Grupa O

Środa TN 9.15-11.00

Dr inż. Artur Lange

Statyczna próba ściskania i udarności metali

1. Statyczna próba ściskania

Pierwszą częścią ćwiczenia jest statyczna próba ściskania. W tej próbie użyliśmy próbki z żeliwa stopowego, mosiądzu, stali i aluminium, które umieszczaliśmy pomiędzy płyty dociskowe maszyny wytrzymałościowej. Wymiary próbki powinny spełniać równanie h0=x*d0 gdzie x=1,5 dla zwykłej próby ściskania. Próbka mosiężna pękła krucho na skutek ściskania, więc możemy dla niej wyznaczyć wartość skrócenia względnego, rozszerzenia względnego przekroju oraz wytrzymałość na ściskanie. Próbka z żeliwa stopowego wbrew oczekiwaniom nie pękła krucho dlatego nie możemy dla niej wyznaczyć odpowiednich wielkości. To samo stało się z próbką aluminiową. Dla próbki stalowej po przeprowadzeniu próby ściskania jesteśmy w stanie wyznaczyć wyraźną granicę plastyczności.

Zakres pracy maszyny: 0-100kN

a) Próbka mosiężna:

Rodzaj próbki	Przed pęknięciem	Po pęknięciu	Pc[kN]	A0[mm^2]
	d0[mm]	L0[mm]	d1 [mm]	L1 [mm]
Mosiądz	9,4	16,1	10,8	12,4

Skrócenie względne próbki wyznaczamy ze wzoru:

$$A_{c} = \frac{\left( L_{0} - L_{1} \right)}{L_{0}}*100\%$$

$$A_{c} = \frac{\left( 16,1 - 12,4 \right)}{16,1}*100\% = 22,9\%$$

Rozszerzenie względne przekroju wyznaczamy ze wzoru:

$$q = \left( \frac{\left( d_{1}^{2} - d_{0}^{2} \right)}{d_{0}^{2}} \right)*100\%$$

$$q = \left( \frac{\left( 116,64 - 88,36 \right)}{88,36} \right)*100\% = 32\%$$

Wytrzymałość na ściskanie wyznaczamy ze wzoru:

$$R_{c} = \frac{P_{c}}{A_{0}}$$

$$R_{c} = \frac{50100}{64,4} \approx 770\text{MPa}$$

Próbka	Ac	q	Rc
Mosiądz	22,9%	32%	770 MPa

b) Próbka stalowa

Rodzaj próbki	Przed pęknięciem	Po pęknięciu	Ppic [kN]	A0[mm^2]
	d0[mm]	L0[mm]	d1 [mm]	L1 [mm]
Stal	9,48	14,28

Wyraźną granicę plastyczności wyznaczamy ze wzoru:

$$R_{\text{pic}} = \frac{P_{\text{pic}}}{A_{0}}$$

$$R_{\text{pic}} = \frac{28400}{70,5} \approx 400\text{MPa}$$

c) Próbka żeliwna

Rodzaj próbki	Przed pęknięciem	Po pęknięciu	Pc[kN]	A0[mm^2]
	d0[mm]	L0[mm]	d1 [mm]	L1 [mm]
Żeliwo	9,6	14,6	11,1	13,24

Skrócenie względne próbki wyznaczamy ze wzoru:

$$A_{c} = \frac{\left( L_{0} - L_{1} \right)}{L_{0}}*100\%$$

$$A_{c} = \frac{\left( 14,6 - 11,1 \right)}{14,6}*100\% = 23,9\%$$

Rozszerzenie względne przekroju wyznaczamy ze wzoru:

$$q = \left( \frac{\left( d_{1}^{2} - d_{0}^{2} \right)}{d_{0}^{2}} \right)*100\%$$

$$q = \left( \frac{\left( 123,21 - 92,16 \right)}{92,16} \right)*100\% = 33,6\%$$

Wytrzymałość na ściskanie wyznaczamy ze wzoru:

$$R_{c} = \frac{P_{c}}{A_{0}}$$

$$R_{c} = \frac{56500}{72,3} \approx 780\text{MPa}$$

Próbka	Ac	q	Rc
Żeliwo	23,9%	33,6%	780MPa

2. Próba udarności

Drugą część ćwiczenia stanowiła próba udarności. Udarnością nazywamy odporność materiału na uderzenia. Próbę przeprowadziliśmy za pomocą młota Charpy’ego, którego praca początkowa wynosi 100J. Do przeprowadzenia próby mieliśmy dwie próbki z karbem V: pierwsza ze stali wyżarzonej, a druga ze stali hartowanej.

Próbka ze stali hartowanej pękła przy pracy łamania równej 15J i jej udarność wynosi 18,85 [J/cm²].

Próbka ze stali wyżarzonej nie pękła po uderzeniu w nią młotem, tak więc można stwierdzić, że praca łamania próbki jest większa niż 100J, a udarność jest większa niż 107,64 [J/cm²]

Próbka	l [mm]	b [mm]	h [mm]	hk [mm]	S0 [cm^2]	K [J]
Stal hartowana	60,47	9,95	9,7	8	0,796	15J
Stal wyżarzona	59,66	10,1	10,3	9,2	0,929	>100J

Wyznaczenie wartości KCV100 dla próbek:

$$KC = \frac{K}{S_{0}}$$

Stal hartowana:

$$KCV100\mathrm{/1,7/9,95} = \frac{15}{0,796} = 18\lbrack\frac{J}{\text{cm}^{2}}\rbrack$$

Stal wyżarzona (w tym przypadku próbka nie pękła):

$$KCV100\mathrm{/1,7/9,95} > \frac{100}{0,929} = 107\lbrack\frac{J}{\text{cm}^{2}}\rbrack$$

3. Wnioski

Statyczna próba ściskania dostarcza nam przede wszystkim informacje o materiale, dotyczącego jego wytrzymałości na siły ściskające. Pozwala nam to przewidzieć, jakiemu maksymalnemu ciśnieniu możemy poddać dany materiał. W wyniku naszych badań dowiedzieliśmy się iż najbardziej wytrzymałą na ściskanie próbką był żeliwo, następnie mosiądz i na końcu stal. Uzyskały one kolejno wytrzymałości 780MPa, 770MPa i 400MPa. Celem badań udarności jest z kolei zbadanie, jakim krótkotrwałym obciążeniom możemy poddawać materiał. Stal hartowana została zniszczona już przy 15 J użytej energii, co oznacza wytrzymałość $18\lbrack\frac{J}{\text{cm}^{2}}\rbrack$. Wytrzymałość stali wyżarzonej wynosi więcej, niż $107\lbrack\frac{J}{\text{cm}^{2}}\rbrack$.