide naar x.

De relatieve fout vindt men door de m.a~o. te delen door de funktie F:

d

F .

~

x + I'

OF •

A y +

d

FI_

A z + • _ •••

.1 F :;: -.;O;,..;;x;;.;... _ _ ,..!....;;O.-!.y..!.-_ _ ~a.:=.z.:..-_ _ _ _

Wanneer de funktie F bestaat uit aIleen maar vermenigvuldigingen en/of

quotienten, kan voor de relatieve fout afgeleid worden dat deze gelijk is aan:

AF

- - = .::lx +

Ay

+ L1z +

F

x

y

z

Bij mijn experimenten meet ik de hoekverdraaiing, dus in feite de effektieve rek (£) en het wringend moment.

- De relatieve fout in het wringend moment: De funktie is: M

=

kracht

*

arm

=

F • x

De kracht: De spreiding hierin wordt veroorzaakt door:

A.

de drukopnemer B. de meetversterker

C. het aflezen

A: de drukopnemer: Type:Peekel Loadcell type DOSO Lab voor Electronica

Rotterdam-Holland

Relatieve fout volgens fabrikant:

!

0,2% B d • e meetverster er: Type: k I s t e . . . ser1e: D1g1ta l T d rans ucer / Loadindicator CA320

2de serie: HBM Messverstarker KWS/3S-5 Relatieve fout volgens fabrikant:

!

0,1%

voor beide typen C. het aflezen: Geschatte afleesonnauwkeurigheid: 1,5%

De arm: Deze heeft een lengte van 270 rom en is op 0,1 rom nauwkeurig gemeten. Relatieve fout is:

_~

₌

0,00037% is verwaarloosbaar 270

Relatieve fout in het koppel is AM

M 0,2 + 0,1 + 1,5 + 0.00037

=

1,8% - De relatieve fout in de effektieve rek ( l )

De funktie is volgens (10)

E

=

R.o(

L.v'3

De straal R:

De hoek 0<

De gemiddelde straal van de wringstaven is 4 mm. Er is afgelezen op 0,005 mm nauwkeurig. De relatieve dus 0,005 _0,00125%

=

4

Deze is gemeten met behulp van een potmeter:

Type: Duncan Elektronics inc serie 3253 van 100 K~. Relatieve fout volgens fabrikant: 0,25%

fout

Ook hier zit weer een afleesfout die geschat wordt op 1,5% De lengteL: De gemiddelde lengte van de staven is 40 mm.

Dit is gemeten op 0,1 mm nauwkeurig. De relatieve fout is dus ~

=

0,0025%

40

is

De totale relatieve fout in de effektieve rek is

~

=

0,00125 + 0,25 + 1,5 +

E

0,0025: 1,75%

In dit verslag zijn verder ook nog de effektieve spanning (~) en de materiaal-konstantes (C en n waarden) berekend. Hierbij is echter gebruik gemaakt van logaritmische regressie, waarbij een lijn zo goed mogelijk door een aantal punteri getrokken wordt.

Hierdoor worden de toevallige afwijkingen en dus ook de relatieve fouten zodanig bewerkt, dat ze verwaarloosbaar klein worden.

In bijlage A zijn de struktuurfoto's gegeven van het spanningsvrij gegloeide materiaal. Foto nummer 2084 geeft de struktuur weer van het materiaal dat gebruikt is voor de eerste serie proefnemingen. Foto nummer 2085 is represen-tatief voor het materiaal van de tweede serie experimenten.

Duidelijk is het verschil in koolstofgehalte en korrelgrootte te zien. Bij de eerste serie is het koolstofgehalte : 0,5% en bij de tweede serie is dit gehalte : 0,4%. Het gebruikte materiaal is C45. Volgens de specifikaties moet het koolstofgehalte tussen 0,42% en 0,50% liggen. Aan de hand van mijn schatting heeft het materiaal uit de tweede serie dus een iets te laag koolstofgehalte.

Uit het verschillend koolstofpercentage concludeer ik, dat het materiaal afkomstig is van twee verschillende charges. Dit houdt in, dat de percentages aan verontreinigingen van Si, Mn, P en S ook verschillend zijn. Dit zou een eventuele invloed op de breukrek kunnen hebben. Immers S en P maken het materiaal bros.

