1. Główne cele przeprowadzenia próby ściskania i próby udarności.

STATYCZNA PRÓBA ŚCISKANIA METALI

Celem ćwiczenia jest doświadczalne zbadanie właściwości wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych na ściskanie podczas tzw. próby statycznej.

Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje prób ściskania metali:

1. próbę zwykłą,

2. próbę ścisłą

Celem próby zwykłej jest:

• wyznaczenie wytrzymałości na ściskanie w przypadku gdy próba podczas testu ulega zniszczeniu (R
  )

• wyznaczenie wyraźnej granicy plastyczności ( R
  )

• wyznaczenie skrócenia względnego (a
  )

• określenie zależności naprężeń jako funkcji skróceń

Celem próby ścisłej jest:

• wyznaczenie współczynnika sprężystości podłużnej przy ściskaniu

• wyznaczenie umownej granicy sprężystości (
  )

• wyznaczenie granicy plastyczności

Podstawowe określenia

• umowna granica sprężystości
  jest to naprężenie, którego osiągnięcie powoduje trwałe skrócenie próbki o 0,01% początkowej długości pomiarowej. Definiuje się ją jako iloraz siły P
  koniecznej do wywołania wspomnianej wartości skrócenia przez pierwotne pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki S
  .

R
=

• umowna granica plastyczności R
  

jest to naprężenie ściskające wywołujące w próbce skrócenie trwałe równe 0,2% początkowej długości pomiarowej próbki i oblicza się je ze stosunku siły koniecznej do wywołania tego skrócenia P
do pierwotnego pola przekroju poprzecznego próbki S

R
=

• wyraźna granica plastyczności R
  jest to naprężenie, przy którym występuje skrócenie próbki bez zwiększenia siły obciążającej. Wyraża się je jako stosunek siły P
  odpowiadającej wyraźnej granicy plastyczności do pierwotnego przekroju poprzecznego próbki S
  

R

• wytrzymałość na ściskanie definiuje się jako naprężenie odpowiadające sile ściskającej powodującej zniszczenie próbki.

R

• skrócenie bezwzględne jest to różnica między pierwotną długością pomiarową próbki a długością zmierzoną po jej odkształceniu.

Δl = l

• skrócenie względne jest to stosunek skrócenia bezwzględnego do pierwotnej długości pomiarowej próbki.

• współczynnik sprężystości wzdłużnej przy ściskaniu

E =

Wymagania dotyczące próbek

Badania przeprowadza się na próbach o przekroju okrągłym. Średnica próbki zależy od wymiarów i kształtu materiału, z którego pobrano odcinki próbne oraz od największej siły ściskającej maszyny. PN zaleca stosowanie próbek o średnicy 10, 20, 30 mm i wysokości h
, przy czym

X= 1.5 - dla próbek krótkich przeznaczonych do próby zwykłej,

X= 3 - dla próbek długich przeznaczonych do próby ścisłej w przypadku nie oznaczenia współczynnika sprężystości

X= 10 - dla próbek przeznaczonych do wyznaczania współczynnika sprężystości podłużnej przy ściskaniu.

Próbki należy obrabiać mechanicznie zwracając uwagę aby powierzchnie czołowe były równoległe do siebie i jednocześnie prostopadłe do osi.

Urządzenia konieczne do wykonania próby ściskania

1. Maszyna wytrzymałościowa (prasy lub uniwersalne maszyny wytrzymałościowe)

2. Płyty naciskowe - powierzchnie płyt powinny być płaskie, polerowane oraz twardsze od badanych próbek. Jedna z płyt powinna być wyposażona w przegub kulisty.

RYSUNEK !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(w ołówku ??????????)

3.Przyrządy do pomiaru skróceń

• czujniki o dokładności wskazań do 0.01 mm ( pomiar skrócenia, umownej granicy plastyczności, wyznaczenie charakterystyki ściskania)

• ekstensometr lusterkowy Martensa lub ekstensometr Huggenberga (wyznaczenie granicy sprężystości i współczynnika sprężystości podłużnej przy ściskaniu)

Realizacja próby ściskania

1. Pomiar próbki

2. Montaż próbek pomiędzy płytami naciskowymi

3. Dobór prędkości ściskania

4. Wykonanie próby

5. Opracowanie wyników

Uwagi dodatkowe

1.Wpływ tarcia

W celu ograniczenia efektu tarcia stosuje się:

• ściskanie za pomocą stożkowych płyt o kącie nachylenia tworzacej do podstawy równym kątowi tarcia materiału o powierzchnię płyty

• ściskanie z zastosowaniem przekładek z folii ołowianej, polietylenowej lub teflonowej

• ściskanie próbek z płytkami wgłębianymi w powierzchniach czołowych.

2. Złomy próbek obserwowane w próbie ściskania

• Złom plastyczny - wywoływany jest przez naprężenie styczne w przekrojach nachylonych pod kątem 45° do kierunku naprężeń głównych

• Złom kruchy - spowodowany jest pojawieniem się obwodowych naprężeń rozciągających i stąd powierzchnia złomu jako prostopadła do tego naprężenia przebiega wzdłuż tworzących walca

RYSUNKI PRÓBEK!!!!!!!!!!!!!!!!!!

