31
1 Material testing PDT 154/3 Week 1: Introduction Dr. Norshah Aizat Shuaib

Material testing PDT 154/3 Week 1: Introduction Dr ...portal.unimap.edu.my/portal/page/portal30/Lecture Notes/Fakulti... · Page%3% Teaching team’ Dr.%Norshah%AizatShuaib% [email protected]

  • Upload
    ngohanh

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

1

Material testing PDT 154/3

Week 1:

Introduction

Dr. Norshah Aizat Shuaib

Page  2  

Agenda  for  today  

u  Introduc0on  of  the  course  (PDT  154/3)  

u  Introduc0on  of  material  

u Why  we  need  to  study  material  

u Disaster  related  to  material  failure  

u Innova9on  in  material  

u  Different  material  tests  

Page  3  

Teaching  team  

Dr.  Norshah  Aizat  Shuaib  

[email protected]  

 

Miss  Nurul  Aida  bin9  Mortar  

[email protected]  

 

Mr  Nazmizan  

Page  4  

The  Course  –  Material  Tes0ng  (PDT  154/3)  

u  In  Malay:  Pengujian  Bahan  

u  Credit:  3  

u  Learning  Approach  

u Lecture:  2  hours  per  week,  Tuesday  @  5.00  pm  

u Laboratory:  3  hours  per  week,  Thursday  @  8.00  am    

u  Assessment  

u Examina9on  (60%):  Mid  term  1  and  2  20%,  Final  40%  

u Coursework  (40%):  Lab  report  and  exercise  20%,  Oral/Viva/Quiz  5%,  Laboratory  test  15%,  Assignment  5%  

Page  5  

Course  outcome  /  objec0ve  (CO):    CO1:  

Able  to  iden9fy  the  importance  of  materials  tes9ng,  the  types  of  materials  tes9ng,  the  basic  of  materials  imperfec9on  and  impuri9es  in  solids  

CO2:    

Able  to  demonstrate  the  destruc9ve  and  non-­‐destruc9ve  materials  tests  using  tes9ng  machines.    

CO3:    

Able  to  analyze  the  result  and  defects  that  exist  on  inspec9on  materials  through  destruc9ve  and  non-­‐destruc9ve  tes9ngs.  

CO4:    

Able  to  analyze  physical  and  mechanical  proper9es  of  materials  through  various  tes9ng  techniques  such  as  compression  test,  charpy  impact  tes9ng,  hardness  test,  magne9c  par9cle  test  and  liquid  penetra9on  test.    

 

Page  6  

Course  content      

Page  7  

Course  content      

Page  8  

Reading  list  

u Askeland,  D.  R.,  The  Science  and  Engineering  of  Materials.  7th  Ed.  USA;  Cengage  Learning,  2016.  

u Callister,  W.D.  Jr.  Materials  Science  and  Engineering:  An  Introduc9on.  5th  Ed.  New  York:  John  Wiley,  2000.  

 

You  can  find  the  books  from  the  library.      

Page  9  

Why  we  need  to  study  materials?  

u As  engineer  or  technologist,  you  will  soon  encounter  design  problem  involving  materials  –  so  you  need  to  understand  materials  that  are  available  and  how  to  test  them.    

u For  example:  In  an  automobile  factory,  piping  line  in  oil  refinery  –  which  material  to  choose?  

u One  of  the  problems  –  to  choose  a  material  from  thousand  of  materials  

u There  is  a  trade  off  when  choosing  materials  –  strength,  duc9lity,  temperature  resistance,  weight  cost,  etc.    

u Material  test  is  important.    

Page  10  

Material  Science  and  Engineering    

Credit  diagram:  Dr  John  Francis  –  University  of  Manchester  

Material  /  product  tests  –  we  are  here!  