Ook het koolstofpercentage heeft invloed op het breukgedrag. Een hoger

koolstofgehalte geeft meer cementiet. Cementiet heeft de eigenschap dat deze het materiaal sterker maar tevens ook brosser maakt. Dit is ook terug te vinden in mijn resultaten. Namelijk het materiaal uit de eerste serie breekt bij een hogere span~ing, maar bij een lagere rek als het materiaal uit de

tweede serie (respektievelijk grafiek I en 2).

Het verschil in korrelgrootte is hoogstwaarschijnlijk ook toe te schrijven aan het feit, dat het materiaal van twee charges afkomstig is.

Er is echter nog een andere faktor, die van invloed kan zijn geweest. Hierbij doel ik op het spanningsvrij gloeien in vacuum.

Beide series zijn ongeveer twee uur gegloeid. Het is mogelijk dat de eerste serie + 15 minuten Langer of korter is gegloeid als de tweede serie.

De duur van het geloeien is wel nauwkeurig te bepalen. De vacuumoven is namelijk gekoppeld aan een schrijver. Deze schrijver tekent de temperatuur van het gloeien als funktie van de tijdsduur op. Langs de tijdas is dus precies de tijdsduur van het gloeien te bepalen.

Tijdens het gloeien van mijn proefstaven is het temperatuurverloop ,in de tijd. niet opgetekend.

In grafiek 1 is een duidelijk verband te zien tussen de effektieve spanning waarbij het materiaal breekt (=(fkrit) en de oppervlakte bewerking.

Het blijkt, dat naarmate het oppervlakte ruwer bewerkt wordt, de ~krit kleiner wordt.

In grafiek 2 ishetzelfde beeld te zien voor de kritische effektieve rek (=Ekrit). In grafiek 3 en 4 is in plaats van de bewerking de Ra waarde uitgezet op de x-as.

Ook in deze grafieken is te zien, dat bij een groffere bewerking de crkrit en £krit afnemen. Een groffere bewerkinggeeft namelijk een hogere Ra waarde. De verschillen in 6krit en £krit waarden zijn dus toe te schrijven aan

de oppervlaktebewerking. Een ruwere bewerking brengt hogere spanningen in het materiaal. Tijdens het vervormen worden er extra spanningen in het

materiaal gebracht. Die materialen die al een bepaalde spanning hadden, kunnen minder spanning opnemen. Bij een lag ere toe te voeren spanning behoort een kleinere vervorming. Ruw bewerkte materialen zullen dus een lagere ikrit hebben. In dit opzicht heeft Reijntjes dus gelijk.

Opvallend is, dat de £krit van de gepolijste staven bijna net zo hoog is als de fkrit van de gegloeide staven. Bij de gegloeide staven is de invloed van de oppervlaktebewerking te niet gedaan. Dit kan erop duiden, dat de spanningen, die ontstaan tijdens de bewerking, slechts in een zeer dun laagje van het

materiaaloppervlak zitten. Dat deze spanningen toch essentieel zijn, zit hem in het feit dat juist de oppervlaktelaag bij torsie het meest belast wordt. Bij een zelfde\Tkrit behoort,relatief gezien,een zelfde £krit. Toch is de

tkrit bij het fijnkorrelig materiaal (= 2de serie proeven) kleiner voor de gepolijste staven dan voor de gegloeide staven. In dezelfde lijn voortdenkend zou dit verklaard kunnen worden, doordat bij deze gepolijste staven net iets te weinig materiaal is weggenomen. Met andere woorden er zaten nog spanningen in het oppervlakte.

Het tweede opvallende verschijnsel in deze grafieken is het verschil in (rkrit en Ekrit in de twee series metingen. Beide series metingen zijn uitgevoerd met C45. Het materiaal van de eerste serie kan een hagere crkrit en een

lagere Ekrit hebben ala het materiaal van de tweede serie. In 6.2. is al gezegd, dat dit veroorzaakt wardt door het koolstofgehalte. Het verschil in materiaalsamenstelling, haewel deze binnen de vereiste taleranties liggen, geeft grate verschillen in CTkrit en £krit. Dit feit is minstens zo

In grafiek 5 zijn de gemeten £krit waarden uitgezet in de grafiek voor de breukfunktie. De spreiding in de meetpunten is zo groot, dat er geen zinvolle breukfunktie is te tekenen. Deze spreiding wordt veroorzaakt door:

A. De verschillende oppervlaktebewerkingen B. De verschillende charges C45

Het is duidelijk dat de oppervlaktebewerking weI degelijk invloed heeft op de breukrek. We zien echter ook, dat verschillende charges van hetzelfde materiaal, en bij dezelfde oppervlaktebewerking ook grote variaties in £krit geeft.