PRÓBA UDARNOŚCI METALI W TEMPERATURZE POKOJOWEJ

Udarność jest to odporność materiału na działanie obciążeń dynamicznych i wyraża się stosunkiem pracy zużytej na złamanie próbki do powierzchni jej przekroju poprzecznego w miejscu złamania.

Udarność uzależniona jest od:

• temperatury badań

• rodzaju materiału

• położenia próbki względem kierunku walcowania

• stopnia zgniotu.

Próba udarności pozwala wykryć wady strukturalne materiału powstałe wskutek nieprawidłowej obróbki cieplnej.

Rodzaje prób udarowych

• rozciąganie

• ściskanie

• skręcanie

• zgniatanie

W praktyce najczęściej stosuje się próbę na zginanie udarowe - w przypadku gdy wykonana jest na próbkach bez karbu, oraz próbę na udarność - w przypadku gdy wykonana jest na próbkach z karbem.

Cel próby udarności

Próbę udarności stosuje się w celu oceny zachowania się materiału w warunkach sprzyjających kruchemu pękaniu, stworzonych w próbce obecnością karbu i dużą szybkością odkształcenia wywołaną działaniem dynamicznym siły oraz działaniem temperatury.

Kruchym pęknięciem materiału nazywane jest takie pęknięcie, przy którym nie dostrzega się objawów odkształcenia materiału (zwężenia przekroju przy pęknięciu). Przełomem w próbie udarnościowej jest na ogół błyszczący, ziarnisty a nie matowy oraz włóknisty jak przy próbie rozciągania.

Rodzaje próbek stosowane w próbie udarności.

Zgodnie z PN zaleca się próbki o przekroju prostokątnym z karbem w kształcie litery „U” lub „V”.

Próbki typu Mesnager i ISO-Charpy „V” o szerokości 7.5 i 5 mm należy stosować tylko dla wyrobów, z których nie można wyciąć próbki o szerokości 10 mm oraz dla tych materiałów, które do złamania próbki wymagają energii powyżej 300J.

RYSYNKI PRÓBEK X3!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Wykonanie próbek

Próbki wykonuje się przy pomocy obróbki skrawaniem. Karb wykonuje się frezowaniem za pomocą freza zataczanego lub wiercenia i przecinania. Niedopuszczalne są na dnie karbu rysy wzdłużne pochodzące z procesu obróbki skrawaniem, które widoczne są gołym okiem.

Urządzenia konieczne do przeprowadzenia próby udarności

1. młot wahadłowy (typu Charpy, Amsler lub innych przeznaczonych do badań próbek podpartych swobodnie na obu końcach)

-maksymalna energia uderzenia młota 300 J. (PN zaleca również stosowanie 150, 100, 50, 10 lub 5 J).

• straty energii na skutek tarcia nie powinny przekraczać 0.5% największj energii uderzenia

• płaszczyzna ruchu wahadła młota powinna leżeć w płaszczyźnie pionowej przechodzącej w połowie odległości między przyporami

2. Podziałka młota - dokładność do 0.5% największej energii uderzenia

3. Wskazówka prowadzona - nie powinna opadać pod własnym ciężarem i nie przechodzić na skutek bezwładności poza położenie, do którego została wychylona przez wahadło młota.

4. Zapadka wahadła młota

RYSYNEK WAHADŁA!!!!!!!!!!!!!!!!

Realizacja próby

1. Sprawdzenie temperatury w pomieszczeniu laboratoryjnym

2. Pomiar próbki

3. Sprawdzenie młota (położenie osi noża względem przypór, straty energii przy jednym pełnym wahnieniu wahadła bez próbki, odległość między przyporami łożyska próbki)

4. Ułożenie próbki (płaszczyzna symetrii karbu próbki powinna leżeć w płaszczyźnie pionowej przechodzącej w połowie odległości między przyporami, uderzenie młota powinno następować w płaszczyźnie symetrii karbu próbki od strony przeciwnej względem karbu).

5. Uruchomienie młota

6. Odczytanie wyników

Przy ruchu wahadła bez próbki wahadło z położenia 0 osiągnie położenie 1. Jeżeli w położeniu równowagi młota jest umieszczona próbka udarnościowa, to młot spadając musi wykonać pracę na zniszczenie tej próbki i po jej złamaniu wzniesie się tylko do położenia 2.

Energia zużyta na złamanie próbki równa się różnicy zasobów energii potencjalnej w położeniu 1 i 2.

ΔE = E

G - ciężar młota

E
- energia potencjalna młota na wysokości h

E
- energia potencjalna młota na wysokości h

h
- wysokość podniesienia młota swobodnego, puszczonego z wysokości h

h
- wysokość podniesienia puszczonego z wysokości h
po złamaniu próbki

7. Obliczenie udarności KC

Miarą udarności jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą jednorazowego uderzenia do przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu.

KC =

ΔE - praca uderzeniowa

S
- powierzchnia początkowa przekroju w miejscu karbu

Ocena poprawności wykonania próby

Próbę należy unieważnić gdy:

1. przełom od strony bocznej powierzchni próbki przedstawia linię łamaną lub wykazuje pęknięcie hartownicze

2. próbka nie została złamana i przeszła przez podpory - należy to napisać i orientacyjnie wynik podać w protokole w nawiasie

3. próbka nie została złamana z powodu dużej udarności materiału i zbyt małej początkowej energii uderzenia młota.

2. Schemat i opis stanowisk badawczych

---