Page  11  

Engineering  disasters  –  why?  

u Many  engineering  disasters  can  be  due  to  a  poor  understanding  of  material  behaviour,  or  a  poor  choice  of  material.  

u Material  tests  will  provide  understanding  on  material  proper9es  and  for  monitoring  purpose  .    

u For  instance:  u   Tensile  test  will  determine  material  ul9mate  tensile  strength  and  Young’s  modulus    

u Ultrasound  test  detects  crack  or  void  (for  repair)  

 

Page  12  

Disaster  1:  Space  ShuXle  Challenger  (1986)  

u  On  January  28,  1986,  the  American  shujle  orbiter  Challenger  broke  up  73  seconds  aker  likoff,    

u  Claimed  the  lives  of  all  seven  astronauts  aboard,  

u  Cause:  two  rubber  O-­‐rings,  which  had  been  designed  to  separate  the  sec9ons  of  the  rocket  booster,  had  failed  due  to  cold  temperatures  on  the  morning  of  the  launch.  

u  Unusually  cold  weather  (-­‐2°C),  previous  coldest  launch  (12°C)  

 Source:  History.com  

Page  13  

Disaster  2:  Liberty  Ships    

 u  Failure  of  World  War  II  Liberty  Ships  

u  Cause:  Duc9le  to  brijle  transi9on  of  metal  due  to  low  temperature  

u  Some  of  the  ships  went  to  North  Atlan9c,  the  temperature  went  below  transi9on  temperature    

 

(Reprinted  with  permission  of  Earl  R.  Parker,  Brijle  Behavior  of  Engineering  Structures,  Na9onal  Academy  of  Sciences,  Na9onal  Research  Council,  John  Wiley  &  Sons,  New  York,  1957  -­‐  metallurgyandmaterials.wordpress.com  

Source:  UNSW  

Page  14  

Challenge  in  selec0on  of  material  –  material  is  keep  on  changing!  

Page  15  

Innova0on  in  materials  What  are  differences  in  materials  used  in  these  products?    

1. Boeing  707  and  Airbus  A350  

2. Nokia  3310  and  Iphone  7    

3. Tennis/badminton  racquet    

(past  and  future)    

 

Page  16  

Innova0on  in  materials  

Formula  One  car  

Year  1960s:  Aluminium  frame,  steel  brakes,  metal  helmet,  cojon  clothing  

Year  2000s:  Composite  (carbon)  frame,  composite  (carbon)  brake,  composite  (glass/carbon)  helmet,  aramid  clothing  

Usage  of  composite  material  is  for  the  lightweight  

Because  materials  keep  changing,  material  tests  need  to  be  done  frequently    

Page  17  

Material  tests  you  will  learn  in  this  course:  

u Tension  and  compression  test  

u Charpy  impact  test  

u Fa9gue  test  

u Hardness  test  

u Ultrasonic  test  

u Eddy  current  test  

u Magne9c  par9cle  and  flow  detector  test  

u Liquid  penetra9on  test    

Page  18  

Type  of  material  tests  

Destruc9ve  

Non-­‐destruc9ve  

u  Tensile  test  

u  Compression  test  

u  Charpy  impact  test  

u  Fa9gue  test  

 

u  Hardness  test  

u  Ultrasonic  test  

u  Eddy  current  test  

u Magne9c  par9cle  and  flow  detector  test  

u  Liquid  penetra9on  test    

Page  19  

Destruc0ve  test  (DT):  

 

u As  the  name  suggests,  destruc9ve  tes9ng  (DT)  includes  methods  where  your  material  is  broken  down  in  order  to  determine  mechanical  proper9es  

u Carried  out  to  the  specimens  failure,  in  order  to  understand  a  specimens  performance  or  material  behaviour  under  different  loads.  

Page  20  

Tensile  test  

u Sample  is  subjected  to  control  tension  un9l  failure  

u Usually  performed  using  a  tensile  machine,  for  instance  Shimadzu  Autograph  AG-­‐X    

Shimadzu.com   imrtest.com  

Page  21  

Compression  test  

u A  compression  test  determines  behavior  of  materials  under  crushing  loads.    

u The  specimen  is  compressed  and  deforma9on  at  various  loads  is  recorded.  

