Ćwiczenie 1
PRÓBA STATYCZNA ROZCI
GANIA METALI
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie statycznej próby rozciągania metali w temperaturze
pokojowej i na jej podstawie określenie podstawowych właściwości mechanicznych badanego
materiału konstrukcyjnego.
1.1. WPROWADZENIE
Podstawowym doświadczeniem umożliwiającym określenie właściwości mechanicznych
materiału jest próba rozciągania (poz. lit. [1], [2]). Próba polega na statycznym osiowym rozciąganiu
znormalizowanej próbki z określoną prędkością aż do jej rozerwania. Sposób i warunki
przeprowadzenia statycznej próby rozciągania zostały znormalizowane i obecnie podlegają normie
[26].
Celem próby statycznej rozciągania metali jest wyznaczenie jednej lub kilku podanych niżej
wielkości:
1) umownej granicy sprężystości R0,05 [MPa],
2) umownej granicy plastyczności R0,2 [MPa],
3) współczynnika sprężystości wzdłużnej (modułu Younga) E [MPa],
4) wyraz
nej granicy plastyczności Re [MPa] (jeżeli ją badany materiał wykazuje),
5) wytrzymałości na rozciąganie Rm [MPa],
6) naprężenia rozrywającego Ru [MPa],
7) względnego wydłużenia Ap [%],
8) względnego wydłużenia równomiernego Ar [%],
9) względnego przewężenia Z [%].
Do zalet statycznej próby rozciągania zalicza się:
- możliwość uzyskania jednoosiowego i jednorodnego stanu naprężenia w przekrojach poprzecznych
części pomiarowej próbki. Stan ten zostaje zaburzony dopiero w końcowej fazie statycznej próby
rozciągania;
- możliwość uzyskania szeregu wielkości charakteryzujących właściwości mechaniczne materiału;
- możliwość porównania (klasyfikacji) materiałów konstrukcyjnych na podstawie właściwości
mechanicznych materiału;
- możliwość obserwacji reakcji próbki na proces obciążania siłą rozciągającą aż do momentu jej
zniszczenia;
- łatwość przeprowadzenia próby.
Próbie rozciągania, oprócz próbek z metali, poddaje się również elementy konstrukcji, w
których naprężenia rozciągające są decydujące. Można tu wymienić przykładowo łańcuchy, liny,
druty, rury itp. Próbie rozciągania poddawane są też spawane, nitowane lub klejone elementy
konstrukcji, w celu określenia wytrzymałości na ścinanie tych połączeń.
1.2. PRÓBKI
Do przeprowadzenia próby statycznej rozciągania metali najczęściej są stosowane specjalnie wykonane,
znormalizowane próbki. Próbki wykonywane są metodą obróbki mechanicznej, przy czym należy unikać zmiany
właściwości materiału próbki na skutek wystąpienia zgniotu lub nagrzania. Do próby rozciągania norma zaleca
stosować próbki: okrągłe (rys. 1.1), kwadratowe i sześciokątne, o średnicy d0 lub grubości a0e"3 mm, oraz płaskie
(rys. 1.2), o grubości a0 e"0,2 mm i długości pomiarowej
(1.1)
(1.2)
zwane próbkami proporcjonalnymi.
Próbki proporcjonalne są to takie próbki, dla których pierwotna długość pomiarowa L0 jest
wielokrotnością pierwotnej średnicy pomiarowej d0 (próbki okrągłe) lub jest proporcjonalna d0
pierwiastka kwadratowego z pola przekroju pierwotnego (próbki o przekroju niekołowym).
Stosunek pierwotnej długości pomiarowej L0 do początkowej średnicy części pomiarowej d0
nazywa się wskaz
nikiem wielokrotności próbki okrągłej
(1.3)
Wskaz
nikiem wielokrotności próbki o przekroju niekołowym nazywa się stosunek jej
pierwotnej długości pomiarowej L0 do średnicy dz koła o przekroju równym polu przekroju
poprzecznego tej próbki
(1.4)
gdzie:
So  pole powierzchni przekroju poprzecznego części roboczej próbki.
