Ispitivanje mehaničkih svojstava-ispitivanje umaranjem

Umaranje je pojava postupnog oštećivanja materijala uslijed dugotrajnog djelovanja periodičnih promjenjivih opterećenja (naprezanja) čija je posljedica lom.
Lomovi uslijed umaranja pojavljuju se iznenadno, te su zbog toga vrlo opasni za praksu jer mogu prouzročiti velike štete.
Čak  80-90% svih lomova kod strojnih dijelova imaju karakter loma od umaranja materijala.
U eksploataciji su promjenjivim opterećenjima izložene osovine, vratila, radilice, prijenosne poluge, vijci, kotrljajući ležajevi, zupčasti i lančani prijenosnici…

Na slici 1 je prikazan proces loma od umaranja, a može se svesti u tri faze:
a) žarište loma - nastaje obično zbog neke greške u materijalu
b) glatki postepeni lom - nastaje širenjem žarišta u koncentričnim kružnicama
c) nagli krhki lom - prepoznaje se po svježini prekinute strukture
Kada naprezanja postanu veća od maksimalne čvrstoće dolazi do trenutnog loma. 

 Slika 1 proces loma od umaranja 

Uzroci lomova mogu biti: konstrukcijski, eksploatacijski i tehnološki.

Ispitivanje dinamičke izdržljivosti R_d , odnosno umora materijala nije standardizirano, pa se radi na više načina, na posebnim strojevima za ispitivanje umaranjem - umaralicama. 

Strojevi za umaranje se dijele na:

• strojevi sa hidrauličkim pogonom
• strojevi sa mehaničkim pogonom

Strojevi s hidrauličkim pogonom nazivaju se hidraulički pulzatori, s opterećenjem otprilike od 200-1000 kN, 300-1200 o/min, frekvencije 5-20 Hz.
Za jedno ispitivanje na stroju je potrebno 7 do 10 ispitnih uzoraka (epruveta) od materijala koji želimo ispitati.
Svi ispitni uzorci moraju biti fino obrađeni (brušeni ili čak i polirani) jer i najmanje oštećenje može biti početno mjesto budućeg loma.

Treba voditi računa da epruvete budu jednake po dimenzijama, obliku i kvaliteti obrade, jer u protivnom nećemo dobiti odgovarajuće rezultate.

Wöhlerov pokus

Na prvu epruvetu djeluje se jačom udarnom silom, koja daje neku radnju W₁ i utvrdi n₁ udaraca kod kojih je nastao lom. Zatim se uzima druga epruveta i na nju se djeluje manjim udarcima koji daju i manji rad W₂, pa će epruveta pući nakon većeg broja udaraca n₂. Tako kod svake daljnje epruvete smanjujemo silu, pa se kod nekog broja n_x epruveta neće slomiti ni poslije velikog broja udaraca. Krivulja koja pokazuje ovisnost broja izdržanih ciklusa od promjenjivog naprezanja pri ispitivanju naziva se Wöhlerova krivulja.

Kod konstrukcije Wöhlerove krivulje naprezanje se ucrtava na ordinatu u linearnom mjerilu, a broj izdržanih ciklusa u logaritamskom mjerilu na apscisu. Spajanje pojedinih točaka daje krivulju:

 

   

 

Slika 2 Wöhlerova krivulja

Dinamička izdržljivost R_d (MPa),  je ono najveće promjenjivo (dinamičko) naprezanje koje materijal izdržava beskonačni broj ciklusa, bez pojave loma.

Granični broj ciklusa N_g je  vrijednost koju epruvete moraju izdržati da bi bile dinamički izdržljive, odnosno ne lomljive.

Ng = 10 x 10⁶ , za čelike.

Ng = 100 x 10⁶, za lake metale.

Ng = 0 , za polimerne materijale.

Čelici izloženi koroziji nemaju dinamičku izdržljivost, kao ni polimerni materijali.

Konstruktori koriste Wöhlerovu krivulju pri izboru najpogodnijih opterećenja koja izazivaju najmanje umora u materijalu.

Ispitivanja umaranjem se koriste za uspoređivanja u materijalu da bi se dobila orijentacija u pogledu umora pod jednakim uvjetima.