Laboratorium z wytrzymałości materiałów

Ćw. 1 Próba statyczna rozciągania metali

1. Cel ćwiczenia.

   Próba rozciągania stała się podstawową wytrzymałościową próbą statyczną zajmując tym samym najbardziej szerokie zastosowanie w dziedzinie badań materiałów.

   Zaletą próby rozciągania jest uzyskanie prawie jednorodnego stanu naprężenia w rozciąganej próbce do pewnego określonego etapu rozciągania, możliwości obserwacji procesu rozciągania od początku rozciągania próbki, aż do jej zniszczenia, jakościowa i ilościowa jego ocenę.

   Wyznaczenie na podstawie statycznej próby rozciągania wielkości wytrzymałościowych i plastycznych materiału:

   -granicy plastyczności

   -wydłużenia względnego

   -przewężenia względnego

   -granicy proporcjonalności

   -naprężeń zrywających.

2. Przebieg ćwiczenia.

   Próbę wykonaliśmy na maszynie wytrzymałościowej ZD100 dla dwóch próbek o przekroju kołowym jednej ze stali niskowęglowej (plastycznej), drugiej ze stali wysokowęglowej (twardej). Przed przystąpieniem do badania pomierzono dla obu próbek długości (L₀) i średnice (d₀), a następnie umieszczono je w maszynie wytrzymałościowej. Stopniowo wraz z zmieniającym się obciążeniem rejestrowano siłę (F) i wydłużenie (L). Gdy próbki uległy zerwaniu pomierzono średnice w miejscu zerwania (d_u) i długości (L_u).

3. Teoria.

   Wytrzymałość na rozciąganie jest to naprężenie „σ_m”odpowiadające największej sile, uzyskanej w czasie próby rozciągania:

   

   F_max – największa siła uzyskana w czasie próby, odczytywana na siłomierzu maszyny wytrzymałościowej,

   S₀ – pole powierzchni przekroju pierwotnej próbki.

   Granica plastyczności – jest to naprężenie „σ_e” po osiągnięciu którego następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku obciążenia:

   

   F_e - siła obciążająca odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności.

Wydłużenie względne jest to stosunek trwa lego wydłużenia bezwzględnego próbki po zerwaniu do długości pomiarowej próbki, wyrażony w procentach:

[%]

L_u [mm] – długość pomiarowa po zerwaniu,

L₀ [mm] – pierwotna długość pomiarowa.

Przewężenie względne zmniejszenie pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania odniesione do pola powierzchni jej przekroju pierwotnego:

[%]

S_u [mm²] – pole powierzchni przekroju próbki po zerwaniu

Dla próbek o przekroju kołowym:

[%]

d_u – średnica próbki po zerwaniu

d₀- średnica próbki pierwotnej

Granica proporcjonalności „σ_H” jest to taka graniczna wartość naprężenia, do osiągnięcia której przyrostom wydłużenia jednostkowego odpowiadają proporcjonalne przyrosty naprężeń czyli:



oznacza, to że wykres rozciągania jest do momentu osiągnięcia granicy proporcjonalności linia prosta.

Naprężenie zrywające „σ_z” jest to stosunek siły przy zerwaniu próbki do przekroju próbki po zerwaniu:

4. Obliczenia.

   Pierwsza próbka:

   L₀= 200,2 [mm]

   d₀= 20,1 [mm]

   L_u= 259,4 [mm]

   d_u= 11,2 [mm]

   

   

   -wytrzymałość na rozciąganie

   

   

   -granica plastyczności

   

   

   -wydłużenie wzgledne „A”

   [%]

   [%]

   -przewęrzenie wzgledne „Z”

   [%]

   [%]

   -naprężenie zrywające

   

   

   -granica stosowalności prawa Hooke'a

   

   

   Druga próbka:

   L₀=200,3 [mm]

   d₀=20,2 [mm]

   L_u=232,6 [mm]

   d_u=15,2 [mm]

   

   

   -wytrzymałość na rozciąganie

   

   

   -granica plastyczności

   

   

-wydłużenie wzgledne „A”

[%]

[%]

-przewęrzenie wzgledne „Z”

[%]

[%]

-naprężenie zrywające





-granica stosowalności prawa Hooke'a

5. Tabela pomiarów:

Nr próbki	Próbka			Wynik badań
	Wymiary			Własności wytrzymałościowe								Własności plastyczne
	d0	L0	S0	Fm	σm	Fe	σe	FH	σH	Fz	σz	Lu	Ap	du	Z
	mm	mm	mm^2	N		N		N		N		mm	%	mm	%
1	20.1	200.2	317.3	139658.2	440133518.94	109704	345732707.15	109704	345732707,15	91054.69	924413096.4	259.4	29.57	11.2	68.95
2	20.2	200.3	320.5	221099.9	689859282.4	141080.9	440190015.6	141080.9	440190015.6	190261.2	1048848953	232.6	16.26	15.2	43.38

6. Wnioski:

   Próbie statycznego rozciagania były poddane dwie próbki jedna wykonana ze stali niskowęglowej, a druga wyskowęglowej.

   Podczas badania obie probki uległy zerwaniu, jednak wykresy zależności między naprężeniami a odkształceniami są różne.

   Wykres dla stali niskoweglowej posiada duża platformę płynięcia i ulega zniszczeniu przy sile ok 100 kN.

   Wykres dla stali wysokowęglowej posiada małą platformę płynięcia i ulega zniszczeniu przy sile ok 200 kN.

   Oba wykresy posiadają wyraźne granice:

• proporcjonalności

• plastyczności

• wytrzymałości na rozciąganie

• doraźnej wytrzymałości przy której próbka ulega zniszczeniu