Het verschil in materiaaisamenstelling geeft net zo'n grote spreiding in £krit als het verschil in oppervlaktebewerking. Het is aannemelijk dat bij andere isostatische spanningstoestanden verschillen in materiaalsamenstelling een spreiding in Ekrit veroorzaakt. Feitelijk is het onzin om de breukfunktie samen te stellen met mijn meetwaarden van Huiskens (lit 6.). Immers, het is zeer onwaarschijnlijk dat het C45 van Huiskens precies dezelfde samenstelling had als het C45 dat ik gebruikt hebe

Kleine verschillen in kooistofgehalte en misschien ook weI andere legerings-elementen geven grote variaties in de breukrek. Het is onmogelijk' om voor C45 een eenduidige breukfunktie op te zetten. Waarschijnlijk is het weI mogelijk om de breukfunktie va~ een bepaald charge te bepalen. AIle proeven moe ten dan gedaan worden met materiaal van een charge. Bovendien moet men bij de torsieproeven eerst de proefstaven maken en deze daarna spanningsvrij gloeien. Dit spanningsvrij maken, kan men ook benaderen door eerst de staven te gloeien, vervolgens te draaien en daarna een dun oppervlaktelaagje eraf te halen d.m.v. polijsten.

Tijdens het wringen torderen de kristallen van het materiaal uit het oppervlakte. Dit resulteert in een hogere Ra waarde na de proef. Grafiek 6 geeft hier een duidelijk beeld van. Dit is de grafiek van de eerste serie proefstaven, dus het materiaal met de grootste kristalkorrels.

In bijlage F zijn de Ra waarde uitgezet in een tabel. Grafiek 7 geeft een tegenstrijdig beeld. Hier wordt het materiaal juist minder ruw. Dit is als voIgt te verklaren.

Het materiaal van de tweede serie was moeilijker te verspanen als het

materiaal van de eerste serie. Dit resulteerde in een hogere Ra waarde voor de tweede serie. Daarbij komt nog, dat de kristalkorrels van de tweede serie 0,0063 mm zijn tegen 0,0120 rom van de eerste serie.

De invloed van het uitdraaien van de kristalkorrels is bij deze ruwheden niet van belang. AIleen bij de gepolijste staven is te zien dan het opper-vlakte ruwer is geworden. WeI van invioed zijn de groeven die ontstaan tijdens het draaien van de wringstaven. Bij de tweede serie waren deze groeven

aanzienIijk groter. Dit geeft een hoge Ra waarde. Door het wringen zijn deze groeven zodanig vervormd dat de Ra waarde lager is geworden.

In bijlage E zijn de verstevigingsfunkties ppgetekend van de verschillende wringproeven. Ter verlijking is tevens ook de verstevigingsfunktie opgetekend van de trekproef. De verstevigingsfunkties van trek- en wringproef zijn niet exact hetzelfde. Het blijkt, dat de funktie van torsie pas bij hogere spanningen begint te vloeien en dat hij bij een hoge rek de funktie van trek snijdt.

Dit is reeds een bekend verschijnsel (lit II. bIz. 106).

Volgens Ludwik/Nadai (2) is de verstevigingsfunktie voor spanningsvrij gegloeid materiaal geIijk aan ~= C • fn.

Hierbij wordt C de karaktaristieke deformatieweerstand en n de verstevigings-exponent genoemd. Dit zijn de zogenaamde materiaalkonstantes. Dat deze

materiaalkonstantes niet zo konstant zijn, blijkt weI als we de verschillende breukfunkties met elkaar vergelijken. Er zijn drie verschillen in C en n waarden.

A : Bij verschillende oppervlaktebewerkingen zijn verschillende C en n waarden berekend.

