1. Wprowadzenie

Próbę rozciągania statycznego metali wykonujemy na maszynie nazywanej uniwersalną maszyną wytrzymałościową. Maszyna ta jest zaopatrzona w urządzenie do wskazywania siły rozciągającej i do rysowania wykresu rozciągania próbki.

Na rysunku przedstawiony jest przebieg próby wytrzymałościowej na rozciąganie stali niskowęglowej. Na osi rzędnych tego wykresu odkładane są obciążenia próbki, zaś na osi odciętych wydłużenie bezwzględne.

L - wydłużenie bezwzględne

F_H - obciążenie na granicy proporcjonalności

R _H- granica proporcjonalności

F_sp - obciążenie przy granicy sprężystości

R_sp - granica sprężystości

Fe - obciążenie przy granicy plastyczności

R_e - granica plastyczności

F_m - największa siła uzyskana w czasie próby

R_m - wytrzymałość na rozciąganie

F_u - siła obciążająca w chwili zerwania próbki

R_u - naprężenie rozrywające

Wykres rozciągania dla stali niskowęglowej

Na początku próby obserwuje się znaczny wzrost siły rozciągania przy małym wzroście długości. Odkształcenia te mają charakter sprężysty. Przy pewnych wartościach siły odkształcenie to pozostaje trwałe i materiał nie wróci do pierwotnego wymiaru. Dzieje się to wówczas, gdy zostanie przekroczona granica sprężystości, a w materiale powstają odkształcenia trwałe, czyli plastyczne.

Granicę plastyczności badanej próbki można obliczyć za pomocą wzoru:

,

gdzie: F_sp jest wartością siły natomiast S₀ jest przekrojem pierwotnym próbki. W praktyce oznaczenie tak małego odkształcenia jest trudne, toteż posługujemy się tzw. wyraźną granicą plastyczności obliczaną ze wzoru:

Po przekroczeniu granicy plastyczności wydłużenie próbki wzrasta wraz z jej obciążeniem aż do punktu F_m. W tym punkcie osiąga wartość największą i dalej maleje aż do zerwania próbki w F_u.

Wytrzymałością doraźną na rozciąganie nazywamy stosunek siły F_m do pierwotnego przekroju S₀ i obliczamy według wzoru:

Na podstawie próby rozciągania można również ustalić plastyczne właściwości metalu. Określamy je jako:

wydłużenie względne:

oraz

przewężenie względne:

2. Przebieg ćwiczenia:

Kolejność przeprowadzenia próby :

1. Sprawdzić działanie maszyny wytrzymałościowej przez włączenie i wyłączenie napędu dolnej głowicy uchwytowej. Sprawdzenie wykonać przy dużym przesuwie. Dolną głowicę ustawić w położeniu odpowiadającym długości próbki. Dźwignię sprzęgła przełączyć na napęd główny.

1. Przeprowadzić oględziny próbki przeznaczonej do badań. Na długości pomiarowej nie mogą znajdować się ślady obróbki mechanicznej, skaleczenia, ani inne wady zniekształcające wyniki badań.

2. Zmierzyć mikrometrem zamocowanym w podstawce przechylnej średnicę próbki z dokładnością do 0,01 mm; pomiarów należy dokonać w dwóch prostopadłych kierunkach w trzech miejscach próbki - na środku, początku i na końcu długości pomiarowej.

3. Obliczyć z dokładnością do 0,01 mm² pole przekroju poprzecznego próbki S₀.

4. Dokonać orientacyjnego obliczenia siły rozrywającej F_m badaną próbkę. Wytrzymałość na rozciąganie R_m przyjmujemy z tablic dla określonego materiału.

5. Wybrać zakres pomiarowy tak, aby siła działająca F_m zawierała się w granicach od 30% do 90% przyjętego zakresu pomiarowego.

