Statyczna próba rozciągania metali

1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem doświadczenia jest wyznaczenie następujących wielkości mechanicznych metalu:

- wyraźnej granicy plastyczności

- wytrzymałości na rozciąganie

- naprężenia rozrywającego

- wydłużenia względnego

- wydłużenia równomiernego względnego

- przewężenia względnego

2. Wprowadzenie

Statyczna próba rozciągania - podstawowa metoda badań wytrzymałościowych dla metalowych materiałów konstrukcyjnych.

W statycznej próbie rozciągania rozciąga się odpowiednio wykonany pręt o przekroju okrągłym wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność przyrostu długości próbki od wielkości siły rozciągającej oraz rejestruje się granicę sprężystości, przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę. Naprężenia w próbce oblicza się dzieląc siłę rozciągającą przez pole przekroju poprzecznego próbki (uwzględniając przewężenie lub nie uwzględniając go).

Typowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek powyrzej. Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po osiągnięciu naprężenia R_sp, zwanego granicą sprężystości materiał przechodzi w stan plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy sprężystości, zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiału w stan plastyczny. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie R_m. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym R_u.
(Uwaga! Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje wykres naprężenia obliczanego przy uwzględnieniu pola wyjściowego próbki. Czyni się tak, by zaobserwować wartość R_m, będącą lokalnym maksimum krzywej).
Ten ogólny przypadek znacznie różni się dla różnych materiałów. Np. materiały sprężyste, jak stale wysokowęglowe, żeliwa, stale sprężynowe, nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej ulegają zerwaniu. Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego.

Na podstawie wyników pomiarów statyczną próbą rozciągania można określić podstawowe wielkości wytrzymałościowe materiału, jakimi są: R_e, R_m, moduł Younga i współczynnik Poissona.

3. Opis stanowiska badawczego

Zrywarka - maszyna służąca do badania wytrzymałości materiałów na rozciąganie. Zrywarka pozwala na rejestrowanie zależności pomiędzy przyrostem długości rozciąganej próbki, a wytworzoną siłą. Zrywarki mogą służyć do badania statycznej wytrzymałości na zrywanie.

4. Opis przebiegu realizacji eksperymentu

-pomiar Å›rednicy części pomiarowej d₀;

-dobranie krotnoÅ›ci k próbki i ustalenie dÅ‚ugoÅ›ci pomiarowej L₀;

-ocechowanie próbki nanosząc na długości pomiarowe kreski co 5mm;

-wykonanie próby rozciągania próbki z wykresem rozciągania, odczytania na siłomierzu sił: F_e,F_m,F_u;

-złożenie obu części próbki w miejscu złomu tak, aby tworząca próbki była linią prostą i dokonanie pomiaru d_u ,d_r, L_u;

-powtórzenie próby dla drugiego pręta;

-umieszczenie wyników w tabeli pomiarowej;

-wykonanie wykresu rozciÄ…gania;

-opracowanie wyników zawartych w protokole.

5. Rysunek próbki

Próbka nr 1 (pręt gładki) Próbka nr 2(pręt użebrowany)

6. Zestawienie wyników badań (tabelaryczne) i analiza wyników

Materiał próbki: STAL
Nr próbki	Próbka			Wyniki badań
		Wymiary			Własności wytrzymałościowe								Własności plastyczne
1	8,3	40	54,07	24,02	23,34	27,28	16,93	444,288	432,662	504,53	513,80	7,4	4,55	-	16,25	-	25,8	62,54
2	7,95	40	49,61	34,36	33,31	36,81	25,49	825,763	671,437	742,985	313,112	7,45	5,0	49,80	19,625	24,5	13,87	60,07

Pole powierzchni przekroju pierwotnego próbki

Górna granica plastyczności

Dolna granica plastyczności

Wytrzymałość na rozciąganie

Naprężenia rozrywające

Pole przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania

Wydłużenie względne

nie da się określić wydłużenia względnego z powodu braku długości pomiarowania po zerwaniu

Wydłużenie względne równomierne

Przewężenie względne

Wyniki obu próbek są ze sobą zbieżne

7. Wykres rozciągania w układzie F, Δl

a)Pręt gładki

b) Pręt użebrowany

8. Wnioski

Przebadana próbka `'1'' St3 nadaje się do obróbki plastycznej ze względu na swoje zdolności do wydłużania. Miejsce złomu wyglądało prawidłowo, przypominając po rozerwaniu na końcach stożki. Materiał nadaje się do celów konstrukcyjnych gdyż wartość
- wytrzymałości na rozciąganie jest bliska wartością normowym takiej stali jak St3S.

Podczas próby rozciąganie widoczna była praca pręta, tzn. początkowy przyrost naprężeń wraz z odkształceniami, później pojawiła się półka plastyczna podczas której przyrastały odkształcenia bez przyrostu naprężeń i na końcu w momencie osiągnięcia pełnej wytrzymałości spadek naprężeń i przyrost odkształceń. Przed zerwaniem można było zaobserwować pojawienie się wyraźnego przewężenia w jednym miejscu elementu, w którym to pręt pękł.

---