B De C en n waarden van de eerste serie verschillen met de waarden van de tweede serie metingen.

A De verschillende bewerkingen geven een kleine spreiding in C en n waarden.

Dit wordt niet veroorzaakt door de bewerking. Deze kleine spreiding is te wijten aan meetonnauwkeurigheden en door de spreiding in de meetpunten bij de verschillende metingen.

B De verschillende series metingen geven een groter verschil in materiaal-konstantes. Dit is niet aIleen bij de wringproef het geval, maar ook bij de trekproef. Het verschil in materiaalsamenstelling veroorzaakt dus het verschil in de C en n waarden.

De samenstelling heeft ook invloed op de kristalkorrelgrootte. Uit lit 7. is reeds bekend, datde verstevigingsexponent Cn) sterk afhankelijk is van de korrelgrootte.

C De verschillen bij wring- en trekproef zijn moeilijker te verklaren. Materiaalkundig gezien, kan dit op de volgende wijze verklaard worden. Bij de trekproe£ draaien de kristalkorrels anders uit het materiaal dan bij de wringproef. Het gevolg is dat de kristallen bij de trekproef op een andere manier belast worden als bij de wringproef. Bij een andere belasting reageert het kristal ook anders, waardoor er verschillen in C en n waarden gevonden worden.

7. KONKLUSIE EN AANBEVELINGEN

Uit de resultaten van de wringproeven kunnen de volgende konklusies getrokken worden:

- De manier waarop een oppervlakte wordt bewerkt heeft een grote invloed op de breukrek. Fijnere bewerkingen geven hogere waarden aan de breukrek. - De spanningsvrij gegloeide staven leveren de grootste maximale rek.

Wanneer, door polijsten, een dun oppervlaktelaagje van de proefstaven wordt weggehaald, kunnen deze staven tot praktisch dezelfde maximale rek vervormd worden.

Ook de invloed van de legeringselementen oefent een grote invloed uit op de breukrek. Hierbij wordt nog opgemerkt, dat de spreidingen in de legerings-elementen binnen de gestelde toleranties liggen.

Vooral de invloed van het koolstofgehalte is van belang. Een hoger koolstof-gehalte geeft een hoger percentage aan cementiet in het materiaal. Cementiet maakt een materiaal sterker maar tevens ook brosser.

Het is onwaarschijnlijk, dat Huiskens (lit 6) materiaal had met precies dezelfde samenstelling als ik. Daarom zijn mijn meetwaarden niet te testen in de breukfunktie die hij gevonden heeft.

Een wringproef levert een andere verstevigingskromme, dus ook andere materi-aalkonstantes, als de trekproef. Dit verschijnsel wordt veroorzaakt door het verschil in spanningstoestand. Bij de wringproef worden de kristallen op een andere manier belast dan bij de trekproef.

Het oppervlakte van de wringstaven wordt door het wringen nauwelijks ruwer.

Het percentage aan legeringselementen en met name het koolstofgehalte, heeft een grote invloed op de breukrek. Het juiste verloop van de breukfunktie is alleen dan te vinden als aIle proeven uitgevoerd worden met het materiaal van een charge.

Voor de wringproef kan dan het beste gebruik gemaakt worden van spanningsvrij gegloeide staven.

Als dit gebeurd is, heeft men de breukfunktie gevonden van een bepaaide charge met een specifieke samenstelling. Vanuit deze breukfunktie kan dan de invloed van de legeringselementen onderzocht worden.

De breukfunktie is dan niet aIleen afhankeIijk van de isostatische spannings-toestand, maar ook van de Iegeringspercentages.

Een tweede opmerking die ik wil maken, betreft de proefopstelling.

V~~r nauwkeurigere metingen moet de wringbank enkele veranderingen ondergaan. Hierbij denk ik met name aan:

- De drukdoos

Deze moet zodanig geplaatst worden, dat de wringbank niet extra belast wordt. Nu is het zo, dat hoe groter het wringend moment is hoe groter de wrijvings-kracht wordt die de drukdoos veroorzaakt. De wringstaaf wordt zodoende ge-hinderd in het Ianger worden.

