Skúška ohybom

Skúšky ohybom sa vykonávajú za účelom získania informácií o ohybových vlastnostiach materiálov určených na priemyselné použitie alebo výskum a vývoj. Pri tom sa používajú rôzne kontrolné prípravky.

Skúška ohybom (skúška ťahom za ohybu) je metóda skúšania materiálov na ich pevnosť v ohybe a ďalšie dôležité vlastnosti. Deštruktívne skúšanie materiálov sa používa pre plasty, plasty vystužené vláknami (FRP), kovy a keramické materiály. Skúšky ohybom majú podobný postup. V závislosti na počte tlakových bodov a podoprenia skúšobnej vzorky sa rozlišujú tieto typy:

• 1-bodová skúška ohybom
• 3-bodová skúška ohybom
• 4-bodová skúška ohybom

Pri skúškach ohybom sa normalizované, väčšinou valcové vzorky umiestnia do stredu kontrolného prípravku. Zaoblené podperné valčeky (ložiská) sú usporiadané rovnobežne v určitej vzdialenosti (rozpätie podpier). Priemer valcovej skúšobnej vzorky je v určitom pomere k rozpätiu podpier. Skúšobné razidlo, ktoré sa pomaly a konštantnou rýchlosťou pohybuje nadol, zaťažuje vzorku rastúcou silou, kým sa nezlomí alebo nedosiahne vopred určenú deformáciu. Maximálna sila pôsobiaca počas skúšky ohybom sa nazýva sila lámania.

Počas skúšky sa zaznamenávajú hodnoty ohybovej sily a priehybu. Potom sa určia vlastnosti materiálu. Celý priebeh skúšky je znázornený v krivke napätia a deformácie a môže byť aj zaznamenaný videokamerou. Skúšky ohybom sa vykonávajú s cieľom získať informácie o správaní testovaného materiálu v ohybe z jednoosového ohybového napätia. V prípade krehkých materiálov sa takto určuje pevnosť v ohybe. Pri tvárnych materiáloch sa v prípade pružnej deformácie určuje medza klzu v ohybe, najväčší možný uhol ohybu, ako aj modul pružnosti (Youngov modul), ak je deformácia pružná.

Počas skúšania materiálov pomocou skúšky ohybom poskytujú moderné optické meracie systémy s kamerami s vysokým rozlíšením presný obraz skúšobnej vzorky. Na dokumentáciu plochých vzoriek zvyčajne postačujú zariadenia s jednou kamerou. Zložitejšie geometrie vzoriek je možné presne merať pomocou dvoch kamier. Tester materiálu najprv nanesie na vzorku stochastický bodový obrazec alebo využije existujúcu štruktúru povrchu. Optické meracie systémy využívajú algoritmy korelácie obrazu: Na snímkach s vysokým rozlíšením rozpoznajú deformáciu spôsobenú skúškou ohybom a následne vypočítajú priehyb pomocou súradníc pixelov bodového obrazca.

Ak je ohybové napätie vo vzorke z tvárneho materiálu nižšie ako medzné napätie plastickej deformácie, ohybové napätie je výlučne pružné. S rastúcim ohybovým napätím sa medza klzu (kritické napätie) prekročí najprv v okrajových oblastiach vzorky. Tieto oblasti sa potom plasticky deformujú (tzv. tok materiálu). Medza klzu v ohybe je medzné ohybové napätie, do ktorého možno ľahko deformovateľné materiály zaťažovať ohybom bez trvalej deformácie v okrajovej oblasti.

Moment, kedy k tomuto druhu deformácie dôjde, možno priamo určiť zo skúšobného razidla: Priehyb sa meria vo vzťahu k pôsobiacej sile. Zistené hodnoty sú znázornené v diagrame priehyb-sila. S neustále sa zvyšujúcim priehybom sa do plastickej deformácie zapája čoraz viac vnútorných oblastí vzorky. Je to dôsledok zvyšovania napätia. Napríklad pri oceliach je medza klzu v ohybe (limit yield point) o 10 až 20 percent vyššia ako medza klzu (yield strength), a to z dôvodu lineárneho nárastu napätia. Ak sa počas skúšky ohybom prekročí medza klzu v okrajových vláknach, vnútorné a výlučne pružne namáhané vlákna bránia toku.

Skúšky ohybom s tvárnymi materiálmi sa líšia od tých s krehkými materiálmi: Tvárne materiály môžu byť vystavené extrémnej plastickej deformácii, ale nedajú sa zlomiť, bez ohľadu na pôsobiacu silu. V najhoršom prípade by sa vzorka pretiahla medzi podperami. Preto sa skúška ohybom s tvárnou vzorkou ukončí, keď sa prekročí medza klzu. Pevnosť v ohybe tvárnych materiálov sa určuje bodom, v ktorom nastane plastická deformácia.

Vzorky z krehkých materiálov vykazujú pri skúšaní materiálov iné správanie v ohybe. Materiál sa láme bez viditeľného chovania toku materiálu. Preto je určenie medze klzu v ohybe u krehkých materiálov zložitejšie. Aby bolo možné napriek tomu určiť medzu pevnosti v ohybe, určuje sa maximálne ohybové napätie, pri ktorom sa vzorka zlomí. Medza pevnosti v ohybe je však fiktívna hodnota, ktorá nie je totožná s ohybovým napätím skutočne vznikajúcim v materiáli. Ďalšou charakteristikou skúšok ohybom s krehkými materiálmi je lomový priehyb. Tento technický termín opisuje najväčší možný priehyb vzorky tesne pred jej zlomením.

Priehyb lomu závisí od šírky podpier: Väčšie vzdialenosti medzi ložiskami umožňujú väčšie priehyby. Na kontrolu pevnosti krehkých materiálov je skúška ohybom často vhodnejšia ako skúška ťahom, pretože materiály sú vystavené iba ohybovému napätiu. Ak by bola táto vzorka podrobená skúške ťahom, predčasne by sa zlomila a vyskytli by sa problémy s meraním. Pre niektoré krehké materiály sa preto skúška ťahom nahrádza skúškou ohybom. Podľa normy DIN EN ISO 178 medzi tieto kritické materiály patria termosetové dosky a výlisky, termoplastické vstrekovacie zmesi a plasty vystužené vláknami.

Rozlišuje sa 1-bodová, 3-bodová a 4-bodová skúška ohybom v závislosti na počte tlakových bodov a typu podpery skúšobnej vzorky.

Skúšky ohybom sa vykonávajú s normalizovanými vzorkami a tromi alebo štyrmi tlakovými bodmi (3-bodová alebo 4-bodová skúška ohybom). Výsledkom je buď zničenie vzorky, alebo jej plastická deformácia (len pri tvárnych materiáloch). Najnovšia generácia optickej metrológie poskytuje oveľa presnejšie výsledky ako konvenčné meracie postupy.