Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Data wykonania ćwiczenia: 18.03.2015

Rok akademicki: 2014/2015

Studia: stacjonarne/inżynier/dzienne

Semestr: 4

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

LABOLATORIUM OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Próba statyczna rozciągania blach.

1. Wstęp Teoretyczny:

Wyraźna granica plastyczności Re:

Wyraźna granica plastyczności jest to naprężenie, po którego osiągnięciu następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku obciążenia; granica ta określona jest wzorem:

R_e= ^Fe

So

gdzie: Fe – siła obciążająca, odpowiadająca granicy plastyczności [N] So – pole powierzchni początkowego próbki [mm²]

Rozróżniamy: górną, dolną oraz umowną granicę plastyczności.

Umowna granica plastyczności R0,2:

Umowna granica plastyczności jest to naprężenie, które wywołuje trwałe wydłużenie próbki równe 0,2% jej początkowej długości pomiarowej. Określona jest wzorem:

_{R =} ^F0,2 ^0,2 S_o

gdzie: F0,2 – siła obciążająca, odpowiadająca umownej granicy plastyczności [N] So – pole powierzchni początkowego próbki [mm²]

Parametr ten charakteryzuje m.in. stale wysokowęglowe, stopowe i materiały kruche które nie posiadają wyraźnej granicy plastyczności, stosowane są dwie metody wyznaczania R0,2 metoda odciążania oraz obciążania.

Wytrzymałość na rozciąganie Rm:

Wytrzymałość na rozciąganie jest to naprężenie odpowiadające największej sile uzyskanej w czasie próby rozciągania, odniesionej do przekroju początkowego próbki. Określona wzorem:

R_m= ^Fm

S_o

gdzie:

Fe – największa siła obciążająca uzyskana w czasie próby rozciągania, odczytana na siłomierzu maszyny wytrzymałościowej [N]

So – pole powierzchni początkowego próbki [mm²]

Wydłużenie równoległe Ar:

Wydłużenie równomierne jest niezależne od długości pomiarowej próbki i mierzone z wyłączeniem wpływu wydłużenia w pobliżu miejsca zerwania (szyjki próbki), wyrażone w procentach.

-dla próbek okrągłych w przybliżeniu:

_{Ar =}⁽do²⁻₂dr²⁾_{⋅100 %} d_r

gdzie: do – pierwotna średnica próbki; dr – średnica próbki po zerwaniu mierzona w ½ odległości między miejscem rozerwania a końcem długości pomiarowej na dłuższej części próbki.

2. Cel Ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest określenie właściwości wytrzymałościowych i plastycznych blachy, a więc cech określających przydatność badanej blachy do tłoczenia.
3. Przebieg ćwiczenia:

Do wykonania ćwiczenia użyto się uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej o zakresie 4x10 [kN], oraz próbek płaskich z główkami o wydłużeniu do 15% rozciągane równolegle do osi.
- Zastosowano cztery próbki: próbka nr 1: aluminium, próbka nr2: miedź, próbka nr3: mosiądz, próbka nr4: stal. Próbki były walcowane na zimno za wyjątkiem próbki nr 4 (stal), która była walcowana na gorąco.
-Umieszczono próbkę miedzy szczękami zaciskowymi maszyny, do której został podłączony laptop z wgranym programem służącym do obserwacji wykresów rozciągania danych próbek. Następnie w danym programie skalibrowane zostały dane początkowe.
- Przed wykonaniem próby zmierzono parametry każdej próbki takie jak długości, przekrój wartości P oraz Lo a także oznaczenie miejsca pomiarowego po zerwaniu.
- Podczas wykonanej próby w programie powstaje wykres, charakterystyki rozciągania każdej z poddanych doświadczeniu blach.
- Po zerwaniu danej próbki zmierzyć jej długość a także dokonać potrzebnych obliczeń.

