Ćwiczenia laboratoryjne
Ćwiczenie nr 5
Statyczna próba rozciągania próbki metalowej.
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 granice
sprężystości, przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę. Naprężenia w próbce oblicza się
dzieląc siłę rozciągającą przez pole poprzeczne próbki (uwzględniając przewężenie lub nie
uwzględniając go).
Próbę statycznego rozciągania metali przeprowadza się zgodnie z obowiązującą normą: PN-
91/H-04310  Próba statyczna rozciągania metali .
Typowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek. Początkowo wzrost naprężenia
powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po
osiągnięciu naprężenia Re, 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 Rm.
Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym Ru.
.
Ćwiczenia laboratoryjne
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 wyraz
nie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego.
Na podstawie wykresu rozciągania można określić następujące wskaz
niki wytrzymałościowe:
Granica proporcjonalności Rpr, jest naprężeniem granicznym stosowalności prawa Hooke'a.
Granica sprężystości Rspr, jest naprężeniem granicznym, poniżej którego odkształcenie jest
sprężyste. Obie granice, zarówno proporcjonalności jak i sprężystości, są wielkościami
umownymi, gdyż ściśle rzecz biorąc odkształcenie plastyczne występuje już przy niewielkich
odkształceniach, ale jest bardzo małe. Praktycznie określa się tzw. umowną granicę
sprężystości, tj. takie naprężenie, które wywołuje w próbce wydłużenie trwałe równe 0,05 %
długości pomiarowej Lo próbki:
R0,05 = F0,05 / So [Pa] lub [MPa]
Wyraz
na granica plastyczności Re, jest to naprężenie, po osiągnięciu którego występuje
wyraz
ny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku
obciążenia:
Re = Fe / So [Pa] lub [MPa]
Jeżeli w czasie próby rozciągania występuje spadek obciążenia, to naprężenie odpowiadające
największemu obciążeniu przed następnym spadkiem określa się jako górną granicę
plastyczności ReH, a naprężenie odpowiadające największemu spadkowi jako dolną granicę
plastyczności ReL. Granica plastyczności jest jednym z najważniejszych wskaz
ników
charakteryzujących własności wytrzymałościowe materiałów konstrukcyjnych, z tego też
względu dla tych metali, które nie mają wyraz
nej granicy plastyczności wyznacza się
wielkość zastępczą, tzw. umowną granicę plastyczności.
Umowna granica plastyczności R0,2 jest naprężeniem granicznym wywołującym trwałe
wydłużenie względne x = 0,2 %:
R0,2 = F0,2 / So [Pa] lub [MPa]
Moduł sprężystości wzdłużnej ( moduł Younga ) E jest to stosunek naprężenia do
odpowiadajÄ…cego mu wydÅ‚użenia jednostkowego eð w zakresie, w którym krzywa rozciÄ…gania
jest linią prostą. Do obliczenia modułu służy wzór:
E = Dðsð / Dðeð [Pa] lub [MPa]
gdzie:
Dðsð i Dðeð sÄ… przyrostami naprężenia i odpowiadajÄ…cego mu odksztaÅ‚cenia w zakresie 10 - 90 %
naprężenia będącego umowną granicą sprężystości.
Wytrzymałość na rozciąganie Rm jest to naprężenie odpowiadające największej sile
obciążającej Fm, uzyskanej w czasie prowadzenia próby rozciągania, odniesionej do
pierwotnego przekroju poprzecznego próbki:
Rm = Fm / So [Pa] lub [MPa]
Ćwiczenia laboratoryjne
Naprężenie rozrywające Ru jest to naprężenie rzeczywiste, występujące w przekroju
poprzecznym próbki w miejscu przewężenia bezpośrednio przed rozerwaniem, obliczone z
ilorazu siły w chwili rozerwania Fu i najmniejszego przekroju próbki S po rozerwaniu:
Ru = Fu / So [Pa] lub [MPa]
Oprócz wskaz
ników charakteryzujących własności wytrzymałościowe materiału norma
przewiduje również wyznaczenie wskaz
ników charakteryzujących własności plastyczne
badanego materiału. Wskaz
nikami tymi są wydłużenie i przewężenie plastyczne próbki.
Wydłużenie względne trwałe) A jest to stosunek przyrostu długości pomiarowej próbki
mierzonego po zerwaniu w odniesieniu do pierwotnej długości pomiarowej próbki, wyrażony
w procentach:
A = Lu - Lo / Lo 100%
W praktyce przy symbolu A oznaczającym wydłużenie daje się wskaz
nik cyfrowy
oznaczający krotność próbki. Na przykład A5, A10 - oznaczają odpowiednio wydłużenie
próbki proporcjonalnej 5 - krotnie i 10 - krotnie, a A100 - próbki nieproporcjonalnej o Lo =
100 mm. Przewężenie względne (trwałe) Z jest to stosunek największego zmniejszenia
powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu zerwania do pierwotnego przekroju
próbki wyrażony w procentach:
Z = So - Su / So 100%
Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie próby rozciągania próbki stalowej wykonanej z
odcinka żebrowanego pręta zbrojeniowego.
Badanie zakończyło się niepowodzeniem, ponieważ próbka została zerwana w uchwycie
maszyny wytrzymałościowej w wyniku złego zamocowania.
Wykres z badania przedstawiający zależność naprężenia od odkształcenia próbki zawarto w
załączniku nr 4. Do wykresu nie dołączono jednostek, co uniemożliwia jego odczytanie.
Głównym celem badania było zapoznanie się ze sposobem jego przeprowadzania.