WYDZIAŁ: METALE NIEŻELAZNE	IMIĘ I NAZWISKO: Mateusz Skawski	PODPIS:	ROK: III
TEMAT ĆWICZENIA: STSTYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA
DATA WYKONANIA ĆWICZENIA: 21.10.2014r.	DATA ODDANIA SPRAWOZDANIA: 05.11.2014r.	OCENA:	GRUPA LABORATORYJNA: II

1. Wstęp Teoretyczny

Statyczna próba rozciągania jest jedną z podstawowych metod badań właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych. Na podstawie wyników zarejestrowanych podczas próby można wyznaczyć szereg parametrów opisujących charakterystykę badanego materiału: wytrzymałość na rozciąganie, wyraźną granice plastyczności, umowną granice plastyczności, wartość naprężenia rozrywającego, wydłużenie względne, przewężenie względne, a także stałe materiałowe w postaci modułu Younga oraz współczynnika Poissona. Znajomość tych parametrów jest niezbędna konstruktorom na etapie projektowania obiektów mechanicznych, optymalizacji ich kształtu, wymiarów i masy. Również współczesne komputerowe systemy obliczeniowe pozwalające na prowadzenie symulacji różnego typy układów mechanicznych, czy procesów, np. biomechanicznych, wymagają danych opisujących parametry mechaniczne materiałów biorących udział w analizowanym procesie.

Omawiana próba polega na powolnym rozciąganiu z zadaną stałą prędkością odpowiednio przygotowanej próbki płaskiej lub okrągłej (takich właśnie próbek używaliśmy na zajęciach). Zasady przygotowania próbek, przeprowadzania badania oraz opracowanie wyników są precyzyjnie opisane w PN-EN 10002-1:2004. Najczęściej stosowanymi próbkami są próbki o przekroju kołowym bądź prostokątnym, o krotności równej 5 lub 10, co oznacza że długość odcinka pomiarowego L₀ jest równa odpowiednio: pięciu lub dziesięciu średnicom próbki. Na próbkach przed rozpoczęciem testu zaznacza się granice odcinka pomiarowego L₀ oraz działki w odstępach 5mm lub 10mm. Odstępy te umożliwiają późniejsze obliczenie wydłużenia w przypadku niesymetrycznego pęknięcia próbki. Kreski podziałowe powinny być wykonane w kierunku prostopadłym do osi próbki, w sposób niepowodujący uszkodzenia powierzchni pomiarowej badanej próbki.

Rozciąganie próbek przeprowadza się w maszynach wytrzymałościowych zaopatrzonych w odpowiednie szczęki pozwalające na odpowiednie zamocowanie badanej próbki, dynamometr pozwalający na pomiar siły F działającej na próbkę oraz czujnik przemieszczenia rejestrujący wydłużenie ΔL względem długości początkowej próbki. Zamiast wydłużenia można rejestrować bezpośrednio odkształcenia przyjętego odcinka pomiarowego. W takim przypadku konieczne jest zastosowanie w układzie pomiarowym odpowiedniego ekstensometru. Maszyna wytrzymałościowa współpracuje z kontrolerem, który steruje przebiegiem próby oraz dokonuje akwizycji danych pomiarowych.

2. Cel ćwiczenia

• Zapoznanie się ze sposobem przeprowadzania statycznej próby rozciągania.

• Praktyczne przeprowadzenie próby rozciągania na próbkach wskazanych przez prowadzącego.

• Wyznaczenie na podstawie statycznej próby rozciągania wielkości wytrzymałościowych i plastycznych materiału.

3. Opis przebiegu ćwiczenia

Próbę rozciągania przeprowadzaliśmy na 4 próbkach o przekroju prostokątnym. Próbę przeprowadzaliśmy na specjalnej maszynie wytrzymałościowej służącej do rozciągania próbek. Do maszyny podłączony był komputer aby sprawnie rejestrować dane oraz aby pokazać wykresy rozciągania (które znacznie różniły się dla próbek z różnego materiału). W maszynie zamontowane były odpowiednie szczęki (zaciski) które miały za zadanie trzymać górny i dolny koniec próbki. Pomiar rozpoczęto od podania pomiarów konkretnej próbki, aby maszyna mogła zmniejszyć lub zwiększyć odległość pomiędzy dolnymi i górnymi zaciskami. Następnie należało zamocować próbkę w maszynie. Najpierw należało zamocować górną część próbki, a potem starannie i z wyczuciem szczęki dokręcono specjalnym kluczem. Ważną rzeczą było aby próbka była ułożona równolegle do wektora działania siły (czy też naprężenia). Następnie rozpoczęto pomiar kliknięciem myszy. Dopiero wtedy komputer powiadomił o tym że należy zakręcić dolne szczęki. Zaciski starannie dokręcono kluczem i pomiar się rozpoczął. Na ekranie monitora można było obserwować powstawanie wykresów rozciągania dla poszczególnych próbek. Pomiar trwał kilkanaście sekund (czas był inny dla różnych próbek), aż do momentu gdy próbka uległa przerwaniu. Na ekranie monitora można było odczytać dane wytrzymałościowe i plastyczne dla badanych materiałów.

4. Obliczenia i wykresy dla poszczególnych próbek

I. Pierwszy pomiar

Z wykresu odczytujemy i wyznaczamy:

$$R_{m} = 381,48\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

A=2,9%

II. Drugi pomiar

Z wykresu odczytujemy i wyznaczamy:

$$R_{m} = 381,48\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

A= 5,9%

III. Trzeci pomiar

Z wykresu odczytujemy i wyznaczamy:

$$R_{m} = 216,342\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

A=0,4%

IV. Czwarty pomiar

Z wykresu odczytujemy i wyznaczamy:

$$R_{m} = 319,635\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

A = 4, 8%

5. Wykres zbiorczy i tabela

Nr Próbki	Rn	R0,2	A
I
II
III
IV

6. Analiza i Wnioski

Tak więc dzięki próbie rozciągania można się wiele dowiedzieć na temat danego materiału. Przeanalizujmy nasze wyniki. Jak widać z podanych materiałów najbardziej plastyczną jest próbka numer 2. Widać na jej wykresie wyraźną granice plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie – co świadczy o plastyczności.
Próbka 1 wykazała plastyczność, nie tak dużą próbka 2, wykazała też najwyższą wytrzymałość na rozciąganie spośród badanych próbek. Próbka numer 3 ma kształt wykresu zbliżony bardziej do materiału kruchego niż plastycznego. Próbka 1 i 4 przez pewien okres czasu jest w stanie plastycznego płynięcia, ale próbka 4 bardziej.

Tak więc dzięki próbie rozciągania można w konkretny sposób stwierdzić o plastyczności materiału. Podczas budowy mostów, wiaduktów, wieżowców i różnego rodzaju budynków ważnym jest dobranie odpowiedniego materiału adekwatnie do zastosowań (czasem musi być on bardziej plastyczny, a czasami wytrzymalszy). Wiele z tych potrzebnych wielkości pozwala nam wyznaczyć właśnie próba rozciągania.

7. Literatura

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA, Mechanika i wytrzymałość materiałów – instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych, oprac. dr inż. Jarosław Filipiak – skrypt