Rys. 1.1. Próbki okrągłe: a) z główkami do
chwytania szczękami, b) z główkami do
uchwytów pierścieniowych, c) z główkami
gwintowanymi
Rys. 1.2. Próbki płaskie: a) próbka płaska z główkami o grubości co najmniej 3 mm, b) próbka
płaska bez główek
Norma dopuszcza także stosowanie płaskich próbek nieproporcjonalnych w zależności od grubości a0
i niezależnie od powierzchni przekroju poprzecznego So, o stałej długości pomiarowej:
- L0 = 50 mm i szerokości b0 = 12,5 ą 1 mm w przypadku wyrobu o grubości a0 od 0,1 do 2 mm,
- L0 = 80 mm i szerokości b0 = 20 ą 1 mm w przypadku wyrobu o grubości a0 od 2 do 3 mm.
Na każdej z próbek można wyróżnić część pomiarową o długości L0, średnicę części pomiarowej d0
lub szerokość b0 i grubość a0 dla próbek płaskich, część roboczą o długości Lc oraz część uchwytową o
długości m. Części uchwytowe próbek nazywa się główkami. Jednorodny stan naprężenia w prze-
krojach części pomiarowej osiąga się przez wykonanie odpowiednio długiej części pomiarowej oraz
bardzo łagodnym przejściu między częścią pomiarową a główkami. Dla wyeliminowania wpływu
odkształceń w główkach na część pomiarową próbki zaleca się, aby długość części roboczej spełniała
zależność:
 dla próbek okrągłych o d0 > 3 mm
(1.5)
 dla próbek płaskich o a0 > 0,2 mm
(1.6)
 dla próbek nieproporcjonalnych
(1.7)
Na próbkach przed próbą rozciągania musi być zaznaczona początkowa długość pomiarowa
L0 oraz jej podział na działki 5 mm lub 10 mm.
W przypadku badania lin, łańcuchów, drutów, taśm lub rur próbki wykonuje się z fragmentu
tych elementów i nie obrabia się ich mechanicznie. Szczegółowe wytyczne, dotyczące wykonania
próbek w takich przypadkach, podane są w normie PN-71/H-6310 oraz w normach przedmiotowych.
1.3. MASZYNA WYTRZYMAA
OŚCIOWA
W badaniach wykorzystywana jest typowa współczesna maszyna wytrzymałościowa o
napędzie mechanicznym.
W maszynie wytrzymałościowej można wyróżnić cztery zasadnicze zespoły:
 - zespół napędzający,
- zespół realizujący obciążenie,
- układ pomiarowy,
- układ rejestrujący.
Schemat pracy układów został przedstawiony na rys. 1.3.
Za pomocą układu napędowego poprzez układ sterujący 3 doprowadzany jest sygnał do
ruchomej belki 8. Belka przesuwając się generuje sygnał odpowiadający mechanicznej funkcji
obciążenia. Przetwornik wielkości mierzonej - siłomierz lub ekstensometr - mierzy obciążenie próbki
7. Wzmacniacz pomiarowy 5 przetwarza sygnał podawany przez przetwornik na napięcie - wartość
rzeczywistą - proporcjonalnie do wielkości mechanicznej. Wartość zadana i rze-
Rys. 1.3. Schemat blokowy pracy maszyny wytrzymałościowej
czywista są doprowadzane do wzmacniacza regulującego 4, który tworzy różnicę obydwu sygnałów
(błąd). Różnica ta jest przetwarzana za pomocą zasilacza na odpowiedni prądowy sygnał sterujący,
który jest doprowadzany przez układ sterowniczy 3 do układu napędowego 2. Do rejestracji wielkości
mierzonych można wykorzystać rejestrację graficzną lub cyfrową 6. Stosowana maszyna
wytrzymałościowa spełnia wymagania określone w normie PN-64/H-04313.
1.3. ANALIZA PROCESU ROZCI
GANIA
Wykres rozciągania F = F("l) przedstawia przebieg zarejestrowanej wartości siły
rozciągającej F, potrzebnej do spowodowania odpowiedniego wydłużenia części pomiarowej próbki
"/. Na rys. 1.4 przedstawiono typowe wykresy rozciągania metali i ich stopów.