- De afstelling van de wringsnelheid

Het is mogelijk dat ook de snelheid van het wringen van invloed is op de

breukrek. Daarom is het noodzakelijk dat de snelheid precies is in te stellen. Dit is nu nog onmogelijk.

Lijst van figuren, tabellen en grafieken

Fig I. De breukfunktie

2. Grafische weergave van de gesuperponeerde isostatische spanningstoestand

3. De trekstaaf

4. Spanningsblokje belast op wringing met bijbehorende cirkels van Mohr

5. Verplaatsing bij afschuiving

6. De hoekverdraaiing bij het wringen 7. De wringstaaf

8. Het schuren en/of polijsten van de wringstaven

Tabel 1. Materiaalgegevens C45

Grafiek 1 • <Tkri t als funktie van de bewerking 2 • £krit als funktie van de bewerking 3. <Tkrit als funktie van de Ra waarde 4. Ikrit als funktie van de Ra waarde 5. De breukfunktie

6. De Ra waarden veer en na de torsieproeven van de eerste ser~e metingen

7 • De Ra waarden veer en na de torsieproeven van de tweede serie metingen

6 9 10 1 I 1 2 13 16 18 25 22 23 23 24 24 25 25

LITERATUURLIJST

1. W.J. Lamers

De wringproe£ als onderzoekmethode voor het vaststellen

van de verstevigings£unktie van Nadai. Rapportnr. WPB 0017 1983

2. H.C.E. Reijntjes

Het breukgedra'g van duktiele materialen. Rapportnr. PT 0522 1981

3. L.P.M. Derks

Onderzoek van breukfunkties met behulp van de wringproef. 4. T. Lavrijssen

Plastische breuk bij duktiele metalen. 5. G.B. Huiskens

Plastische breuk bij duktiele metalen. 6. G.B. Huiskens

Plastische splijtbreuk bij duktiele metalen. 7. Klaus Pohlandt

Beitrag zur Optimierung der Probengestalt und zur Auswertung des Iorsionversuches.

Rapportnr. PT Rapportnr. PI Rapportnr. PT 1979 445 1979 449 1979 473 1980 8. Ir. J.W. Deckers

Plasticiteitsleer W4 Deel I HTS diktaat no. 271

9. Ir. J.W. Deckers

Plasticiteitsleer W4 Deel II HTS diktaat no. 272

10. Prof.ir. J.A.G. Kals, Dr.ir. J.A.H. Ramaekers, Ir. L.J.A. Houtackers Plastisch omvormen van metalen.

Uitgave: Stichting Omtec voor Mechanische Omvormtechniek 11. J.G. Sevillano, Ivan Houtte and E. Aernoudt

Large Strain Work Hardening and Textures

Progress in material science 25 (1983) pag 69 - 412

Mn 0,50 - 0,80 %

p _{0,045 %}

S 0,045 %

jste serie: Fotonummer 2084, vergroting 583 keer.

Diameter voor breuk Diameter na breuk in nun in nun Istaaf no. A B C A B C ~ I 7,99 7,99 8,01 7,97 7,98 8,00 2 8,02 8,03 8,05 ? 8,01 8,03 3 7,98 7,98 8,00 7,97 7,96 7,98 4 8,02 8,03 8,05 8,01 8,01 8,03 5 8,01 8,00 8,00 7,99 7,99 7,99 6 8,00 8,00 8,00 7,99 7,99 7,99 7 8,00 8,00 8,00 7,98 7,98 7,98 8 7,99 7,99 7,99 7,97 7,97 7,98

_..

I 1 8,01 8,00 8,00 7,98 7,98 7,98 12 7,98 7,97 7,97 7,96 7,96 7,96 13 8,00 7,99 8,00 7,97 7,97 7,97 14 7,99 7,99 8,00 7,96 7,97 7,98 IS 7,99 8,00 8,02 7,97 7,98 8,00 16 7,99 7,99 7,99 7,97 7,97 7,98 17 7,99 7,98 7,98 7,96 7,95 . 7,96 .18 7,99 7,99 7,99 7,96 7,97 7,97 19 7,97 7,97 7,97 7,94 7,94 7,95 weede serie 20 8,01 8,01 8,02 8,00 7,98 8,00 21 8,05 8,04 8,01 8,03 8,01 7,99 22 8,08 8,06 8,03 8,05 8,0;3 8,01 23 8,02 8,02 8,03 8,00 7,99 8,00 24 7,97 7,98 8,00 7,95 7,95 7,96 25 7,94 7,93 7,92 7,90 7,89 7,91 26 8,02 8,01 8,03 8,01 7,98 8,01 27 8,00 7,99 8,01 7,99 7,96 7,98 28 8,01 8,01 8,01 7,97 7,97 7,99 29 8,00 7,98 7,99 7,96 7,94 7,96 30 8,00 8,00 7,99 7,96 7,95 7,94 31 8,00 8,00 8,00 7,96 7,95 7,96 , wringstaven

