LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW	Imię i nazwisko: Tomasz Ogiński
		Nr ćwiczenia: 1.	Data wykonania: 27.09.99		Data zaliczenia:
Temat ćwiczenia: Statyczna próba rozciągania.	Ocena za sprawozdanie:		Ocena z kolokwium:

1. Wstęp teoretyczny.

Statyczna próba rozciągania jest podstawową wytrzymałościową próbą statyczną mającą szerokie zastosowanie podczas przemysłowego badania materiałów. Próbka do badań na rozciąganie ma zazwyczaj postać pręta okrągłego o określonych normami ( PN-91/H-04310 ) rozmiarach. Próbę tą nazywa się statyczną, chociaż obciążenie wolno narasta z określoną prędkością. Zakłada się jednak, że odpowiadające określonym naprężeniom odkształcenia pojawiają się natychmiast po zadziałaniu obciążenia, tzn. że istnieje w każdej chwili równowaga w stanie naprężenia i odkształcenia. Przy próbie tej istnieje możliwość uzyskania prawie jednoosiowego i jednorodnego stanu naprężenia w rozciąganej próbce oraz można wyznaczyć mechaniczne własności materiałów. Własności mechaniczne oznaczają się takimi cechami jak: sprężystość, plastyczność, lepkość i wytrzymałość.

Sprężystość jest to zdolność ciała do powrotu do pierwotnych wymiarów i kształtów po usunięciu przyczyn powodujących odkształcenie.

Plastyczność jest to zdolność ciała do całkowicie nieodwracalnego odkształcenia.

Lepkość jest to cecha przejawiająca się w postaci sił oporu przeciw ruchom wewnętrznym ciała, wykazującym wewnętrzne zróżnicowanie prędkości.

Wytrzymałość określa wartość obciążenia konieczną do pokonania sił spójności występujących pomiędzy poszczególnymi atomami ciała..

Wyniki badania próbek na rozciąganie uzyskuje się w postaci wykresów zależności siły rozciągającej od wydłużenia próbki. Charakter otrzymanego wykresu zależy od rodzaju badanego materiału. Ogólnie badane materiały możemy podzielić na plastyczne i kruche. Materiałami plastycznymi nazywamy te, które przy rozciąganiu wykazują znaczne odkształcenia trwałe, a z kolei kruchymi takie które przy rozciąganiu nie wykazują znacznych odkształceń trwałych, choć ten podział jest umowny.

F_m F_m

δ

F_e(gór)

F_e(dol)

F_sp F_e

F_H

Wydłużenie ΔL Wydłużenie ΔL Dla materiałów plastycznych Dla materiałów kruchych

Siła FH odpowiadająca granicy proporcjonalności, jest to graniczna wartość siły, do której dochodzi proporcjonalność zgodnie z prawem Hooke'a:

E=σ /ε gdzie:

E jest to moduł sprężystości wzdłużnej (Younga);

(naprężenie) δ = F/S₀, S₀ - przekrój początkowy;

ε (wydłużenie względne) ΔL / L₀; ΔL - przyrost wydłużenia; L₀ - długość początkowa próbki.

Granicę proporcjonalności wyliczamy jako stosunek: RH = FH / S₀ [MPa]

Granicą sprężystości nazywamy maksymalne naprężenie poniżej którego materiał odkształca się wyłącznie sprężyście i nie wykazuje odkształcenia plastycznego.

Umowną granicą sprężystości nazywamy naprężenie przy którym odkształcenie trwałe wynosi 0,01% początkowej długości.

Granicę plastyczności oblicza się ze następującego stosunku: Re = Fe /S₀ [MPa].

Umowną granica plastyczności definiujemy jako naprężenie konieczne do wywołania odkształcenia trwałego o wielkości 0,2% L₀.

Wytrzymałość na rozciąganie określamy ze wzoru: Rm = Fm/S₀ [MPa] gdzie Fm - siła maksymalna

Oprócz własności wytrzymałościowych z próby rozciągania można wyznaczyć własności plastyczne takie jak wydłużenie i przewężenie.

Wydłużenie określamy parametrem: Ap = [(Lu-L₀)/ L0]*100% gdzie Lu- jest to długość pomiarowa po zerwaniu próbki.

