MateriaÄą‚oznawstwo i Techniki Wytwarzania Sprawozdanie 1A
1. WstÄ™p: 1.1. Cel praktyczny badaÅ„ Badanie statycznego rozciÄ…gania przeprowadzamy w celu wyznaczenia podstawowych parametrów opisujÄ…cych wÅ‚asnoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe i plastyczne materiaÅ‚u oraz porównanie wÅ‚asnoÅ›ci mechanicznych materiałów o różnych wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciach. Metoda polega na poddaniu odpowiednio przygotowanej próbki dziaÅ‚aniu siÅ‚y rozciÄ…gajÄ…cej aż do zerwania. WÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci charakteryzujÄ…ce opór materiaÅ‚u próbki na odksztaÅ‚canie lub pÄ™kanie. WielkoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe wyznacza siÄ™ z poÅ‚ożenia okreÅ›lonych punktów na wykresie statycznego rozciÄ…gania. 1.2. Definicje podstawowych pojęć Do próby statycznego rozciÄ…gania stosujemy próbki z główkami do chwytania w szczÄ™ki o Å›rednicy d0 = 8mm i L0 = 40mm. Naprężenie - to miara gÄ™stoÅ›ci powierzchniowej siÅ‚ wewnÄ™trznych wystÄ™pujÄ…cych w oÅ›rodku ciÄ…gÅ‚ym. Jest podstawowÄ… wielkoÅ›ciÄ… mechaniki oÅ›rodków ciÄ…gÅ‚ych. JednostkÄ… naprężenia jest paskal [Pa]. Naprężenie jest to iloraz siÅ‚y i pola przekroju ciaÅ‚a, na które dziaÅ‚a ta siÅ‚a i wyraża siÄ™ wzorem: à = F/S. OdksztaÅ‚cenie jest miarÄ… deformacji ciaÅ‚a poddanego siÅ‚om zewnÄ™trznym. Aby móc mówić o odksztaÅ‚ceniu, należy wyróżnić dwa stany ciaÅ‚a: poczÄ…tkowy i koÅ„cowy. Na podstawie różnic w poÅ‚ożeniach punktów w tych dwóch stanach można wyznaczać liczbowe wartoÅ›ci odksztaÅ‚cenia. OdksztaÅ‚cenie wyraża siÄ™ wzorem "L = LU - L0. WydÅ‚użenie stosunek zmiany dÅ‚ugoÅ›ci próbki w momencie zerwania do dÅ‚ugoÅ›ci poczÄ…tkowej próbki, wyrażony w procentach. WydÅ‚użenie wyraża siÄ™ je wzorem: µ = "L/ L0. Przewężenie czÄ™sto nazywane szyjkÄ… okreÅ›la siÄ™ jako procentowe zmniejszenie przekroju próbki i wyraża siÄ™ wzorem: Z = (S0 - SU)/ SU*100%. Badamy dwa rodzaje materiałów: 1. Stal niestopowa zwykÅ‚ej jakoÅ›ci S235 (St3 stare oznaczenie) jest to materiaÅ‚ podobny do stali kadÅ‚ubowej o zwykÅ‚ej wytrzymaÅ‚oÅ›ci o współczynniku proporcjonalnoÅ›ci E = 207000 MPa. 2. Stop aluminium ( z grupy duraluminium duraluminium PA6) AlCu4Mg1 stop głównie używany w lotnictwie i obecnie nie stosowany w okrÄ™townictwie ( ponieważ jest podatny na korozjÄ™ elektrolitycznÄ… i trudnospawalny) o współczynniku proporcjonalnoÅ›ci E = 68000 MPa. 2. Metodyka badaÅ„: 2.1. Badanie zrealizowano w temperaturze pokojowej w pomieszczeniu laboratoryjnym przy wolno rosnÄ…cej sile. Geometria użytej próbki. 