Znajomość krzywej rozciągania ma duże znaczenie praktyczne dla oceny właściwości
mechanicznych metali i ich stopów. Charakter przebiegu krzywej rozciągania jest zdeterminowany
właściwościami materiału. Metale wykazujące dużą zdolność do odkształceń trwałych w
jednoosiowym stanie naprężeń określa się mianem plastycznych. W grupie tej można wyszczególnić
metale wykazujące wyraz
ną granicę plastyczności i nie wykazujące tej granicy. Metale i ich stopy
ulegające zniszczeniu przy małych odkształceniach trwałych podczas statycznej próby rozciągania
określa się jako kruche.
W początkowej fazie próby rozciągania metali wykres F = F("l) ma przebieg prostoliniowy.
W zakresie tym wydłużenia są bardzo małe, a po odciążeniu długość próbki praktycznie nie wykazuje
zmian (zakres sprężysty). Potwierdza
Rys. 1.4. Wykres zależności F = F(Al): a) dla materiałów wykazujących górną i dolną granicę
plastyczności, b) dla materiałów z wyraz
ną granicą plastyczności, c) dla materiałów bez wyraz
nej
granicy plastyczności, d) dla materiałów kruchych
to ważność prawa Hooke'a. Przy dalszym wzroście obciążenia wykres zakrzywia się, co łączy się z
powstaniem trwałych odkształceń (odkształceń plastycznych). Zatem od początku zakrzywienia
wykresu rozciągania, całkowite wydłużenie próbki składać się będzie z wydłużenia sprężystego i
plastycznego
(1.8)
Przez wydłużenie sprężyste określa się tę część wydłużenia całkowitego, które zanika po
odciążeniu. Wydłużenie plastyczne pozostanie po odciążeniu próbki. Metodę postępowania do
wydzielenia wydłużenia sprężystego i plastycznego przedstawiono na rys. 1.5.
Po osiągnięciu pewnej wartości siły Fe obserwuje się znaczny przyrost wydłużenia bez
przyrostu siły obciążającej, a nawet przy niewielkim chwilowym jej zmniejszeniu (rys. 1.4a, 1.5).
Proces ten nazywany jest często tzw.  plastycznym płynięciem materiału". Z chwilą rozpoczęcia
płynięcia na powierzchni próbki
Rys. 1.5. Metoda określania wydłużenia sprężystego i plastycznego
pojawiają się drobne rysy, powodujące zmatowienie powierzchni, określane jako linie Ludersa lub
Czernowa. W jednoosiowym stanie naprężenia linie Ludersa nachylone są pod kątem 45� do kierunku
naprężeń normalnych, zgodnie z kierunkiem największych naprężeń stycznych. Linie te obrazują
pochylenie płaszczyzn poślizgu wewnątrz struktury krystalicznej.
Przy dalszym trwaniu próby rozciągania płynięcie ustaje. Wynikiem procesów zniekształcania
siatki krystalicznej materiału oraz towarzyszącym im poślizgom jest wzrost oporu przy dalszym
odkształceniu plastycznym. Następuje tzw. umocnienie materiału. Skutkiem umocnienia materiału jest
dalszy wzrost obciążenia, niezbędny do dalszego odkształcenia próbki. Etap płynięcia materiału na
wykresie rozciągania jest obserwowany z różną intensywnością tylko w odniesieniu do ciał mających
wyraz
ną granicę plastyczności. Dla materiałów bez wyraz
nej granicy plastyczności i kruchych
przejście z obszaru wydłużeń sprężystych (odcinek prostoliniowy) w zakres plastyczny ma przebieg
łagodny. Dla obu grup materiałów przy dalszym wydłużaniu próbki obserwuje się monotoniczny
wzrost siły rozciągającej. Z chwilą osiągnięcia maksymalnej, w ciągu trwania próby, wartości siły Fm
pojawia się w jednym miejscu próbki gwałtowne zwężenie, nazywane szyjką. Przyrost długości części
pomiarowej próbki następuje wtedy prawie wyłącznie w obszarze szyjki. Wzrost wydłużania w strefie
szyjki prowadzi do dalszego zmniejszenia przekroju poprzecznego próbki w szyjce. Stan naprężenia w
próbce po utworzeniu się szyjki nie jest już jednorodny i jednoosiowy. W szyjce wystąpi złożony stan
naprężenia. W konsekwencji powstania szyjki, równoznacznego z utratą stateczności postaci walcowej
próbki, sumaryczne osłabienie wywołane przez zmniejszanie przekroju zaczyna przeważać nad dalej
zachodzącym umocnieniem. Wzrostowi wydłużenia próbki towarzyszy zmniejszenie siły rozciągającej
aż do wzrostu Fu, przy której nastąpi rozerwanie próbki.
