Review article
Savojna krutost aluminijskih pjena
Tomislav Filetin
orcid.org/0000-0003-0087-3891
Abstract
Ćelijaste strukture metala su pokušaj oponašanja sličnih prirodnih struktura (kosti, drvo, školjke i sl.) s ciljem postizanja lakih konstrukcija, ali i kombinacije još nekoliko povoljnih svojstava. Najraširenije u primjeni su aluminijske pjene zbog sljedećih svojstava: vrlo dobra izolacijska svojstva (toplinska i zvučna), mala gustoća (masa), visoka krutost u sendvič konstrukcijama, vrlo dobro prigušenje energije udara, otpornost na koroziju, negorivost, vrlo dobra recikličnost i dr. Smatra se da barem četiri od nabrojenih poželjnih svojstava (prednosti) moraju biti zadovoljene za optimalnu primjenu metalne pjene u odnosu prema drugim materijalima. Gotovo sva svojstva u osnovi su određena tipom ćelija (zatvorene ili otvorene), njihovom veličinom, tj. relativnom gustoćom. Na oblik, veličinu i raspodjelu ćelija najviše utječe primijenjen postupak proizvodnje. Za niz potrebnih svojstava u primjeni važnije je ponašanje pjena pri tlačnom opterećenju nego pri vlačnom opterećenju. Pjene s otvorenim ćelijama imaju vrlo dobro definiranu granicu stlačivanja. Pri tom naprezanju ćelije počinju teći uslijed savijanja. Zatvorene ćelije pokazuju mnogo složenije ponašanje. Naprezanje veličine granice stlačivanja izaziva zgušnjavanje pjene sve do konačne deformacije zgušnjavanja. Ovakvo specifično ponašanje pri tlačenju osnova je izvrsnog prigušenja energije udara metalnih pjena sa zatvorenim ćelijama. Usporedi li se specifična krutost (odnos modula elastičnosti i gustoće) različitih materijala tada je vidljivo da kod savijanja štapova i ploča aluminijske pjene pokazuju 10 do 100 puta veće vrijednosti od čelika, a nešto više vrijednosti od aluminijskih i magnezijskih legura. Specifična čvrstoća aluminijskih pjena (omjer granice tečenja i gustoće) posebno je povoljna, u odnosu prema čeliku, aluminiju i magneziju, kod savojno opterećenih ploča. U slučajevima velikih vlačnih naprezanja metalne pjene se najčešće nepovoljno ponašaju. Zbog toga se primjerice savojno opterećeni dijelovi ojačavaju mrežama od nehrđajućeg čelika i to u vlačno napregnutim zonama presjeka. U tom slučaju se naprezanja prenose s pjene na ojačavajući element. Rad je usmjeren na prikaz rezultata ispitivanja i određivanja savojne krutosti različitih oblika presjeka profila od aluminijskih pjena, koja je vrlo važna za analizu ponašanja lakih i krutih konstrukcijskih elemenata. Procesom metalurgije praha Foaminal-Alulight oblikovani su okrugli, kvadratni, šesterokutni i I-profili. Plinom oslobođene čestice rastvorene u polučvrstoj fazi je metoda proizvodnje metalnih pjena kod koje se prah čistog metala ili legure miješa s prahom TiH2. Nakon toga se ta mješavina sabija u poluproizvod (precursor) u obliku šipke ili trake. Poluproizvod se u obliku malih komadića stavlja u kalup i zagrijava na temperaturu nešto višu od solidusa. Pri tome dolazi do raspadanja TiH2 i stvaranja visokoporoznog materijala. Profili su oblikovani pjenjenjem legure AlSi10 na gustoću od 1000 kg/m3,a svi profili su imali jednake površine poprečnog presjeka i obujam. Provedeno je ispitivanje savijanjem u četiri točke. Iz elastičnog dijela krivulje u dijagramu sila-progib izračunata je savojna krutost (EI) svakog presjeka. I-profil ima najveću savojnu krutost u odnosu prema drugim oblicima presjeka, što se poklapa s relativnim odnosima savojne krutosti takvih oblika homogenih presjeka. Predložena je opća relacija između savojne krutosti pjenastih i punih profila, koja uključuje relativnu gustoću pjene.
Keywords
aluminijske pjene; mehanička svojstva; savojna krutost
Hrčak ID:
94432
URI
Publication date:
19.12.2012.
Visits: 3.622 *