Lengte Lengte Afstand van in nun verandering de breuk

in nun t.o.v. A in nun 37,4 _1,

°

12,5 37,6 0,5 5,5 37,4 1,0 1 I ,0 37,4 2,0 1 I ,0 38,0

I,D

12,5 38,2 1 , 1 0,5 37,9 1,2 37,9 38,1 1,5 24,5 40,3 0,5 2,0 37,8 ],5 0,5 38,3 1,5 38,3 37,9 2,5 0,5 36,8 1,0 0,5 38,1 1,0 0,5 37,9 1,2 37,9 37,6 1,5 32,0 38,4 2,0 7,0 37,8 0,2 5,0 37,8 0,2 24,0 37,6 0,3 16,0 38, I 0,1 7,8 38,1 0,2 38,1 37,8 0,4 34,0 37,7 0,4 31,5 37,8 0,3 1,5 37,7 0,3 37,7 37,9 0,2 19,0 38,2 '0,5 38,2 37,9 '0,5 37,9

OS Inspankop

06 Drukdoos. Het signaal gaat naar een brug van Wheatstone. 07 Tafel

08 Arm

Het signaal van de drukdoos ( is het wringend moment) is het Y signaal voor de recorder. Het signaal van de potmeter vormt het X signaal.

C??

I

I

I

'I

I

L

I

L

t:1 td (l) H c... ~ t:-' 1'1

>

...

C'l l'j trl IJQ 0" n III l'j ?;"'

ste Trekstaven 1 serie Staaf A Staaf Diameter ~n nnn in N/mm2 Diameter in mm 0,000 5,03 0,0 5,00 0,050 4,91 607,4 4,88 0,075 4,84 684,8 4,82 0,100 4,78 724,4 4,76 0,125 4,73 751,2 4.70 0,150 4,67 773,6 4,64 0,175 4,61 796,8 4,58 0,200 4,55 818,0 4,52 0,225 4,49 833,7 4,47" Trekstaven 2de serie Staaf A Staaf

Diameter in rom' in N/nnn 2 Diameter in rom

0,000 4,99 0,0 4,99 0,050 4,87 8473,0 4,87 0,075 4,81 524,8 0,082 4,79 0,100 4,75 563,91 4,75 0,125 4,69 590,9 4,69 0,150 - 4,63 612,0 4,63 0,175 4,57 633,5 4,57 0,200 insnoering 4,52 B B in ~n trekproeven Staaf C N/mm 2 Diameter ~n nnn ~n N/nnn 0,0 5,03 0,0 577 ,4 4,91 591,5 652,2 4,84 665,8 702,4 4,78 716,1 738,9 4.73 742,7 767,6 4,67 770,6 790,3 4,61 792,0 813,3 4,55 816,7 829,7 4,49 833,7 Staaf C 2

N/rom 2 Diameter in rom in N/nnn2

0,0 5,00 0,0 II ) 456,88 4,88 494,6 4,82 553,4 540,22 566,2 4,76 585,4 590,9 4,70 610,6 612,0 4,64 629,5 622,3 4,58 649,2 649,6 insnoering

1200 1000 BOO 600

1

200 0 <0 <0 0 Wringproef

---Co·

0.000 II- 0.168 Trekproef

-OA--to.

0.000 II- 0.220 Ata- 0.9783

Iste serie proeven

Bewerking: Ruw verspaand

~

<0

nun Snedediepte: 0,9 nun met een aanzet a van 0,21 /omw

nun Snedediepte: 0,1 nun met een aanzet a van 0,32 /omw Toerental 1400 omw/min

!1J

.

_~

Z

.