Efekty związane z powstaniem szyjki są dla materiałów kruchych mniej wyraz
ne niż dla
materiałów plastycznych. Często, dla materiałów kruchych siła Fe jest praktycznie równa Fu. Przebiegi
wykresów rozciągania zależą od takich parametrów dodatkowych, jak szybkość odkształcania i
temperatura przeprowadzania próby.
Sposób i warunki przeprowadzania próby rozciągania w podwyższonych temperaturach
zostały znormalizowane i obecnie podlegają normie PN 81/H 04313.
Przekroje próbki powstałe po rozerwaniu jej noszą nazwę przełomów. Wyróżnia się
następujące przełomy:
a) przełom rozdzielczy,
b) przełom poślizgowy,
c) przełom mieszany.
Na podstawie uzyskanych powierzchni przełomu próbki po jej rozerwaniu można określić
pewne cechy materiału. Przełom rozdzielczy jest w przybliżeniu prostopadły do kierunku obciążenia i
jest charakterystyczny dla materiałów kruchych. Przełom poślizgowy tworzy powierzchnię stożkową,
usytuowaną w przybliżeniu pod kątem 45� do kierunku obciążenia. Im większy jest udział części
poślizgowej w przełomie, tym materiał jest bardziej plastyczny. Przełom mieszany łączy cechy
charakterystyczne dla przełomu poślizgowego i rozdzielczego.
Analiza przełomu umożliwia wykrycie wad materiałowych, jak: wtrącenia, pęcherze gazowe,
pęknięcia hartownicze itd.
W pewnych przypadkach próbę rozciągania należy unieważnić. Ma to miejsce, gdy:
- na próbce utworzy się więcej niż jedna szyjka,
- próbka rozerwała się poza długością pomiarową,
- przełom nastąpił w miejscu rysy,
- próbka rozerwała się na skutek miejscowej wady wewnętrznej materiału.
W takich przypadkach próbę należy powtórzyć, przy czym nie uwzględnia się
wyników próby poprzedniej.
Praktyczne stosowanie układu współrzędnych F-"/ (siła obciążająca - wydłużenie) na
wykresie rozciągania jest niewygodne ze względu na zależność przebiegu takiego wykresu od
wymiarów próbki. Aby uzyskać pełną reprezentatywność (porównywalność) wyników, wykres
rozciągania wykonuje się w układzie: naprężenie rozciągające (�)-wydłużenie względne próbki (�),
przy czym obie te wielkości odnosi się do wymiarów początkowych próbki, tj.
(1.9)
(1.10)
Ten sposób zmiany współrzędnych nie zmienia kształtu krzywej, lecz tylko podziałkę na
osiach układu współrzędnych. Naprężenia wyznaczane według zależności (1.6) są naprężeniami
umownymi, ponieważ pominięta została ciągła zmiana pola przekroju poprzecznego próbki podczas
jej rozciągania.
Rzeczywistą wartość naprężenia w przekroju poprzecznym próbki można wyznaczyć z
zależności
(1.11)
gdzie S = S(F)  pole przekroju próbki przy obciążeniu siłą F.
Ponieważ w miarę wzrostu wydłużenia próbki zmniejsza się jej przekrój poprzeczny, tzn.
S�. Różnica �R - � w zakresie sprężystym jest nieznaczna, natomiast wyraz
nie
rośnie po przejściu materiału w stan plastyczny (rys. 1.6).
Rys. 1.6. Wykres naprężeń umownych i rzeczywistych
Z uwagi na trudności związane z określeniem zmiany przekroju poprzecznego próbki w czasie
próby rozciągania praktycznie rozważane są wykresy �  � dla przekroju poprzecznego
początkowego.