2.2 Opis maszyny do badaÅ„: PróbÄ™ statycznego rozciÄ…gania przeprowadzono przy użyciu maszyny wytrzymaÅ‚oÅ›ciowej z napÄ™dem mechanicznym. 1 próbka 2 szczÄ™ki maszyny 3 górna belka 4 dolna belka 5 współbieżne Å›ruby pociÄ…gowe 6 siÅ‚omierz 7 ekstensometr PróbkÄ™ umieszczono w szczÄ™kach typu samozaciskowego ( siÅ‚a zacisku części chwytowej próbki roÅ›nie wraz ze wzrostem siÅ‚y rozciÄ…gajÄ…cej ), które sÄ… umocowane do górnej i dolnej belki obciążajÄ…cej. Maszyna napÄ™dzana jest silnikiem prÄ…du staÅ‚ego, który poprzez przekÅ‚adnie i sprzÄ™gÅ‚a napÄ™dza dwie współbieżne Å›ruby pociÄ…gowe. Åšruby te obracajÄ… siÄ™ z prÄ™dkoÅ›ciÄ… regulowanÄ… przez silnik napÄ™dowy maszyny i przeÅ‚ożenie przekÅ‚adni. Åšruby pociÄ…gowe za poÅ›rednictwem nakrÄ™tek umieszczonych w dolnej belce napÄ™dowej poruszajÄ… tÄ™ belkÄ™ w kierunku pionowym i poziomym w zależnoÅ›ci od kierunku obrotów Å›rub, powodujÄ…c tym Å›ciskanie i rozciÄ…ganie próbki. 2.3. PrzyrzÄ…dy pomiarowe (opis): Główne wielkoÅ›ci rejestrowane podczas próby statycznego rozciÄ…gania, to siÅ‚a obciążajÄ…ca i wydÅ‚użenie próbki. - siÅ‚Ä™ obciążajÄ…ca mierzy siÄ™ w MPa za pomocÄ… siÅ‚omierza. - wydÅ‚użenie próbki mierzy siÄ™ za pomocÄ… ekstensometru. Tensometr oporowy wykorzystuje zjawisko zmiany opornoÅ›ci przewodnika wraz ze zmianÄ… jego dÅ‚ugoÅ›ci (opór przewodnika wzrasta wraz ze spadkiem Å›rednicy przewodnika ( R = (Á*S0)/L , gdzie Á to opór wÅ‚aÅ›ciwy przewodnika, S to pole przekroju poprzecznego próbki obliczanÄ… ze wzoru: S0 = (Ä„*d02)/4)), a L to dÅ‚ugość próbki). Przewodnik odksztaÅ‚ca siÄ™ ( wydÅ‚uża lub skraca ) wraz z powierzchniÄ… przedmiotu, na której jest naklejony. StÄ…d spadek potencjaÅ‚u ( U = I*R = I*(Á*S0)/L = I*( Á*(Ä„*d02)/4) /L ) mierzony na tym przewodniku ( jest izolowany elektrycznie od podÅ‚oża, a natężenie prÄ…du I = const ) jest proporcjonalny do wydÅ‚użenia przedmiotu. PoÅ‚Ä…czony szeregowo ze szczÄ™kÄ… górna maszyny siÅ‚omierz jest to ciÄ™gno z naklejonymi tensometrami. Spadki napiÄ™cia na tych tensometrach SA wprost proporcjonalne do siÅ‚y, stÄ…d po wymnożeniu ich przez współczynnik kalibracji (ustalony empirycznie przed badaniami) uzyskuje siÄ™ wartość siÅ‚y obciążajÄ…cej próbkÄ™. Ekstensometr jest to blaszka ze stali sprężynowej wygiÄ™ta w ksztaÅ‚cie litery . Swobodne koÅ„ce ekstensometru sÄ… zamocowane na próbce, na koÅ„cach ej dÅ‚ugoÅ›ci pomiarowej. Na ekstensometrze sÄ… naklejone odpowiednio poÅ‚Ä…czone tensometry oporowe. WydÅ‚użanie siÄ™ próbki powoduje rozchylanie siÄ™ blaszki, czemu towarzyszÄ… odpowiednie odksztaÅ‚cenia i naprężenia zginajÄ…ce, a w konsekwencji zmiana napiÄ™cia na tensometrach. Ta zmiana napiÄ™cia jest wprost proporcjonalna do wydÅ‚użenia próbki "L. Ekstensometr do badania wydÅ‚użenia próbki. 