Natomiast miarą przewężenia Z jest względna redukcja przekroju w miejscu zerwania i wyraża się wzorem: Z = [(S₀-Su)/S₀]*100% gdzie S₀ jest to pole przekroju w miejscu zerwania.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się ze statyczną próbą rozciągania, sprawdzeniem podstawowych parametrów mechanicznych dwóch znormalizowanych próbek (siły zrywające, naprężenia zrywające, granice plastyczności itd. )

Dobór parametrów i wyniki pomiarów:

Podstawowym parametrem tej próby jest jej prędkość, która musi być na tyle mała by ograniczyć wpływ temperatury rozciąganego materiału na wynik końcowy.

Szybkość wydłużenia względnego w zakresie odkształceń trwałych mieści się w granicach

2,5*10^-4 do 2,5*10^-3 [1/s]

Próbka nr 1.

Obliczanie optymalnej prędkości rozciągania:

V_d=2,5*10^-4*80=0,02 [mm/s] V_g=2,5*10^-3*80=0,2 [mm/s]

Przyjmuje V=0,1 [mm/s]

Zerwanie próbki nastąpiło bez wcześniejszego powstania szyjki z lekkim trzaśnięciem.

Próbka nr 2.

Obliczanie optymalnej prędkości rozciągania:

V_d=2,5*10^-4*80=0,00375 [mm/s] V_g=2,5*10^-3*80=0,0375 [mm/s]

Przyjmuje V=0,03 [mm/s].

Parametry próbek:

Materiał	Szerokość [mm]	Grubość [mm]	L0 [mm]	Lu [mm]
40H	12	1,2	80	83
40	16	4,3	15	22

Wartości obciążeń uzyskanych w czasie próby:

Materiał	Max siła [kN]	Max na-prężenie [MPa]	Siła dla wydł 0.2% [kN]	Napręż dla wydł 0.2% [MPa]	Siła przy zerwaniu [kN]	Napręż przy zerw. [MPa]	Siła dla nachyl. 0 [kN]	Napręż dla nachyl 0 [MPa]
40H	16,68	1159	15,74	1093	12,94	898,6	16,59	1153
40	39,54	574,9	19,90	289,4	34,46	501,0	28,68	417

Materiał	Rm [MPa]	R0.2 [MPa]	A [%]
40H	1159	1093	3,75
40	574,9	289,4	51,72

Szybkość rozciągania dla:

1. 40H: 0,1 m/s

2. 40: 0,03 m/s

3. Wnioski.

Wykonana przez nas próba Rozciągania obarczona jest pewnym błędem wynikłym z niedokładności pomiarów (naciągnięcie łańcucha, zlikwidowanie wszystkich luzów w maszynie rozciągającej). W celu wyeliminowania tych niedokładności można użyć tensometru, który pozwoli nam wziąć pod uwagę faktyczny obszar występowania wydłużenia na samej próbce. Nasza próba nastąpiła bez użycia tensometru.

Przy rozciąganiu próbki 1 ze stali 40 H nie występowało przewężenie , zerwanie próbki nastąpiło z lekkim trzaśnięciem . Jest to typowe dla twardych stali (wysokowęglowych) . Na wykresie dla tej próbki nie obserwujemy wyraźnej granicy plastyczności oraz to, że próbka wykazuje słabe cechy plastyczne. Natomiast dla próbki 2 z miękkiej stali przed zerwaniem pojawiło się przewężenie , obserwowaliśmy powstawanie szyjki. Tuż przed zerwaniem próbki pojawiło się lekkie pęknięcie. Próbka ta wycinana była na laserze dlatego też boki uległy zahartowaniu, co jest główną przyczyną braku wyraźnej granicy plastyczności. Na wykresie dla tej próbki wyraźnie widać momenty gdy puszczały miejsca zahartowane.

Z wykresu widać również, że siła potrzebna do zerwania próbki ze stali miękkiej jest większa 34,46[KN]- próbka 1 ; 12,94[KN]- próbka 2. Natomiast naprężenia występujące w chwili zerwania odwrotnie -większe dla stali twardej 898.6 [MPa]; 501.0 [MPa] dla stali miękkiej.

Siła F

Siła F

---