1.4. WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYCZNYCH
NAPR
ŻEC
NA PODSTAWIE PRÓBY ROZCI
GANIA
Naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu trwałym Rx jest to naprężenie umowne,
wywołujące w próbce określone wydłużenie trwałe, wynoszące x [%] początkowej długości
pomiarowej
(1.12)
W dalszym tekście opisane zostały najczęściej występujące umowne naprężenia.
1.5.1. Umowna granica sprężystości
Umowna granica sprężystości R0,05 jest to naprężenie rozciągające odpowiadające działaniu
siły F0,05, wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,0005 (0,05%) początkowej długości
pomiarowej próbki
(1.13)
W technicznie uzasadnionych przypadkach dopuszcza się określanie umownej granicy
sprężystości przy wydłużeniu trwałym mniejszym niż 0,05% (do 0,005%).
1.5.2. Umowna granica plastyczności
Umowna granica plastyczności R0,2 jest to naprężenie rozciągające wywołujące w próbce
wydłużenie trwałe równe 0,2% początkowej długości pomiarowej próbki
(1.14)
Umowną granicę plastyczności wyznacza się najczęściej dla materiałów nie wykazujących
wyraz
nej granicy plastyczności.
1.5.3. Wyraz
na granica plastyczności
Wyraz
na granica plastyczności Re jest to naprężenie rozciągające, po osiągnięciu którego
występuje wyraz
ny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy krótkotrwałym
spadku obciążenia
(1.15)
Dla niektórych metali i ich stopów można wyznaczyć:
a) górną granicę plastyczności ReH
Górna granica plastyczności ReH jest to naprężenie rozciągające w momencie nagłego
wydłużenia próbki, od którego następuje krótkotrwały spadek siły wydłużającej (rys. 1.4c)
(1.16)
b) dolną granicę plastyczności ReL
Dolna granica plastyczności ReL jest to najmniejsze naprężenie rozciągające,
występujące po przekroczeniu górnej granicy plastyczności. Jeżeli na wykresie rozciągania jest więcej
niż jedno minimum lokalne, przy określaniu siły FeL należy pominąć pierwsze minimum, następujące
bezpośrednio po osiągnięciu górnej granicy plastyczności
(1.17)
1.5.4. Wytrzymałość na rozciąganie
Wytrzymałość na rozciąganie Rm jest to naprężenie umowne, odpowiadające maksymalnej
wartości siły Fm
(1.18)
1.5.5. Naprężenie rozrywające
Naprężenie rozrywające jest to naprężenie rzeczywiste występujące w przekroju poprzecznym
próbki, w tzw. szyjce, bezpośrednio przed zerwaniem, o powierzchni pola przekroju Su
(1.19)
1.6. WYZNACZENIE WSPÓA
CZYNNIKA SPR
ŻYSTOŚCI
WZDA
UŻNEJ
(MODUA
U YOUNGA)
Dokładny pomiar wydłużeń sprężystych w zależności od naprężeń pozwala na wyznaczenie
modułu Younga. Wartość współczynnika sprężystości wzdłużnej (modułu Younga) określa się za
pomocą funkcji tangens kąta nachylenia odcinka prostoliniowego krzywej rozciągania do dodatniej osi
odkształcenia � we współrzędnych � [MPa] i � (rys. 1.7)
(1.20)
Praktycznie moduł Younga oblicza się ze wzoru
(1.21)
W przypadku materiałów, dla których krzywa rozciągania nie ma odcinka prostoliniowego,
wyszczególnia się (rys. 1.7):
Rys. 1.7. Metody wyznaczania modułu Younga
- moduł styczny określany jako tangens kąta nachylenia stycznej, wykreślonej do krzywej rozciągania
w dowolnym punkcie w zakresie (10-90)% umownej granicy sprężystości
(1.22)
- moduł sieczny określany jako tangens kąta nachylenia siecznej, wyznaczonej przez dwa dowolne
punkty krzywej rozciągania w zakresie (10-90)% umownej granicy sprężystości
(1.23)
Należy podkreślić, że/powyższe wielkości nie mogą być wyznaczone na podstawie wykresów
uzyskiwanych ze statycznych prób rozciągania, gdy rejestrowane jest wydłużenie "l za pomocą
przesunięcia belki maszyny wytrzymałościowej. W takim przypadku na wartość "l składa się oprócz
wydłużeń długości pomiarowej również wydłużenia innych części próbki, a często także poślizgi
próbki w uchwytach. Zależności te można wyznaczyć na maszynach wytrzymałościowych,
wyposażonych w precyzyjne przyrządy pomiarowe do rejestracji przemieszczenia - ekstensometry,
które mocuje się bezpośrednio na części pomiarowej próbki. Wskazane jest stosowanie
ekstensometrów umożliwiających rejestrację wydłużenia z dokładnością do 0,1 �Ąą.