3. Wyniki badaÅ„: Wykres A Wykres B LU = 55,8 mm LU = 48,6 mm dU = 4,1 mm Ä…ð SU=Ä„*d02/4 = 13,19585 mm2 dU = 6,4 mm Ä…ð SU=Ä„*d02/4 = 32,1536 mm2 F "L Ä…ð à µ à = F/S0 µ = "L/L0 F/50.24 [mm2] "L/40 [mm2] 4. Wnioski: 4.1. Obserwacje próby: - wolny charakter przeprowadzonej próby potwierdza jej statyczny charakter - w wiÄ™kszoÅ›ci przypadków próbki stalowe pÄ™kajÄ… bliżej Å›rodka dÅ‚ugoÅ›ci pomiarowej próbki - w wiÄ™kszoÅ›ci przypadków próbki ze stopu aluminium pÄ™kajÄ… bliżej kraÅ„ców dÅ‚ugoÅ›ci pomiarowej próbki - charakterystyka przeÅ‚omu: ·ð kÄ…t przeÅ‚omu próbki stalowej jest bliski kontowi prostemu zawartemu pomiÄ™dzy dÅ‚ugoÅ›ciÄ… próbki, a jej Å›rednicÄ… ·ð przeÅ‚om próbki ze stopu aluminium jest nachylony pod kÄ…tem zbliżonym do 45Ú do pÅ‚aszczyzny 4.2. Wyznaczenie wydÅ‚użenia trwaÅ‚ego caÅ‚kowitego na podstawie pomiarów próbki po zerwaniu i na podstawie wykresu. Ap wartość wzglÄ™dnego wydÅ‚użenia plastycznego LU dÅ‚ugość odcinka pomiarowego po koÅ„cowym zerwaniu próbki w punkcie U Odczyt z wykresu: Wykres A Wykres B ApI = (15,75/40)*100% = 39,375% ApI = (8,36/40)*100% = 20,9% ApII = ((LU L0)/ L0)*100% Wykres A Wykres B ApII = ((55,8 - 40)/40)*100% = 39.5% ApII = ((48,6 - 40)/40)*100% = 21,5% BÅ‚Ä…d pomiarów: "% = (2*|AI - AII|/(AI + AII))*100% "% = (2*|39,375% - 39.5%|/(39,375 + "% = (2*|20,9% - 21,5%|/(20,9% + + 39.5%))*100% = 0,3169572% + 21,5%))*100% = 2,8301886% 4.3. Wyznaczenie przewężenia plastycznego. Z = ((S0 - SU)/S0)*100% Wykres A Wykres B S0 = Ä„*d02/4= 3,14*82/4 = 50,24 mm2 SU=Ä„*d02/4 = 13,19585 mm2 SU=Ä„*d02/4 = 32,1536 mm2 ZA = ((50,24 - 13,19585)/ 50,24)*100% = ZB = ((50,24 - 32,1536)/ 50,24)*100% = = 73,7343375% = 36% 4.4 Wnioski koÅ„cowe: Analiza tabel i porównanie wykresów wskazuje, że: ·ð Stal użyta w próbie statycznego rozciÄ…gania posiada lepsze wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci plastyczne od użytego stopu aluminium. ·ð Użyta stal posiada wyraznÄ… granicÄ™ plastycznoÅ›ci w przeciwieÅ„stwie do użytego stopu aluminium. ·ð Użyty stop aluminium posiada lepsze wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe. ·ð Użyty stop aluminium jest bardziej kruchym metalem od użytej stali. ·ð Pole przekroju przeÅ‚omu próbki wykonanej ze stopu aluminium jest wiÄ™ksze od pola przeÅ‚omu próbki wykonanej z użytej stali.