AKADEMIA BYDGOSKA

Im. Kazimierza Wielkiego

W BYDGOSZCZY

Instytut techniki

Sprawozdanie z ćwiczenia

Próba statyczna rozciągania

Wykonanie: Mariusz Rut

Łukasz Dzięcioł

II WT/C

Bydgoszcz 2003

1. Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z aparaturą stosowaną w próbie rozciągania oraz wykonanie próby statycznej rozciągania metali, której celem jest wyznaczenie następujących wartości:

• wytrzymałość na rozciąganie (R_m),

• wydłużenia względnego (A),

• przewężenia względnego (Z).

2. Teoria.

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.

Wykres rozciągania dla stali niskowęglowej

L - wydłużenie bezwzględne, F_H - obciążenie na granicy wytrzymałości, R_H - granice proporcjonalności, F_sp - obciążenie przy granicy sprężystości, R_sp - granica sprężystości, F_e - 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.

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 przy której następuje odkształcenie plastyczne, natomiast S₀ jest przekrojem pierwotnym próbki. Wyraźną granicą plastyczności obliczaną ze wzoru:

Jeśli na wykresie nie ma wyraźnej granicy plastyczności, wyznaczamy na tym wykresie umowną granicę plastyczności odkładając na osi odciętych odkształcenie trwałe równe 0,2% równolegle do prostej Hooke`a.

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

3. Wykonanie ćwiczenia.

Do zbadania wydłużenia względnego (A) oraz przewężenia względnego (Z) posłużyła próbka płaska z główkami.

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.

4.Obliczenia i wyniki.

Wyniki badania próbki z mosiądzu

Wymiary próbki przed dokonaniem próby:

Grubość	a0= 5 mm
Szerokość	b0= 19,9 mm
Długość	l0= 79 mm
Przekrój pierwotny	s0= 99,5 mm^2
Największa uzyskana siła	Fm= 45000 N

Wymiary próbki po dokonaniem próby:

Grubość	au= 4 mm
Szerokość	bu= 16,4 mm
Długość	lu= 95,5 mm
Przekrój końcowy	su= 65,6 mm^2

Obliczenia:

Wytrzymałość na rozciąganie obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wydłużenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Przewężenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wyniki badania próbki z miedzi

Wymiary próbki przed dokonaniem próby:

Grubość	a0= 3 mm
Szerokość	b0= 15 mm
Długość	l0= 58 mm
Przekrój pierwotny	s0= 45 mm^2
Największa uzyskana siła	Fm= 12500 N

Wymiary próbki po dokonaniem próby:

Grubość	au= 2,4 mm
Szerokość	bu= 11,9 mm
Długość	lu= 65 mm
Przekrój końcowy	su= 28,56 mm^2

Obliczenia:

Wytrzymałość na rozciąganie obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wydłużenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Przewężenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wyniki badania próbki z aluminium

Wymiary próbki przed dokonaniem próby:

Grubość	a0= 2,58 mm
Szerokość	b0= 14,8 mm
Długość	l0= 57,6 mm
Przekrój pierwotny	s0= 38,184 mm^2
Największa uzyskana siła	Fm= 8500 N

Wymiary próbki po dokonaniem próby:

Grubość	au= 2,24 mm
Szerokość	bu= 12,3 mm
Długość	lu= 63,4 mm
Przekrój końcowy	su= 27,552mm^2

Obliczenia:

Wytrzymałość na rozciąganie obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wydłużenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Przewężenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wyniki badania próbki z drewna

Wymiary próbki przed dokonaniem próby:

Grubość	a0= 19,5 mm
Szerokość	b0= 4,17 mm
Długość	l0= 151 mm
Przekrój pierwotny	s0= 81,315 mm^2
Największa uzyskana siła	Fm= 6600 N

Wymiary próbki po dokonaniem próby:

Grubość	au= 19,5 mm
Szerokość	bu= 4,17 mm
Długość	lu= 156,5 mm
Przekrój końcowy	su= 81,315 mm^2

Obliczenia:

Wytrzymałość na rozciąganie obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Wydłużenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

Przewężenie względne obliczono według wzoru:

,

gdzie po podstawieniu otrzymujemy następującą wartość:

5. Analiza wyników i wnioski.

W próbce z mosiądzu wytrzymałość na rozciąganie wyniosło R_m= 452,3
, wydłużenie względne wyniosło A=20,9%, a przewężenie względne wyniosło Z=34,1%.

W miedzianej próbce wytrzymałość na rozciąganie wyniosło R_m=277,7
, wydłużenie względne wyniosło A=12,1%, a przewężenie względne wyniosło Z=36,5%.Przy rozciąganiu próbka zwiększa swoją długość kosztem zmniejszenia przekroju.

W próbce z aluminium wytrzymałość na rozciąganie wyniosło R_m=222,61
, wydłużenie względne wyniosło A=10,1%, a przewężenie względne wyniosło Z=27,8%.

W drewnianej próbce wytrzymałość na rozciąganie wyniosło R_m=81,166
, wydłużenie względne wyniosło A=3,6%, a przewężenie względne wyniosło Z=0%.

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.

W badaniu drewnianej próbki nie można zauważyć granicy plastyczności, a siła przy której nastąpiło zerwanie próbki jest równa największej sile uzyskanej w czasie próby.

Przy metalach kolorowych granica plastyczności (płynięcie materiału) jest wyraźnie zauważalna, a siła przy której nastąpiło zerwanie jest mniejsza od największej siły uzyskanej w czasie próby.

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

---