1.7. ANALIZA ODKSZTAA
CEC
PRÓBKI.
Na podstawie zmiany wymiarów geometrycznych części pomiarowej próbki w statycznej
próbie rozciągania można wyznaczyć następujące wielkości charakteryzujące właściwości plastyczne
materiału.
1.7.1. Względne przewężenie
Względne przewężenie Z określane jest jako iloraz zmniejszenia powierzchni przekroju
poprzecznego próbki w miejscu rozerwania do powierzchni jej pierwotnego przekroju, wyrażonej w
procentach
(1.24)
gdzie: Su - przekrój w miejscu zerwania.
1.7.2. Względne wydłużenie
Względne wydłużenie Ap jest to przyrost długości pomiarowej próbki po jej zerwaniu w odniesieniu
do początkowej długości pomiarowej próbki
(1.25)
gdzie: � = L0/d0  wskaz
nik wielokrotności próbki.
W celu wyznaczenia długości pomiarowej próbki Lu po zerwaniu składamy obie części próbki tak, aby
powierzchnie przełomu przylegały do siebie, a osie obu części próbki leżały na jednej prostej. Jeżeli
obie części próbki nie przylegają do siebie, wówczas szczelinę wlicza się do długości pomiarowej Lu.
Długość pomiarową Lu określa się w zależności od położenia miejsca rozerwania na części próbki
pomiarowej (rys. 1.8).
Jeżeli miejsce rozerwania próbki znajduje się w części środkowej próbki, to długość Lu mierzy
między dwoma skrajnymi znakami na części pomiarowej próbki. Przez część środkową próbki
rozumie się miejsca na próbce w odległo-
ści od 1/3 L0 do 2/3 L0 od skrajnej kreski dla próbek o wskaz
niku wielokrotności � < 5 lub od 1/4 L0
do 3/4 L0 dla próbek o wskaz
niku wielokrotności p > 5 oraz próbek nieproporcjonalnych o umownej
początkowej długości pomiarowej L0, równej 50 lub 80 mm. W przypadku gdy rozerwanie ma miejsce
w pobliżu krańcowej kreski długości pomiarowej, pomiar Lu według metody przedstawionej na rys.
1.8a byłby obarczony dużym błędem. Zmierzone wydłużenie byłoby wówczas mniejsze niż
wydłużenie rzeczywiste, ponieważ obszar dużych wydłużeń wykracza poza długość pomiarową.
Największe wydłużenia wykazują działki leżące w obrębie szyjki i w jej sąsiedztwie. W takich
przypadkach Lu mierzy się w następujący sposób. Po złożeniu rozerwanej próbki znajduje się na
dłuższej części próbki taką kreskę, aby była ona w przybliżeniu jednakowo odległa od zerwania co i
skrajna kreska długości pomiarowej na krótszej części próbki. Na rys. 1.8 kreski te oznaczono literami
A i B. Dodatkowo
Rys. 1.8. Schemat pomiaru długości Lu: a) przy złomie środkowym, b) przy złomie bocznym i
parzystej liczbie działek na AB, c) przy złomie bocznym i nieparzystej liczbie działek na AB
niech � oznacza całkowitą liczbę działek podziałowych na długości pomiarowej, a � liczbę działek
między kreskami A i B. Może wówczas wystąpić jeden z dwóch przypadków:
1. Jeżeli � - � jest liczbą parzystą, to długość Lu obliczamy z zależności
(1.26)
gdzie: A ł - długość odcinka o � działkach,
BC  długość odcinka równego (N -n)/2 działek (rys. 1.8b).
2. Jeżeli � - n jest liczbą nieparzystą, to długość Lu obliczamy z zależności
(1.27)
gdzie: BC1 - długość odcinka równego (N - n - l)/2 działek,
BC2 - długość odcinka równego (N - n + l)/2 działek (rys.l.8c).