6. Zgodnie z wybranym zakresem na dźwigni uchylnej umieścić odpowiednie obciążniki.

7. Zamocować próbkę w zaciskach głowic uchwytowych.

8. Liniał ustawić tak, aby jego punkt zerowy pokrywał się ze wskaźnikiem przymocowanym do dolnej głowicy uchwytowej.

9. Uruchomić napęd. Obciążenie próbki powinno narastać w sposób ciągły, aż do momentu jej zerwania.

10. Wyłączyć maszynę i odczytać z podziałki siłomierza wartość F_m.

11. Obliczyć granicę plastyczności R_e i wytrzymałości na rozciąganie R_m.

12. Zmierzyć długości L_u próbki po rozerwaniu.

13. Obliczyć wydłużenie względne próbki.

14. Wyznaczyć pole poprzecznego przekroju próbki S_u w miejscu rozerwania. W tym celu należy po rozerwaniu złożyć jak najściślej ze sobą dwie części próbki.

15. Obliczyć przewężenie.

16. Wyniki wpisać do tabeli pomiarów.

Wymiary próbek
Próbki	Próbka W	Próbka P
Grubość a	0,5	0,73	[mm]
Szerokość b	12,13	12,63	[mm]
Długość próbki L0	80	80	[mm]
Pole przekroju poprzecznego S0	6,065	9,2199	[mm^2]

S₀ = a ⋅ b [mm²]

Następnie mocujemy próbkę w zaciskach mechanizmu rozciągającego i obserwujemy zachowanie próbki podczas rozciągania i staramy się uchwycić moment przekroczenia granicy sprężystości. Spisujemy wartość siły F_H [N] na granicy sprężystości (skala C), czekamy na moment przekroczenia granicy wytrzymałości próbki na rozciąganie i spisujemy wartość siły F_M [N], następnie spisujemy wartość siły rozrywającej próbkę F_u [N].

3. Wyniki ćwiczenia:

Na początku próby obserwuje się znaczny wzrost siły rozciągania przy małym wzroście długości. Odkształcenia te mają charakter sprężysty, tzn. że po usunięciu siły powodującej wydłużenie próbka wróci do poprzednich wymiarów. Przy pewnych wartościach siły odkształcenia to pozostaje trwałe i materiał nie wróci do pierwotnego wymiaru. Dzieje się to wówczas gdy zostanie przekroczona granica sprężystości, a w materiale powstają odkształcenia trwałe czyli plastyczne.

	wartości sił		Jednostka
Próbka	Próbka W	Próbka P
Na granicy wytrzymałości - FM	3720	4100	[N]
Przy zerwaniu próbki - FU	3500	3700	[N]
Grubość próbki po zerwaniu	0,5	0,6	[mm]
Szerokość próbki po zerwaniu	10,5	9,2	[mm]
Długość próbki po zerwaniu	10	10,8	[mm]
Pole przekroju poprzecznego po próbie	5,25	5,52	[mm^2]

	Próbka W	Próbka Z
doraźna wytrzymałość próbki na rozciąganie
wydłużenie względne
przewężenie względne

5. Wnioski

W próbce pierwszej wytrzymałość na rozciąganie wyniosło

R_m=613,355
, wydłużenie względne wyniosło A=25%, a przewężenie względne wyniosło Z=13,44%.

W próbce drugiej wytrzymałość na rozciąganie wyniosło R_m=444,69
, wydłużenie względne wyniosło A=35%, a przewężenie względne wyniosło Z=40,13%.

Przy rozciąganiu próbka zwiększa swoją długość kosztem zmniejszenia przekroju.

Na początku próby obserwujemy znaczny wzrost siły rozciągającej przy małym wzroście długości. Odkształcenia te mają charakter sprężysty, to znaczy, że po usunięciu siły powodującej wydłużenie próbka wróci do poprzednich wymiarów. Przy wartościach siły odkształcenie to pozostaje trwałe i materiał nie wróci do pierwotnego wymiaru. Dzieje się to wówczas, gdy zostanie przekroczona granica sprężystości, a w materiale powstają odkształcenia trwałe, czyli plastyczne.

Na podstawie wyników próby rozciągania można ustalić nie tylko wytrzymałościowe własności materiału, lecz również i plastyczne.

---