Wydział Mechaniczny Technologiczny

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

Sprawozdanie

Temat:

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Magdalena Myśliwiec, Martyna Melska, Błażej Major, Mateusz Soja

Kierunek Studiów: Inżynieria Materiałowa, semestr V

Przedmiot: Inżynieria wytwarzania i łączenia materiałów inżynierskich (z elementami inżynierii stomatologicznej)

Prowadzący: Dr inż. Adam Zarychta, dr inż. Wojciech Borek

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z statyczną próbą rozciągania oraz budową i działaniem maszyny wytrzymałościowej. Podczas ćwiczenia można zaobserwować zachowanie materiału podczas rozciągania oraz określić własności wytrzymałościowe i plastyczne badanego materiału.

1. Wstęp teoretyczny

Jednym z podstawowych badań statycznych tworzyw metalicznych jest statyczna próba rozciągania. Na jej podstawie można wyznaczyć kilka cech wytrzymałościowych i plastycznych. Na podstawie statycznej próby rozciągania można określić poniższe cechy mechaniczne tworzyw metalicznych:

• Wytrzymałość na rozciąganie

• Granica plastyczności – rzeczywista i umowna

• Granica sprężystości

• Wydłużenie i przewężenie, cechujące plastyczność materiału.

Próba ta polega na powolnym, jednoosiowym rozciąganiu próbki aż do jej zerwania, wymuszając stałą prędkość przyrostu długości. Otrzymana podczas próby zależność obciążenie – wydłużenie, umożliwia określenie poszczególnych wskaźników, a zatem prezentuje przebieg umocnienia tworzywa metalicznego [1].

Próbę rozciągania przeprowadza się na maszynach zwanych zrywarkami. Próbki do rozciągania posiadaj część pomiarową o stałym przekroju i są zakończone główkami o zwiększonych wymiarach.

Wyniki tej samej próby uzyskane na próbkach różnych materiałów powinny pozwolić na poznanie własności materiałów, a nie odzwierciedlać przypadkowy wpływ warunków doświadczenia. Warunki zapewniające ten stan nazywają się prawami podobieństwa prób mechanicznych. Wymagane jest zachowanie trzech rodzajów podobieństw

a) geometrycznego (kształt i wymiary próbek);

b) mechanicznego (warunki obciążenia);

c) fizycznego (zewnętrzne warunki fizyczne).

W celu zachowania podobieństwa geometrycznego, kształty i wymiary wszystkich próbek stosowanych do rozciągania zostały znormalizowane. Podaje je norma PN-91/H-04310. Najczęściej stosuję się próbki o przekroju kołowym oraz prostokątnym (tzw. próbki płaskie). Miejsce i kierunek pobierania odcinków próbnych, z których wykonuje się próbki, określa norma. Główki próbek powinny być dostosowane do szczęk i uchwytów

Zachowanie się badanego materiału w czasie próby rozciągania najlepiej obrazuje wykres rozciągania, przedstawiający zależności między obciążeniem i odpowiadającym mu przyrostem długości próbki F-∆l. Wykres taki jest w czasie próby samoczynnie kreślony przez zrywarkę [2].

Parametry fizyczne próbek przed i po wykonaniu próby [2]:

• Średnica początkowa próbki (d0 [mm]) - średnica próbki na jej długości roboczej mierzona przed rozerwaniem.

• Średnica końcowa próbki (du [mm]) - średnica najmniejszego przekroju próbki w miejscu rozerwania.

• Długość pomiarowa początkowa (L0[mm]) – długość odcinka na roboczej części próbki na której określa się wydłużenie.

• Długość próbki (Lt [mm]) - całkowita długość próbki.

• Długość pomiarowa końcowa (Lu [mm]) – długość pomiarowa próbki po rozerwaniu.

• Powierzchnia przekroju początkowego próbki (S0 [mm2]) - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki na długości pomiarowej mierzona przed rozerwaniem.

• Powierzchnia przekroju końcowego (Su [mm2]) - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania.

• Bezwzględne wydłużenie próbki po rozerwaniu (∆L [mm]):

• Względne wydłużenie próbki proporcjonalnej po rozerwaniu (Ap [%])

• Względne wydłużenie równomierne próbki okrągłej (Ar [%]):

• Względne przewężenie próbki ( Z[%])

• względne przewężenie próbki okrągłej:

• względne przewężenie próbki płaskiej:

• Siła rozciągająca(F [N]) - siła działająca na próbkę w określonej chwili badania.

• Naprężenie rozciągające (R[MPa])- naprężenie wyrażone stosunkiem siły F do przekroju początkowego próbki S0.

• Umowna granica sprężystości (R0.05[MPa]) - naprężenie odpowiadające działaniu siły rozciągającej, wywołującej w próbce umowne wydłużenie trwałe x, wynoszące 0.05% długości pomiarowej L0:

• Umowna granica plastyczności R0.2[MPa]) - naprężenie odpowiadające działaniu siły

rozciągającej, wywołującej w próbce umowne wydłużenie trwałe x, wynoszące 0.2% długości pomiarowej L0:

• Siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności (Fe [N]) - siła, przy której występuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki; dla określonych materiałów rozróżnia się siłę FeH, odpowiadającą górnej granicy plastyczności oraz siłę FeL, odpowiadającą dolnej granicy plastyczności.

• Wyraźna granica plastyczności (R e[MPa]- naprężenia odpowiadające działaniu siły Fe:

Rozróżnia się górną granicę plastyczności ReH, w której naprężenie odpowiada pierwsze-

mu szczytowi obciążenia zarejestrowanemu przy badaniu materiału oraz dolną granicę plastyczności ReL, odpowiadającą najmniejszej wielkości naprężenia przy wyraźnym wzroście wydłużenia;

• Największa siła (Fm [N]) - największa siła rozciągająca działająca na próbkę.

• Wytrzymałość na rozciąganie (Rm [MPa]) – naprężenie odpowiadaające działaniu siły Fm

• Siła rozerwania (Fu [N]) - siła rozciągająca w chwili rozerwania próbki.

• Naprężenie rozrywające (Ru [MPa]) - naprężenie odpowiadające działaniu siły Fu:

1. Stanowisko pomiarowe

Do przeprowadzania próby rozciągania stosuje się maszyny wytrzymałościowe różnej konstrukcji. Najczęściej są one budowane jako maszyny uniwersalne umożliwiające przeprowadzenie nie tylko próby rozciągania, ale także zginania, ściskania i niektórych prób technologicznych. Każda maszyna wytrzymałościowa składa się z następujących zasadniczych 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.

Wśród stosowanych mechanizmów napędowych najczęściej spotyka się napęd mechaniczny i hydrauliczny. Próbki mocuje się w uchwytach, których zadaniem jest uniemożliwienie wysunięcia się próbki oraz zapewnienie osiowego obciążenia. Próbka musi mieć możliwość ustawienia się w kierunku siły rozciągającej. W zależności od rodzaju próbek rozróżnia się uchwyty szczękowe i pierścieniowe. Szczęki prowadzone klinowo zaciskają się na główkach próbki zwiększając nacisk w miarę wzrostu siły rozciągającej i nie pozwalają na wysunięcie się próbki [2].

Próbę wykonano na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej ZWICK Z020 wraz z zestawem oprzyrządowania do próby ściskania i trójpunktowego zginania w temperaturze pokojowej oraz ekstensometrem video do pomiaru wydłużenia próbek VideoXtense; Maszyna służy do wykonywania:

• statycznej próby rozciągania;

• statycznej próby ściskania;

• statycznej próby trójpunktowego ściskania.

Rys. 1. Schemat maszyny wytrzymałościowej używanej do próby rozciągania: 1 – korpus maszyny, 2 – śruba, 3 – nastawnik, 4 – korba, 5 – uchwyt szczękowy, 6 – przyciski sterownicze, 7 – badana próbka, 8 – uchwyt szczękowy, 9 – układ dźwigniowy, 10 – tarcza siłomierza, 11 – rejestrator, 12 – wymienny obciążnik, 13 – listwa pomiarowa.

Specyfikacja maszyny ZWICK Z020

Rys. 2. Maszyna ZWICK Z020

1. Przebieg ćwiczenia

2. Wnioski

3. Literatura

[1] Marciniak Jan, Ćwiczenia laboratoryjne z materiałoznawstwa, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej

[2] http://dydaktyka.polsl.pl/kwmimkm/WM_lab_rozc.pdf

[3] http://home.agh.edu.pl/~jakubjac/cwlabwm.htm