Znając pierwotną wielkość działki l0, na które podzielona była część pomiarowa próbki, oraz
mierząc długości działek po rozerwaniu 1i można wykonać wykres rozkładu wydłużeń próbki (rys.
1.9). Największe wydłużenia powstające w obszarze szyjki nie są zależne od długości części
pomiarowej, lecz od rodzaju
Rys. 1.9. Przykładowy wykres wydłużeń działek próbki (stal St3)
metalu i pola przekroju próbki. Ponieważ długość szyjki dla różnych długości części pomiarowych
próbek wykonanych z tego samego materiału oraz o tych samych wymiarach przekroju poprzecznego
będzie w przybliżeniu taka sama, to udział długości szyjki w Lu jest tym większy, im mniejsza jest
długość pomiarowa L0. Zatem względne wydłużenie Ap zależy od wskaz
nika wielokrotności badanej
próbki i dla tego samego materiału zachodzi zależność A5 >A10. Dlatego wydłużenia obliczane dla
próbek o różnych wskaz
nikach wielokrotności nie powinny być ze sobą porównywane.
Norma zaleca stosować próbki pięciokrotne. W celu uniknięcia nieporozumień wskazane jest
zaznaczyć, dla jakiego wskaz
nika wielokrotności wyznaczono wydłużenie (np. A5).
1.7.3. Względne wydłużenie równomierne
Względne wydłużenie równomierne jest niezależne od długości pomiarowej próbki i wpływu
wydłużenia w pobliżu miejsca rozerwania próbki.
Dla próbek okrągłych wydłużenie równomierne określa się ze wzoru przybliżonego
(1.28)
gdzie: dr - średnica w połowie dłuższej części próbki po zerwaniu.
Dla próbek o innych kształtach względne wydłużenie równomierne Ar określa się z
nomogramu na podstawie znanych wartości względnego wydłużenia Ap oraz przewężenia Z.
W przybliżeniu, znając względne wydłużenia próbek o wskaz
niku wielokrotności p i 2p,
wydłużenie równomierne można obliczyć ze wzoru
(1.29)
na przykład Ar = 2Al0 - A5.
1.8. PRZEBIEG ĆWICZENIA
1.Określić wymiary próbek. Próbkę należy mierzyć co najmniej w trzech miejscach na długości
pomiarowej, przy czym dla próbek okrągłych pomiar należy wykonać w dwóch wzajemnie
prostopadłych kierunkach. Najmniejsze zmierzone pole przekroju poprzecznego przyjmuje się do
obliczeń.
2. Sprawdzić długość części pomiarowej oraz jej podział na działki.
3. Założyć próbkę w uchwytach maszyny wytrzymałościowej:
a. Ustawić zakres siłomierza maszyny wytrzymałościowej.
b. Ustalić prędkość obciążenia.
c. Sprawdzić gotowość maszyny wytrzymałościowej do pracy.
4. Zarejestrować krzywą rozciągania F = F("l) (w czasie przeprowadzania
próby należy odczytać i zapisać w protokóle charakterystyczne wartości sił:
Fe , Fm , Fu .
1.9. ZAWARTOŚĆ SPRAWOZDANIA
W sprawozdaniu należy zamieścić:
1. Schemat i opis stanowiska badawczego.
2. Rysunek próbki pomiarowej.
3. Protokół i wykres próby rozciągania. W protokóle powinny być podane wymiary próbki, prędkość
obciążenia, odczytane wartości Fe, Fm, Fu.
4. Wyznaczone wartości charakterystycznych naprężeń.
5. Analizę odkształceń próbki:
a. Wykres zależności wydłużenia działek próbki w zależności od ich położenia względem
miejsca rozerwania.
b. Schemat obliczania długości pomiarowej próbki po zerwaniu i jej wyznaczenie.
c. Obliczoną wartość względnego wydłużenia Ap [%].
d. Obliczoną wartość przewężenia Z [%].
e. Obliczoną wartość względnego wydłużenia równomiernego Ar [%].
6. Analizę przełomu.
7. Inne ewentualne uwagi dotyczące przebiegu próby, wyglądu zewnętrznej powierzchni próbki itp.