8

.

~

.

<0 <0 <0

....

....

i200

iOOO 800 600 200 0

g

_.

0 Wringproef

-Eo·

0.000 .,. O.i60

¢

/

/

/

/

lste serie proeven

Blad 2.

Trekproef

-e-n-

0.220

Rt2- O.S783

Bewerking: Fijn verspaand

mm Snedediepten: 0,54 mm bij een aanzet a van 0,02 /orow

Toerental

81

.

~

.

0 0

[

0,26 mm 0,10 mm 0,08 mm 0,02 mm 1400 orow/min $

2

0 0

.

::;..

g

_.

_fa

...:

-1200 1000

BOO

600 (f • / 2 ~n N rom

1

400 200 0 ell Q ell Wringproef

-Eo·

0.000 It- 0.157

¢

/

/

/

, /

/

lste serie proeven

Trekproef

_o

faa

0.000

n-

0.220 ate- 0.9783

Bewerking: Fijn verspaand + geschuurd met Pl80

ia

~

:i

Z

8

_~

0 Q

.

ell

.

Q

.

....

.

...

1200 1000 BOO 800 (J . / 2 J.n N nun 400 200 0

8

.

CII Wringproef

---to·

0.000 C- 1224 II- 0.155

/

flJ

I

.,/ .,/

/

1 ste serie proeven

Trekproef

o

Eo-

0.000

II- 0.220 Rt2- 0.9783

Bewerking: Fijn verspaand + geschuurd met P400

+ gepolijst met No. 2 en No. 4

2

~ CII

:8

_~

_~

c.a

.

.

_{0 0} CII CII

....

....

[

>-1200 1000

soo

600

.

I

2 ~n N mm Wringproef

-Eo·

0.000

_{.,.""."..,.. .... -}

---

_.

_e

-'"

...-

.,.~--..-.

...

.,;4 ...

rr~

++"

r-I"";

.,/ ...

.t ",""

J2f / '

no-

0.156 Rt2- 0.9884

j?'

/'

V

;-....

/ '

T'

0 " /

~'

I I

,~

/

/

0

I I

I /

(

/

:

/

I

/

/

I¢

lste serie proeven

Trekproef

... O.Z!O Ate- 0.9783

~

Bewerking: Fijn verspaand + daarna gegloeid

I I

I

o

1

400 I

i

200 0 c _c ci I I

fa

.

f#

ci c

f..

~

Z

.

c c

.

2

.

c c

....

....

=::;.

1200 1000 800 I I

I

I 200 I 0 0 0

.

0 Blad 6.

Wringproef -

-*-*-

Trekproef

--e-Eo·

0.000

Eo·

0.000 1>972

1>_

n- 0.139

no-

0.232 Rt2- 0.9919 Rt2- 0.94f1

/

2de serie proeven

Bewerking: Ruw verspaand

~

0

rom Bnedediepte: 0,9 rom met een aanzet a van 0,21 /omw

rom Snedediepte: 0,1 rom met een aanzet a van 0,32 /omw Toerental 1400 omw/min

~

f.B

~ 0

:a

0

0 0

.

0

.

....

.

...

.

1200 1000 800 600

cr

• / 2 1.n N mIn I I

I

I 200 I 0 0 0 0 Wringproef

-to •

0.000 . (>0980

no-

0.141 Rt2- 0.9888

/

/

Trekproef

--e--to·

0.000 (>0 965

n-

0.232 At2- 0.9497

2de serie pro even

Bewerking: Fijn verspaand

mIn

Snedediepten: 0,54 mIn bij een aanzet a van 0,02 /orow

Toerental ~ ~ 0 0

E

0,26 mIn 0, 10 ~ 0,08 mIn • 0,02 nim 900 orow/min ~ ~

.

0 0 ;or 0 0 0 N

.

...

...

1000 BOO 600

.

I

2 ~n N rom I I

I

I 200 I 0

8

a

Wringproef---Eo"

0.000

n-

0.137 Rt2- 0.9947

/

/

/

Trekproef

-G-Eo·

0.000 .0.232 2de aerie proeven Blad 8.

Bewerking: Fijn verspaand + geschuurd met P180

2

~

f6

_~

8

2

0 a

.

0 0

...

.

...

.