background image

1. Wstęp: 
 
1.1. 

Cel praktyczny badań 

 
Badanie  statycznego  rozciągania  przeprowadzamy  w  celu  wyznaczenia  podstawowych  parametrów 
opisujących  własności  wytrzymałościowe  i  plastyczne  materiału  oraz  porównanie  własności 
mechanicznych  materiałów  o  różnych  właściwościach.  Metoda  polega  na  poddaniu  odpowiednio 
przygotowanej próbki działaniu siły rozciągającej aż do zerwania. 
 
Właściwości wytrzymałościowe – właściwości charakteryzujące opór materiału próbki na odkształcanie 
lub pękanie.  Wielkości wytrzymałościowe wyznacza się z położenia określonych punktów na wykresie 
statycznego rozciągania. 
 
1.2. 

Definicje podstawowych pojęć 

 
Do próby statycznego rozciągania stosujemy próbki z główkami do chwytania w szczęki o średnicy d

0

 = 

8mm i L

0

 = 40mm. 

 
Naprężenie  -  to  miara  gęstości  powierzchniowej  sił  wewnętrznych  występujących  w  ośrodku  ciągłym. 
Jest  podstawową  wielkością  mechaniki  ośrodków  ciągłych.  Jednostką  naprężenia  jest  paskal  [Pa]. 
Naprężenie jest to iloraz siły i pola przekroju ciała, na które działa ta siła i wyraża się wzorem: σ = F/S. 
 
Odkształcenie  –  jest  miarą  deformacji  ciała  poddanego  siłom  zewnętrznym.  Aby  móc  mówić  o 
odkształceniu,  należy  wyróżnić  dwa  stany  ciała:  początkowy  i  końcowy.  Na  podstawie  różnic  w 
położeniach  punktów  w  tych  dwóch  stanach  można  wyznaczać  liczbowe  wartości  odkształcenia. 
Odkształcenie wyraża się wzorem ΔL = L

U

 - L

0

 
Wydłużenie – stosunek zmiany długości próbki w momencie zerwania do długości początkowej próbki, 
wyrażony w procentach. Wydłużenie wyraża się je wzorem: ε = ΔL/ L

0

.  

 
Przewężenie  –  często  nazywane  szyjką  określa  się  jako  procentowe  zmniejszenie  przekroju  próbki  i 
wyraża się wzorem: Z = (S

0

 - S

U

)/ S

U

*100%. 

 
Badamy dwa rodzaje materiałów: 
1. 

Stal niestopowa zwykłej jakości S235 (St3 – stare oznaczenie) – jest to materiał podobny do stali 
kadłubowej o zwykłej wytrzymałości o współczynniku proporcjonalności E = 207000 MPa. 

2. 

Stop  aluminium  (  z  grupy  duraluminium  –  duraluminium  PA6)  AlCu4Mg1  –  stop  głównie 
używany  w  lotnictwie  i  obecnie  nie  stosowany  w  okrętownictwie  (  ponieważ  jest  podatny  na 
korozję elektrolityczną i trudnospawalny) o współczynniku proporcjonalności E = 68000 MPa. 

 
2.  

Metodyka badań: 

 
2.1. 

Badanie  zrealizowano  w  temperaturze  pokojowej  w  pomieszczeniu  laboratoryjnym  przy  wolno 
rosnącej sile. 

 

Geometria użytej próbki. 

background image

2.2 

Opis maszyny do badań: 

 

Próbę  statycznego  rozciągania  przeprowadzono  przy  użyciu  maszyny  wytrzymałościowej  z 

napędem mechanicznym. 

 

 
1 – próbka 
2 – szczęki maszyny 
3 – górna belka 
4 – dolna belka 
5 – współbieżne śruby pociągowe 
6 – siłomierz 
7 – ekstensometr 
 
Próbkę umieszczono w szczękach typu samozaciskowego ( siła zacisku części chwytowej próbki rośnie 
wraz  ze  wzrostem  siły  rozciągającej  ),  które  są  umocowane  do  górnej  i  dolnej  belki  obciążającej. 
Maszyna  napędzana  jest  silnikiem  prądu  stałego,  który  poprzez  przekładnie  i  sprzęgła  napędza  dwie 
współbieżne  śruby  pociągowe.  Śruby  te  obracają  się  z prędkością  regulowaną  przez  silnik  napędowy 
maszyny i przełożenie przekładni. Śruby pociągowe za pośrednictwem nakrętek umieszczonych w dolnej 
belce  napędowej  poruszają  tę  belkę  w  kierunku  pionowym  i  poziomym  w  zależności  od  kierunku 
obrotów śrub, powodując tym ściskanie i rozciąganie próbki. 
 
2.3. 

Przyrządy pomiarowe (opis): 

 
Główne wielkości rejestrowane podczas próby statycznego rozciągania, to siła obciążająca i wydłużenie 
próbki. 
- siłę obciążająca mierzy się w MPa za pomocą siłomierza. 
- wydłużenie próbki mierzy się za pomocą ekstensometru. 
 

