1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego.

Celem ćwiczenia jest zbadanie zdolności do odkształceń plastycznych materiałów używanych w postaci takich wyrobów jak: blachy, rury, płaskowniki, druty, itp.

W zakres ćwiczenia wchodzi przeprowadzenie technologicznej próby przeginania drutu, próba skręcenia drutów i próba tłoczności metodą Erichsena.

Do prób technologicznych należą m. in.:

1. Technologiczna próba zginania:

Próbę tę można przeprowadzać na zimno jak i na gorąco. Materiał pobiera się z półwyrobów walcowanych, lanych jak i kutych, dla sprawdzenia zdolności materiału do odkształceń plastycznych przy zginaniu.

2. Próba przeginania drutu i walcówki:

Próbę tę stosuje się do drutu i walcówki o średnicy lub grubości 0,5 mm. O podatności próbki na odkształcenia plastyczne należy wnioskować z liczby przegięć o a wadach z przełomu materiału.

3. Próba skręcania drutu:

Próba ta polega na skręcaniu drutów o średnicy lub grubości 0,2 mm i większej. Celem tej próby jest ustalenie podatności próbki na plastyczne odkształcenia przy skręcaniu jednokierunkowym, błędów obróbki plastycznej, wyraźnej niejednorodności materiałów.

4. Próba tłoczności metodą Erichsena:

Próbę tę stosuje się do tego, aby określić, czy tłoczność badanego materiału odpowiada wymaganiom odpowiadającym z jego przeznaczenia, grubości oraz rodzaju i stanu materiału.

Próba udarności ma na celu kontrolę obróbki cieplnej i stwierdzenie skłonności tworzywa do kruchości na zimno, na gorąco itp. Zagadnienie to jest bardzo ważne i bardzo niebezpieczne, z tego względu, że zachodzi nagle i może być przyczyną bardzo poważnych awarii. Czynnikiem sprzyjającym kruchemu pękaniu jest duża szybkość odkształcenia - w tych warunkach dyslokacje nie nadążają się przemieszczać. W skutek tego udział odkształcenia plastycznego zmniejsza się.

Skłonność do kruchego pękania uwidacznia się w sposób spotęgowany w warunkach obciążenia dynamicznego. Udarność jest miarą odporności metali i stopów na pękanie przy uderzeniach dynamicznych. Wielkość ta jest definiowana jako stosunek pracy K potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki pod wpływem uderzenia do jej przekroju poprzecznego w miejscu złamania.

Ważnym elementem podczas badań udarności jest kształt próbki (rysunek poniżej)

a w szczególności karb. Zadaniem karbu jest umiejscowienie przełomu i stworzenie warunków do wywołania kruchego pękania nawet w materiałach ciągliwych. Oprócz kształtu próbki na wynik badania ma wpływ temperatura badania. Jej wpływ jest szczególnie zauważalny w metalach o sieci A2 i A3. W przypadku stali spadek nie następuje w sposób łagodny, lecz nagle w wąskim zakresie temperatury. Zjawisko to jest określane jako „przejściowa temperatura kruchości”.

Istotnym elementem badań udarności materiałów jest obserwacja przełomów. Na podstawie ich wyglądu można wyciągnąć wiele wniosków dotyczących jakości materiału, a zwłaszcza o wielkości ziarna i charakterze pękania. Przełom kruchy jest transkrystaliczny i cechuje się płaskimi powierzchniami z szeregiem uskoków. Przełom ciągliwy jest zaś bardzo rozwinięty i miedzy krystaliczny.

2. Opis stanowiska badawczego.

Podczas ćwiczenia używaliśmy następujących urządzeń:

a) dla próby przeginania drutu:

Przyrząd do przeginania drutu i walcówki

b) dla próby skręcania drutu:

Przyrząd do skręcania drutu i walcówki

c) dla próby tłoczności metodą Erichsena:

A - tłocznik,

B - matryca

C - dociskacz

d) dla próby udarności

Młot Charpiego 2 jest zamocowany wahliwie na podstawie 1. na osi obrotowej połączonej sztywno z wahadłem, znajduje się wskazówka 5, która może się obracać wokół osi. Po zamocowaniu wahadła w górnym początkowym położeniu, przy wychyleniu młota o kącie α wskazówkę 5 powinno dosunąć się do ogranicznika 3. Po zwolnieniu zaczepu młot opada na próbkę 6, po czym wychyla się o kąt β. W przypadku, gdy podziałka 4 jest wyskalowana w niutonometrach możemy z niej odczytać wartość pracy zużytej na zniszczenie próbki.

3. Przebieg i realizacja ćwiczenia.

a) próba przeginania drutu:

Przygotowaną wcześniej próbkę umocowaliśmy w przyrządzie. Następnie poddaliśmy ją mechanicznemu przeginaniu, aż do momentu jej zniszczenia.

2. próba skręcania drutu:

Przygotowany materiał umieściliśmy w przyrządzie. Następnie poddaliśmy go skręcaniu w jednym kierunku, aż do momentu jego zniszczenia.

3. próba tłoczności metodą Erichsena

Badany materiał umieściliśmy w aparacie, następnie dociskaliśmy dociskacz aż do chwili kiedy pojawiły się pierwsze oznaki zniszczenia. Wysokość wgłębienia odczytaliśmy na podziałce przy pokrętle.

4. Przedstawienie i analiza wyników.

Wyniki prób technologicznych jakie uzyskaliśmy:

Rodzaj próby technologicznej	Materiał	Średnica lub grubość próbki [mm]	Miara jakości próbki
Przeginanie	drut spawalniczy	d = 1,25	liczba przegięć = 24
Skręcanie	drut spawalniczy	d = 2,8	liczba skręceń = 2
				d = 1,25	liczba skręceń = 2
		Tłoczność	blacha	g = 0,4	h1 = 6,7; h2 = 8,15
				g = 0,4	h1 = 2,55; h2 = 4,15
				g = 0,2 (blacha transformatorowa)	h = 4,30

5. Analiza i wnioski.

Po przeprowadzeniu ćwiczenia doszliśmy do następujących wniosków:

- podczas próby przeginania zauważyliśmy, że nasz drut w miejscu zginania był trochę cieplejszy od reszty części drutu ale różnica temperatur była tak mała, że nie miała znaczenia na właściwości materiału i przeprowadzaną przez nas próbę technologiczną,

- uzyskaliśmy 24 pełnych cykli przegięcia co świadczy o dobrej wytrzymałości zmęczeniowej i lepszej plastyczności (spinacz biurowy dla porównania wytrzymuje ok. 13 cykli),

- podczas próby skręcania zauważyliśmy, że liczba skręceń jest zależna od materiału, z którego jest wykonany drut a nie aż tak od jego średnicy,

- podczas próby tłoczności metodą Erichsena widać, że na wysokość wgłębienia ma wpływ nie tylko grubość blachy ale i również struktura materiału z jakiego została ona wykonana i wady w materiale (np. zanieczyszczenia, które dostały się podczas przetopu w czasie produkcji, korozja itp.),

- jak się okazało blacha transformatorowa używana do budowy transformatorów okazała się mało odporna na tłoczenie, podczas próby dało się słyszeć trzask charakterystyczny dla materiałów kruchych - jest więc mało plastyczna.

Oceniając ogólnie wszystkie rodzaje prób technologicznych można powiedzieć, że nie dają one nam informacji o wielkości sił potrzebnych do wykonania zadanego celu. Próby te informują nas jednak o zachowaniu się materiału w czasie przeprowadzania konkretnej próby i jego przydatności do konkretnego rodzaju obróbki.

---