POLITECHNIKA RZESZOWSKA

im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Ćwiczenie nr 2

PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA METALI

Rzeszów 2004

- 1 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

1. WSTĘP

Celem próby ściskania różnych metali lub ich stopów jest określenie wartości naprężeń powodujących ich zniszczenie i ustalenie wykresu lub pracy odkształcenia .

Przez zniszczenie rozumiemy albo złom, albo osiągnięcie odkształceń trwałych niedopuszczalnie wielkich z punktu widzenia konstruktora.

Próba ściskania jest jakby odwróceniem próby rozciągania; wykres ściskania niektórych metali jest symetryczny do wykresu rozciągania w zakresie ujemnych naprężeń i odkształceń –

jego prostoliniowa część jest niemal równa, co do wielkości tejże części przy rozciąganiu.

Łączy się to z istnieniem jednoosiowego stanu naprężenia w próbce ściskanej jak i rozciąganej, jeżeli pominie się wpływ zamocowania próbki. Stąd też wszystkie wielkości wyznacza się podobnie jak przy próbie rozciągania z tym, że stan odkształcenia próbki w obszarze sprężystym i plastycznym reprezentuje tu względne skrócenie jednostkowe:

 L L  L

0

1

a 



c

L

L

0

0

L0 - pierwotna długość pomiarowa próbki, która może pokrywać się z pierwotną wysokością próbki h0,

L1 - chwilowa długość pomiarowa próbki

L - bezwzględne skrócenie próbki, jak również względne rozszerzenie przekroju.

A  A

1

0

q 

A 0

przy czym:

A0 - powierzchnia pierwotnego przekroju poprzecznego próbki A1 - powierzchnia chwilowego przekroju poprzecznego próbki.

Statyczna próba ściskania metali jest objęta normą PN-57/H-04320. Według tej normy próba ściskania nazywa się próbą zwykłą, jeżeli jej celem jest wyznaczenie wytrzymałości na ściskanie, wyraźnej granicy plastyczności, skrócenia względnego oraz sporządzenie wykresu ściskania. Celem próby ścisłej jest określenie współczynnika sprężystości wzdłużnej przy ściskaniu Ec, umownej granicy sprężystości i umownej granicy plastyczności.

- 2 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

2. CEL ĆWICZENIA

Zbadanie własności wytrzymałościowych na ściskanie materiałów kruchych i plastycznych, oraz wyznaczenie:

1) Wyraźnej granicy plastyczności,

2) Wytrzymałości na ściskanie,

3) Skrócenia względnego,

4) Wykresu ściskania.

Wyraźną granicę plastyczności przy ściskaniu „splc” nazywa się naprężenie, przy którym występuje skrócenie próbki bez zwiększenia, a nawet przy zmniejszaniu się siły obciążającej: Fplc

s



 N 

plc

S

 2 

m

0





Fplc - siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu, S0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

Ponieważ próbki z materiału plastycznego nie ulegają zniszczeniu, najczęściej po przekroczeniu granicy plastyczności próbę przerywa się. Natomiast próbki z materiałów kruchych (żeliwo) nie mają wyraźnej granicy plastyczności i podczas próby ulegają zniszczeniu. W tym przypadku notuje się wartość maksymalną siły „Fc”, która powoduje zniszczenie próbki.

Naprężenie „sc” otrzymane jako stosunek największej siły obciążającej „Fc”, powodującej zniszczenie próbki, do pola powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego nazywa się wytrzymałością na ściskanie.

Fc

s 

 N 

c

S

 2 

m

0





- 3 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

Stan odkształcenia próbki zarówno na obszarze sprężystym jak i plastycznym charakteryzuje skrócenie względne.

L

L  L

0

1

a 



100



%

c

L

L

0

0

L0 - pierwotna długość pomiarowa próbki

L1 - długość próbki po odkształceniu

L - skrócenie względne.

Umowna granica sprężystości przy ściskaniu „sc0,01” jako naprężenie, po osiągnięciu, którego długość pomiarowa próbki doznaje trwałego skrócenia równego 0,01% początkowej długości pomiarowej.

Fc 0,01

s



 N 

c 0,01

S

 2 

m

0





FC 0,01 - siła obciążająca powodująca skrócenie trwałe próbki równe 0,01 %

początkowej długości pomiarowej

S0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki Dla metali nie wykazujących wyraźnej granicy plastyczności wyznacza się umowną granicę plastyczności.

Fc 0,2

s



 N 

c 0,2

S

 2 

m

0





Wartość umownej granicy plastyczności przy ściskaniu „sc0,2” równa ilorazowi siły

„Fc0,2”, która odpowiada trwałemu skróceniu próbki o 0,2 % początkowej długości pomiarowej i pola powierzchni początkowego przekroju poprzecznego próbki.

- 4 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

3. RODZAJE PRÓBEK.

Do statycznej próby ściskania metali używa się próbek w kształcie walca. Wysokość próbek „h” do próby statycznej zwykłej powinna wynosić h = 1,5 d0. Stawiane są również pewne wymagania dotyczące wykonania próbek. Jednym z ważniejszych wymagań jest równoległość płaszczyzn czołowych oraz ich prostopadłość do osi próbki. Poza tym wszystkie powierzchnie próbek – szczególnie podstawy - powinny być dokładnie obrobione.

F

d0



h



F

- 5 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

4. WYKRESY ŚCISKANIA.

Rys.1.1 Wykresy dla stali plastycznych.

Rys1.2 Wykresy dla stali kruchych (żeliwo).

5. PRZEPROWADZENIE PRÓBY:

5.1 Przed przystąpieniem do wykonania próby dokonać pomiaru średnicy próbek,

5.2 Pomiary wykonać dla dwóch rodzajów próbek:

 stal miękka,

 żeliwo,

5.3 Odczyścić powierzchnie czołowe próbek oraz płyt di skowych, 5.4 Wykonać próbę,

5.5 Sporządzić tabelę z wynikami pomiarów,

5.6 Sporządzić wykresy ściskania dla obu rodzajów próbek, 5.7 Charakterystykę złomów,

5.8 Wnioski.

Lp

F

L

N

mm

Tab.1.1

Oznaczenia

Próbka

Własności

Wymiary

Wytrzymałościowe

Plastyczne

d0

L0

S0

Fplc splc

Fc

sc

Lu

ac

mm mm mm2 N

N/ 2

2

m

N

N/m

mm

%

Tab.1.2

- 6 -

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji 03’2004

sx

sx

0

0

x

x

splc

sc

Rys.1.1

Rys.1.2

- 7 -