ASM  Handbook,  Vol.  8,  Mechanical  Tes9ng  and  Evalua9on  

admet.com   Instron.com  

Page  22  

Charpy  impact  test  u  Impact  test  based  on  pendulum  

u  Tes9ng  an  object's  ability  to  resist  high-­‐rate  loading.    

u  An  impact  test  is  a  test  for  determining  the  energy  absorbed  in  fracturing  a  test  piece  at  high  velocity  

Imrtest.com   Instron.com  

Page  23  

Fa0gue  test  u  Applying  cyclic  loading  to  sample  to  understand  how  it  will  perform  under  

similar  condi9ons  in  actual  use.    

u  The  load  applica9on  can  either  be  a  repeated  applica9on  of  a  fixed  load  or  simula9on  of  in-­‐service  loads.    

u  The  load  applica9on  may  be  repeated  millions  of  9mes  and  up  to  several  hundred  9mes  per  second  

u  For  oscilla9ng  or  vibra9ng  materials  

u  Paper  clip  experiment     (Instron.com)  

Page  24  

Non  Destruc0ve  test  (NDT):  

Defini9on  by  (American  Society  of  Non-­‐destruc9ve  Tes9ng):      

The  examina9on  of  an  object  with  technology  that  does  not  affect  the  object’s  future  usefulness.    

Page  25  

Non  Destruc0ve  test  (NDT):  Manufacturers  use  NDT:    

1.  to  ensure  product  integrity,  and  in  turn,  reliability  

2.  to  avoid  failures,  prevent  accidents  and  save  human  life  

3.  to  make  a  profit    

4.  to  ensure  customer  sa9sfac9on  and  maintain  the  manufacturer’s  reputa9on  

5.  to  aid  in  bejer  product  design  

6.  to  control  manufacturing  processes    

7.  to  lower  manufacturing  costs  

8.  to  maintain  uniform  quality  level  

9.  to  ensure  opera9onal  readiness  

 

 

 

Sarasini  and  Santulli  (2012)  

Page  26  

Eddy  current  test  

u Using  alterna9ng  electrical  current  to  create  alterna9ng  magne9c  field  to  detect  defect,  flaw  and  discon9nuity  in  product.  

u Usually  for  conduc9ve  material  

(NDTA.org.nz)  

Page  27  

Liquid  penetra0on  test  

u U9lises  natural  accumula9on  of  a  fluid  around  a  discon9nuity  to  recognise  crack  or  surface  defect  

u Capillary  ac9on  ajracts  the  fluid  to  the  con9nuity    

u Visible  light  or  UV  light  is  used  for  inspec9on  

(Image  from  Wikipedia)  

Page  28  

Ultrasonic  test  u  Can  be  used  for  both  metallic  and  

non  metallic  

u  Use  high  frequency  acous9c  waves  generated  by  piezoelectric  transducers    

u  Acous9c  waves  propogate  effec9vely  through  most  structural  materials,  but  dissipated  or  reflected  by  inhomogeni9es  or  discon9nui9es    

u  Ultrasonic  test  will  provide  informa9on  such  as  thickness,  size  of  discon9nuity  etc.     (Ni.com)  

Page  29  

Magne0c  par0cle  test  

u For  ferromagne9c  materials  (materials  which  can  be  easily  magne9sed)  

u Capable  of  detec9ng  flaws  open-­‐to-­‐surface  and  just  below  the  surface    

u Detec9on  through  interrup9on  of  flow  of  magne9c  lines  and  magne9c  par9cles    

Page  30  

DT  VS  NDT  

Destruc0ve  tests  (DT)   Non-­‐destruc0ve  tests  (NDT)  

Measurement  are  direct  and  reliable    

Measurements  indirect,  needs  to  be  verified    

Tests  made  on  sample,  not  objects  

Test  are  made  directly  on  objects    

Prepara9on  of  the  test  specimen  is  costly  

Very  lijle  prepara9on  

Time  consuming   Test  methods  can  be  done  rapidly  /  quickly  

Page  31  

Conclusions  

At  the  comple9on  of  this  course:  

u You  will  have  basic  understanding  on  material  tests  

u You  can  differen9ate  between  DT  and  NDT  

u You  will  be  able  to  conduct  several  DTs  and  NDTs.    

u You  can  also  decide  which  material  to  use  for  your  product