JestOK - Młodzieżowy Portal Internetowy

Statyczna próba rozciągania metali.

1) Główne cele przeprowadzenia próby:

Celem przeprowadzonego przez nas doświadczenia było zbadanie właściwości fizycznych metalowej próbki.

Ćwiczenie można podzielić na dwie części:

a) rozciąganie próbki w zakresie jej sprężystości,

b) rozerwanie badanej próbki.

Do przeprowadzenia obu części doświadczenia wykorzystaliśmy maszynę wytrzymałościową.

Pierwszą część wykonujemy w celu wyznaczenia modułu Young'a (określenie materiału z jakiego próbka została wykonana). W drugiej obliczymy następujące wartości:

- względne przewężenie (Z),

- względne wydłużenie próbki (A_p),

- względne wydłużenie równomierne próbki (A_r).

2) Schemat i opis stanowiska badawczego, dane techniczne maszyny wytrzymałościowej i zasada działania wykorzystanego ekstensometru:

Prasa mechaniczna (typu: ZDM 100) jest maszyną wytrzymałościową o napędzie mechanicznym. Jest ona zbudowana z górnej i dolnej podstawy oraz części ruchomej do której przymocowujemy badaną próbkę na odpowiedniej wysokości. W celu określenia wartości wydłużenia próbki przymocowujemy do niej ekstensometr Martensa ze zwierciadłem. Maszyna połączona została z pulpitem sterowniczym, gdzie odczytywaliśmy obciążenia. Na pulpicie tym umieszczony został także układ rejestracyjny.

Maszyna wytrzymałościowa ustawiona została na zakres 20000 dN. Prędkość obciążania badanej próbki: zgodna z normą PN - 91/H - 04310.

Odległość pryzmatu od łaty pomiarowej wynosi: a = 1826 mm.

Szerokość pryzmatu w użytym ekstensometrze: S = (4,4524 ± 0,0015) mm.

Podczas doświadczenia podwójne ostrze pryzmatu, do którego przymocowane jest zwierciadełko, znajduje się między ramką a badaną próbką. Gdy próbka nie wydłuża się w lunecie widoczna jest pozycja zerowa na łacie pomiarowej. Wydłużenie próbki powoduje zmianę położenia ekstensometru i co za tym idzie - zmianę wartości obserwowanej przy pomocy lunety.

Ekstensometr wskazuje nam wydłużenie badanej próbki przy znanym przełożeniu U.

Przełożenie to stosunek zmiany wskazania na skali przyrządu, do zmiany całkowitego wydłużenia.

gdzie:

U - przełożenie,

S - szerokość ostrza pryzmatu,

α - kąt o jaki obraca się zwierciadło przy zmianie długości badanej próbki,

a - odległość pryzmatu od łaty pomiarowej.

Dla bardzo małych kątów przyjmujemy: tg2α = 2α, sinα = α więc:

3) Rysunki próbek pomiarowych (typ próbki, kształt i wymiary):

Do prób wykorzystaliśmy dwie okrągłe próbki z główkami do zamocowania w szczękach.

Wymiary:

- długość części roboczej obu próbek: l₀ = 150 mm,

- długość główek obu próbek: M = 100 mm,

- średnica części roboczej próbki pierwszej: d₀ = 20 mm,

- średnica główek próbki pierwszej: D = 30 mm

- średnica części roboczej próbki drugiej: d₀ = 12 mm,

- średnica główek drugiej próbki: D = 20mm.

4) Protokół i wykres próby rozciągania:

F = F₂ - F₁ - przyrost siły,

δ = F / S₀ - naprężenie,

S₀ =  * r² - przekrój próbki przed doświadczeniem,

r = d₀ / 2 - promień próbki przed doświadczeniem,

i = O₂ - O₁ - różnica wartości odczytanych z ekstensometru,

Li = U * i - przyrost długości,

εi = Li / l₀ - wydłużenie względne próbki,

5) Wyznaczanie modułu Young'a dla próby z wykorzystaniem tensometru:

Ei = δ  i - moduł Young'a.

Wykres próby rozciągania:

- średnica części roboczej po zerwaniu d_r = 11,5 mm,

- średnica w przewężeniu d_u = 9 mm,

- długość części roboczej po zerwaniu l_u = 175 mm

F_e = (4800 ± 100) dN

F_m = (8000 ± 100) dN

F_u = (7800 ± 100) dN

Wyraźna granica plastyczności:

Wytrzymałość na rozciąganie:

Naprężenie rozrywające:

Na początku obserwowaliśmy wprost proporcjonalny wzrost długości próbki w stosunku do działającej siły. W tym zakresie wszelkie odkształcenia mają charakter odwracalny - ciało sprężynuje. Po przekroczeniu granicy sprężystości R_e próbka odkształca się trwałe. Następuje jej znaczne wydłużanie bez wyraźnego wzrostu działającej siły.

Następnie by spowodować wydłużanie się próbki potrzebny jest wzrost siły. W momencie osiągnięcia naprężenia maksymalnego R_m formuje się przewężenie, tzw. szyjka. Dalszy przyrost długości następuje wyłącznie w tym miejscu. W momencie osiągnięcia naprężenia R_u próbka ulega rozerwaniu.

6) Wyznaczanie modułu Young'a na podstawie wykresu:

Wartość współczynnika sprężystości wzdłużnej określa się jako tangens kąta nachylenia odcinka prostoliniowego krzywej rozciągania do dodatniej osi odkształcenia ε:

7) Analiza odkształceń próbki: względne przewężenie, względne wydłużenie i względne wydłużenie równomierne:

Względne przewężenie:

gdzie:

S₀ - przekrój próbki przed doświadczeniem,

S_u - przekrój próbki w miejscu rozerwania,

r₀ - promień próbki przed doświadczeniem,

r_u - promień próbki w miejscu rozerwania,

Względne wydłużenie:

gdzie:

l_u - długość części pomiarowej po rozerwaniu próbki,

l₀- długość części pomiarowej przed doświadczeniem,

Względne wydłużenie równomierne:

gdzie:

d₀ - średnica próbki przed doświadczeniem,

d_r - średnica próbki w połowie dłuższej części po rozerwaniu.

8) Krótka charakterystyka przełomu:

Po rozerwaniu próbki otrzymaliśmy przełom w kształcie szyjki o ostrych końcach. Powierzchnia złomu była średnioziarnista, prostopadła do osi próbki.

9) Analiza błędów dla wyliczonego modułu Young'a:

Średnia arytmetyczna:

Odchylenie standardowe:

Odchylenie standardowe średniej:

10) Wnioski:

Na podstawie uzyskanych przez nas wyników obliczeń modułu Young'a oraz przy porównaniu ich z tablicami wytrzymałościowymi wnioskujemy, że badana przez nas próbka wykonana została ze stali plastycznej.

Strona 1

luneta

pryzmat

łata pomiarowa

ramka ekstensometru

badana próbka

kolumny podtrzymujące

podstawa

część ruchoma ze szczęką

badana próbka

górna podstawa ze szczęką nieruchomą

---