4. Rodzaje próbek oraz szkic próbki:
- Próbka nr 1 – Aluminium, walcowana na zimno, wymiary: 15x3=45mm, Lo=38mm, Po=46mm.
- Próbka nr 2 – Miedź, walcowana na zimno, wymiary 15x3=45mm, Lo=38mm, Po – próbka zerwała się poza zakresem zaznaczonym.
- Próbka nr 3 – Mosiądz, walcowana na zimno, wymiary 16x3=48mm, Lo=39mm, Po=46mm,
- Próbka nr 4 – Stal, walcowana na gorąco, wymiary 15x3=45mm, Lo=38mm, Po=54mm.



5. Charakterystyki:
Na załączonych kartkach

6. Wyniki:
a) Miedź – Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 312 MPa, Wydłużenie 11,2 % (4,5mm)
b) Mosiądz – Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 514 MPa, Wydłużenie -- %
c) Stal – Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 482 MPa, Wydłużenie 53,4% (21,3 mm)
d) Aluminium – Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 250 MPa, Wydłużenie -- %.

Największa wytrzymałość na rozciąganie – Mosiądz.
Porównanie wyników we wnioskach*

7. Wnioski:
- Podczas ćwiczenia wykorzystano uniwersalną maszynę wytrzymałościową o zakresie 4x10 [kN].
- Przy pomiarze próbki nr 2 nie wyznaczono wymiaru próbki po rozciągnięciu, ponieważ próbka zerwała się poza zakresem pomiarowym. W takim przypadku należy użyć kilku próbek, próbę należy powtórzyć kilkakrotnie.
- Próbka wykonana ze stali była pokryta ciemną powłoką. Oznacza to, że próbka była walcowana na gorąco przez co powstała zgorzelina (zendra), a dokładniej jest to efekt korozji gazowej, warstwa tlenków metali powstająca na powierzchni nagrzanych przedmiotów metalowych w wyniku ich styczności z powietrzem. Występuje zazwyczaj w postaci powłoki lub łusek, w naszym przypadku była to właśnie ciemna powłoka.
- Przeprowadzenie próby statycznej rozciągania blach służy do celów badania wytrzymałości danego materiału, tak aby konstruktor projektujący dany komponent, element, wiedział, jaka jest granica plastyczności danego materiału, a co za tym idzie był w stanie dobrać odpowiednie grubości blachy oraz siły które, na dany element działają. Rozciąganie blach występuje w różnych maszynach podczas złożonych ruchów, często w zmiennych warunkach, raz przy wysokiej temperaturze, a raz w niskiej. Dzięki walcowaniu jesteśmy w stanie również nadać kilka dodatkowych cech danemu materiałowi. Przemysł rozwija się z dnia na dzień, a przez to rośnie popyt na coraz to nowsze bardziej wytrzymałe lub dostosowane do danego procesu materiały dlatego badania wytrzymałościowe takie jak statyczna próba rozciągania blach lub badania na ściskanie czy ścinanie są przez cały czas wykorzystywane. Największą wytrzymałością na rozciąganie cechuje się mosiądz (Rm = 514 MPa), natomiast najmniejszą aluminium (Rm = 250MPa). Między mosiądzem a stalą różnica nie jest tak wyraźna jak przy pozostałych materiałach zatem możemy stwierdzić, że te dwa materiały cechują się dobrą wytrzymałością na rozciąganie i mogą być wykorzystane w celu produkcji elementów podatnych na większe tego typu obciążenia. Wydłużenie w przypadku stali jest prawie 4x większe od wydłużenie miedzi. Stal zatem jest materiałem bardziej plastycznym od miedzi. Wydłużenie w tym przypadku Stal 21,3 mm (53,4%) do 4,5 mm (11,2%) w przypadku miedzi. Biorąc także pod uwagę, że wytrzymałość na rozciągnie stali wynosi 482 MPa a miedzi 312 MPa możemy wywnioskować, że stal jest lepszym materiałem konstrukcyjnym, gdyż po przekroczeniu wartości granicznej dla wytrzymałości na rozciąganie, element konstrukcyjny wykonany z danego materiału nie zerwie się tak szybko jak przy mniejszym wydłużeniu, dając cenny czas na reakcję zapobiegającą uszkodzeniom/szkodom.