Kamil Nowosad gr. B8X6S1 18.03.2009

Wytrzymałość materiałów

Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego nr 1

Temat: Statyczna próba rozciągania stali

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie następujących wielkości mechanicznych:

• wyraźnej granicy plastyczności R_e (dla materiałów plastycznych),

• wytrzymałości na rozciąganie R_m,

• naprężenia rzeczywistego w chwili rozerwania R_u,

• wydłużenia względnego A_p,

• wydłużenia równomiernego względnego A_r,

• przewężenia względnego Z.

1.Wstęp teoretyczny

Próba statycznego rozciągania umożliwia wyznaczenie plastyczności i wytrzymałości badanego materiału. Wyniki tej próby są podstawą do wyznaczenia naprężeń dopusz­czalnych, używanych jako odniesienie do obliczeń wytrzymałościowych. Badanie polega na osiowym rozciąganiu znormalizowanych próbek w maszynach wytrzymałościowych (zrywarkach). Próba ta dla stali została szczegółowo opisana w normie PN-EN 100002-1:2004.

Próbki przygotowujemy zgodnie z wymogami przedstawionymi w odpowiedniej normie. Próbki z blach powinny być tak wycinane, by ich rozciąganie zachodziło w kierunku zgodnym z kierunkiem walcowania lub prostopadłym do niego ( wycina się je sposobem mechanicznym). Ostateczną obróbkę wykonuje się za pomocą skrawania lub szlifowania dzieląc próbkę na część pomiarową oraz części służące do mocowania w uchwytach maszyny wytrzymałościowej. Przykład próbki okrągłej, stosowanej w badaniu:

.

Średnica próbki d₀=10mm (+- 0,075mm). L₀-długość pomiarowa 5x lub 10x większa od średnicy d₀. Próbki tego typu stosuje się do badania materiałów plastycznych, ponie­waż wykonanie ich z twardych stali powoduje wyślizgiwanie się ze szczęk maszyny badawczej. Stosuje się wówczas próbki z gwintem lub z kołnierzem mocowane w pierścieniach z kulistymi powierzchniami, osadzonymi w kulistych gniazdach. Mocowanie takie jest korzystniejsze niż w szczękach, ponieważ minimalizuje moż­liwość powstania momentów gnących w rozciąganej próbce. Dlatego też próbki z takimi główkami stosuje się w badaniach rozjemczych i badaniach materiałów kruchych. Dla próbek o przekroju innym od kołowego do wyznaczenia długości pomiarowej L₀ korzysta się ze wzoru na średnicę zastępczą d_z:

gdzie S₀-pole przekroju poprzecznego próbki

Wtedy .

Próbki cienkie o grubości do 3 mm wykonuje się jako nieproporcjonalne o dłu­gości pomiarowej L₀ = 50 lub 80 mm, a o średnicy mniejszej niż 4 mm - L₀ = 100 lub 200 mm. Stosunek szerokości główek do szerokości próbki a na długości pomiarowej powinien być w przybliżeniu równy stosunkowi R_m/R_e. Zapewnia to pracę główek w zakresie sprężystym. Długość główek ustala się w zależności od wymiarów szczęk maszyny wytrzymałościowej. Na próbkach przed przeprowadzeniem próby, zaznacza się granice długości pomiarowej L₀ oraz działki w odstępach 5 mm lub 10 mm. Odstępy te umożliwiają późniejsze obliczenie wydłużenia w przypadku niesymetrycznego pęknięcia próbki.

Badanie wykonujemy na maszynie wytrzymałościowej składającej się z następujących zes­połów:

1. mechanizmu napędowego, którego celem jest wywołanie żądanej siły i odkształcenia próbki z określoną prędkością;

2. urządzenia do pomiaru siły;

3. układu uchwytów do mocowania różnych typów próbek;

4. urządzenia rejestrującego zależność odkształcenia próbki od obciążenia;

5. obudowy o dostatecznie sztywnej konstrukcji.

2.Przebieg ćwiczenia

1. pomiar średnicy części pomiarowej próbki,

2. pobór krotności k próbki i ustalenie długości pomiarowej,

3. ocechowanie próbki poprzez naniesienie kresek co 10mm,

4. wykonanie próby rozciągania wraz z odczytem wartości sił F_e (siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności)_, F_m (największa siła uzyskana w czasie próby)_, F_u (siła działająca na próbkę w chwili zerwania),

5. pomiar ze zniszczonej próbki wielkości d_u (średnica próbki w miejscu zerwania), d_r (średnica próbki po rozerwaniu, mierzona w połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem długości pomiarowej na dłuższej części próbki), L_u (długość pomiarowa po zerwaniu),

6. powtórzenie próby,

7. zestawienie wyników w tabeli pomiarowej,

3. Wyniki pomiarów

Próbka nr1 – stop aluminium PA6 (baza pomiarowa L₀=140mm, średnica techniczna Ø 14mm – dokładnie d₀=13,73mm).

Materiał kruchy(nisko-plastyczny) – brak wyraźnej granicy plastyczności; Największa siła uzyskana w czasie próby F_m=73kN; Siła działająca na próbkę w chwili zerwania F_u=69kN, Długość pomiarowa po zerwaniu L_u=168mm; Średnica próbki w miejscu zerwania d_u=11 ,92mm; Średnica próbki po rozerwaniu mierzona w połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem długości pomiarowej na dłuższej części próbki d_r=12,68mm

S₀-pole pierwotnego przekroju poprzecznego próbki:

R_m-wytrzymałość na rozciąganie:

S_u-pole przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania:

R_u-naprężenie rozrywające:

A_p-względne wydłużenie próbki proporcjonalnej po zerwaniu:

A_r-względne wydłużenie równomierne próbki okrągłej:

Z-względne przewężenie próbki:

Próbka nr2 - pręt miedziany (baza pomiarowa L₀=160mm, średnica d₀=14,83mm)

F_m=50kN; F_u=24kN; d_u=7,15mm; d_r=14,75mm; L_u=175mm.

Próbka nr3 – stop aluminium PA2 (L₀=120mm, d₀=11,76mm)

F_e=4,6kN; F_m=17,2kN; F_u=8,2kN; d_u=3,77mm; d_r=11,64mm; L_u=133mm

Podsumowując:

Rozciąganie Metali
Nr próbki
1
2
3

4. Wnioski

Na otrzymane wyniki wpływ miały szybkość rozciągania, sposób zamocowania próbki, występowanie karbu, wymiary próbki i rodzaj maszyny wytrzymałościowej. Miedź charakteryzuje się dużą plastycznością i ciągliwością przez co źle obrabia się na obrabiarkach. Jej umocnienie może zostać dokonane jedynie przez obróbkę plastyczną na zimno (zgniot). Stopy aluminium charakteryzują się dużą plastycznością, podatnością na obróbkę, korzystnym stosunkiem wytrzymałości do masy. Wyższą wytrzymałość na obciążenia wykazuje aluminium PA6, PA2 z kolei jest bardziej plastyczne. Stopy miedzi i aluminium znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie.