Zkouška ohybem

Zkoušky ohybem se provádějí za účelem získání informací o ohybových vlastnostech materiálů určených pro průmyslové použití nebo pro výzkum a vývoj. Přitom se používají různé kontrolní přípravky.

Zkouška ohybem (zkouška tahem za ohybu) je metoda zkoušení materiálů na pevnost v ohybu a další důležité vlastnosti. Destruktivní zkoušení materiálů se používá pro plasty, plasty vyztužené vlákny (FRP), kovy a keramické materiály. Zkoušky ohybem mají podobný průběh. V závislosti na počtu tlakových bodů a podepření zkušebního vzorku se rozlišují:

• Jednobodová zkouška ohybem
• Tříbodová zkouška ohybem
• Čtyřbodová zkouška ohybem

Při zkouškách ohybem se do středu kontrolního přípravku umístí normalizované, většinou válcové vzorky. Zaoblené podpěrné válečky jsou uspořádány rovnoběžně k sobě v určité vzdálenosti (rozpětí podpěr). Průměr válcového zkušebního vzorku je v určitém poměru k rozpětí podpěr. Zkušební razník, který se pomalu pohybuje směrem dolů konstantní rychlostí, zatěžuje vzorek rostoucí silou, dokud se nezlomí nebo nedosáhne předem stanovené deformace. Maximální síla vyvíjená během ohybové zkoušky se nazývá síla při přetržení.

Během zkoušky se zaznamenávají hodnoty ohybové síly a průhybu. Poté se určí vlastnosti materiálu. Celý průběh zkoušky se zobrazí v křivce napětí-deformace a lze jej také zaznamenat videokamerou. Ohybové zkoušky se provádějí s cílem získat informace o chování testovaného materiálu v ohybu z jednoosého ohybového napětí. U křehkých materiálů se tímto způsobem určuje pevnost v ohybu. U tvárných materiálů se v případě pružné deformace určuje mez kluzu, největší možný úhel ohybu a Youngův modul pružnosti.

Při zkoušení materiálů pomocí zkoušky ohybem poskytují moderní optické měřicí systémy s kamerami s vysokým rozlišením přesný obraz zkušebního vzorku. Pro dokumentaci plochého vzorku obvykle postačují zařízení s jednou kamerou. Složitější geometrie vzorků lze přesně měřit pomocí dvou kamer. Tester materiálu nejprve nanese na vzorek stochastický bodový obrazec nebo využije stávající strukturu povrchu. Optické měřicí systémy využívají algoritmy korelace obrazu: Na snímcích s vysokým rozlišením rozpoznají deformaci způsobenou zkouškou ohybem a poté vypočítají průhyb pomocí souřadnic pixelů bodového obrazce.

Pokud je ohybové napětí ve vzorku z tvárného materiálu nižší než mezní napětí plastické deformace, je ohybové napětí výhradně pružné. S rostoucím ohybovým napětím je mez kluzu (kritické napětí) překročena nejprve v okrajových oblastech vzorku. Tyto oblasti se pak deformují plasticky (tzv. tok materiálu). Mezní mez kluzu je mezní ohybové napětí, do kterého lze snadno deformovatelné materiály zatěžovat ohybem, aniž by došlo k trvalé deformaci v okrajové oblasti.

Okamžik, kdy dojde k tomuto druhu deformace, lze určit přímo ze zkušebního razníku: Deformace se měří v závislosti na působící síle. Zjištěné hodnoty se zobrazí v diagramu průhyb-síla. S postupně rostoucím průhybem se na plastické deformaci podílí stále více vnitřních oblastí vzorku. To je důsledek nárůstu napětí. Například u ocelí je mez kluzu o 10 až 20 % vyšší než mez kluzu v důsledku lineárního nárůstu napětí. Pokud je při zkoušce ohybem překročena mez kluzu v okrajových vláknech, brání vnitřní a výhradně pružně namáhaná vlákna toku.

Zkoušky ohybem s tvárnými materiály se liší od zkoušek prováděných s křehkými materiály: Houževnaté materiály mohou být vystaveny extrémní plastické deformaci, ale nemohou být zlomeny, bez ohledu na to, jak velká síla na ně působí. V nejhorším případě by se vzorek protáhl mezi podpěrami. Zkouška ohybem s tvárným vzorkem se proto ukončí, když je překročena mez kluzu. Pevnost tvárných materiálů v ohybu je určena bodem, ve kterém dochází k plastické deformaci.

Vzorky z křehkých materiálů vykazují při zkouškách materiálů odlišné chování v ohybu. Lámou se bez jasně viditelného chování toku materiálu. Proto je stanovení mezního bodu kluzu u křehkých materiálů složitější. Aby bylo možné přesto určit mez pevnosti v ohybu, určuje se maximální ohybové napětí, při kterém vzorek praskne. Mez pevnosti v ohybu je však fiktivní hodnota, která není totožná s ohybovým napětím, které se v materiálu skutečně vyskytuje. Další charakteristikou zkoušek ohybem u křehkých materiálů je lomový průhyb. Tento termín popisuje největší možný průhyb vzorku krátce před lomem.

Průhyb lomu závisí na šířce podpěr: Větší vzdálenosti mezi ložisky umožňují větší průhyby. Pro kontrolu pevnosti křehkých materiálů je často vhodnější zkouška ohybem než zkouška tahem, protože materiály jsou namáhány pouze ohybem. Pokud by byl tento vzorek podroben zkoušce tahem, předčasně by se zlomil a nastaly by problémy s měřením. U některých křehkých materiálů se proto zkouška tahem nahrazuje zkouškou ohybem. Podle normy DIN EN ISO 178 patří mezi tyto kritické materiály termosetové desky a výlisky, termoplastické vstřikovací hmoty a plasty vyztužené vlákny.

Při zkoušení materiálů zkouškou ohybem se rozlišuje 1bodová, 3bodová a 4bodová zkouška ohybem v závislosti na počtu tlakových bodů a typu podpěry vzorku.

Zkoušky ohybem se provádějí s normalizovanými vzorky a třemi nebo čtyřmi tlakovými body (tříbodová, čtyřbodová zkouška ohybem). Jejich výsledkem je buď destrukce vzorku, nebo jeho plastická deformace (pouze u tvárných materiálů). Nejnovější generace optické metrologie poskytuje mnohem přesnější výsledky než konvenční měřicí postupy.