Tensometr oporowy wykorzystuje zjawisko zmiany oporności przewodnika wraz ze zmianą jego 

długości (opór przewodnika wzrasta wraz ze spadkiem średnicy przewodnika ( R = (ρ*S

0

)/L , gdzie ρ to 

opór  właściwy  przewodnika,  S  to  pole  przekroju  poprzecznego  próbki  obliczaną  ze  wzoru:  S

0

  = 

(π*d

0

2

)/4)), a L to długość próbki). Przewodnik odkształca się ( wydłuża lub skraca ) wraz z powierzchnią 

background image

przedmiotu, na której jest naklejony. Stąd spadek potencjału ( U = I*R = I*(ρ*S

0

)/L = I*( ρ*(π*d

0

2

)/4) /L 

) mierzony na tym przewodniku ( jest izolowany elektrycznie od podłoża, a natężenie prądu I = const ) 
jest  proporcjonalny  do  wydłużenia  przedmiotu.  Połączony  szeregowo  ze  szczęką  górna  maszyny 
siłomierz  jest to cięgno z  naklejonymi tensometrami. Spadki  napięcia  na tych tensometrach SA wprost 
proporcjonalne  do  siły,  stąd  po  wymnożeniu  ich  przez  współczynnik  kalibracji  (ustalony  empirycznie 
przed badaniami) uzyskuje się wartość siły obciążającej próbkę. 

Ekstensometr jest to blaszka ze stali sprężynowej wygięta w kształcie litery П.  Swobodne końce 

ekstensometru  są  zamocowane  na  próbce,  na  końcach  ej  długości  pomiarowej.  Na  ekstensometrze  są 
naklejone odpowiednio połączone tensometry oporowe. Wydłużanie się próbki powoduje rozchylanie się 
blaszki, czemu towarzyszą odpowiednie odkształcenia i naprężenia zginające, a w konsekwencji zmiana 
napięcia na tensometrach. Ta zmiana napięcia jest wprost proporcjonalna do wydłużenia próbki ΔL. 
 

 

Ekstensometr do badania wydłużenia próbki. 
 
3. 

Wyniki badań: 

 

Wykres A 

Wykres B 

L

U

 = 55,8 mm 

L

U

 = 48,6 mm 

d

U

 = 4,1 mm  S

U

=π*d

0

2

/4 = 13,19585 mm

2

  d

= 6,4 mm  S

U

=π*d

0

2

/4 = 32,1536 mm

2

 

F — ΔL    σ — ε 
σ = F/S

0

 — ε = ΔL/L

0

 

F/50.24 [mm

2

] — ΔL/40 [mm

2

 
4. 

Wnioski: 

 
4.1. 

Obserwacje próby: 

- wolny charakter przeprowadzonej próby potwierdza jej statyczny charakter 
- w większości przypadków próbki stalowe pękają bliżej środka długości pomiarowej próbki 
- w większości  przypadków  próbki  ze  stopu  aluminium  pękają  bliżej  krańców  długości  pomiarowej 

próbki 

- charakterystyka przełomu: 

 

kąt przełomu próbki stalowej jest bliski kontowi prostemu zawartemu pomiędzy długością 
próbki, a jej średnicą 

 

przełom  próbki  ze  stopu  aluminium  jest  nachylony  pod  kątem  zbliżonym  do  45˚  do 
płaszczyzny 

 
4.2. 

Wyznaczenie wydłużenia trwałego całkowitego na podstawie pomiarów próbki po zerwaniu i 
na podstawie wykresu. 

 
A

p

 – wartość względnego wydłużenia plastycznego 

L

U

 – długość odcinka pomiarowego po końcowym zerwaniu próbki w punkcie U 

 

background image

Odczyt z wykresu: 
Wykres A 

Wykres B 

A

pI

 = (15,75/40)*100% = 39,375% 

A

pI

 = (8,36/40)*100% = 20,9% 

 

A

pII

 = ((L

U

 – L

0

)/ L

0

)*100% 

Wykres A 

Wykres B 

A

pII

 = ((55,8 - 40)/40)*100% = 39.5% 

A

pII

 = ((48,6 - 40)/40)*100% = 21,5% 

Błąd pomiarów: Δ

%

 = (2*|A

I

 - A

II

|/(A

I

 + A

II

))*100% 

Δ

%

  =  (2*|39,375%  -  39.5%|/(39,375  + 

+ 39.5%))*100% = 0,3169572% 

Δ

%

  =  (2*|20,9%  -  21,5%|/(20,9%  + 

+ 21,5%))*100% = 2,8301886% 

 
4.3. 

Wyznaczenie przewężenia plastycznego. 

 

Z = ((S

0

 - S

U

)/S

0

)*100% 

Wykres A 

Wykres B 

S

0

 = π*d

0

2

/4= 3,14*8

2

/4 = 50,24 mm

2

 

S

U

=π*d

0

2

/4 = 13,19585 mm

2

 

S

U

=π*d

0

2

/4 = 32,1536 mm

2

 

Z

A

  =  ((50,24  -  13,19585)/  50,24)*100%  = 

= 73,7343375% 

Z

B

  =  ((50,24  -  32,1536)/  50,24)*100%  = 

= 36% 

 
4.4  

Wnioski końcowe: 

 
Analiza tabel i porównanie wykresów wskazuje, że: 

 

Stal  użyta  w  próbie  statycznego  rozciągania  posiada  lepsze  właściwości  plastyczne  od  użytego 
stopu aluminium. 

 

Użyta stal posiada wyraźną granicę plastyczności w przeciwieństwie do użytego stopu aluminium. 

 

Użyty stop aluminium posiada lepsze właściwości wytrzymałościowe. 

 

Użyty stop aluminium jest bardziej kruchym metalem od użytej stali. 

 

Pole  przekroju  przełomu  próbki  wykonanej  ze  stopu  aluminium  jest  większe  od  pola  przełomu 
próbki wykonanej z użytej stali.