Laboratorium Inżynieria Materiałowa	Temat ćwiczenia: Statyczna próba rozciągania metali
Semestr: II	Wykonał:	Data:	Ocena:

1.Cel ćwiczenia

Celem laboratorium jest zapoznanie się ze statyczną próbą rozciągania (własnościami mechanicznymi i plastycznymi) metali .

2.Wstęp teoretyczny

Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych. Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto - plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Próba ta polega na osiowym rozciąganiu próbek o ściśle określonym kształcie (zależnym od rodzaju badanego materiału) w specjalnych uchwytach dostosowanych do próbek.

Próbki do rozciągania pobiera się zwykle równolegle lub prostopadle do kierunku walcowania, a następnie obrabia się je mechanicznie, zachowując co najmniej 6 klasę chropowatości powierzchni pomiarowej. Rozróżnia się następujące rodzaje próbek dla stali i przerobionych plastycznie stopów metali nieżelaznych:

• Cylindryczne z główkami do uchwytów pierścieniowych;

• Cylindryczne do uchwytów w szczęki;

• Cylindryczne z główkami gwintowanymi;

• Płaskie, częściowo obrobione mechanicznie;

• Płaskie bez główek;

• Nie obrobione mechanicznie ( z prętów, kształtowników o małym przekroju, odlewów, itp.);

• Pierścieniowe ( w przypadku badania materiałów kotłowych i urządzeń ciepłowniczych);

• Z żeliwa.

Statyczną próbę rozciągania przeprowadza się w maszynach wytrzymałościowych zwanych zrywarkami. Znane są dwa typowe rozwiązania konstrukcyjne układów napędowych - śrubowy o wartości siły obciążającej do 10 T oraz hydrauliczny do 100 i więcej ton. Przystosowane do tych maszyn komory grzejne i chłodnicze umożliwiają prowadzenie badań w szerokim zakresie temperatur. W każdej z tych maszyn można wyróżnić zespoły:
- korpus maszyny i urządzenie mocujące próbkę,
- układ napędowy,
- urządzenie do pomiaru i rejestracji obciążeń i odkształceń.

Zadaniem układu napędowego jest wywołanie żądanego obciążenia i odkształcenia próbki z wymagana prędkością (od 4 do 1000 mm/min.) oraz zapewnienie utrzymania stałego obciążenia z dokładnością do jednej działki siłomierza w czasie co najmniej 30 sek. Układy te winny działać bez uderzeń i skoków oraz zabezpieczać równomierność statycznego obciążenia i odkształcenia.

Próbki do badań
Kształt i wymiary próbek zależą od kształtu i wymiarów wyrobów metalowych, których własności mają być określone. Próbkę zwykle wykonuje się z wyrobu lub półwyrobu przez obróbkę mechaniczną lub prasowanie czy też odlewanie. Wyroby o niezmiennym przekroju poprzecznym (profile, pręty, druty itp.) jak i odlane próbki (np. z żeliwa i metali nieżelaznych) mogą być badane bez obróbki mechanicznej. przekrój poprzeczny próbki powinien być okrągły, kwadratowy, prostokątny lub pierścieniowy, a w szczególnych wypadkach może mieć inny kształt. Próbki, dla których początkowa długość pomiarowa jest związana z początkową powierzchnią przekroju i obliczona na podstawie równania Lo=k
, określa jako proporcjonalne. Przyjęto, że międzynarodowa wartość k wynosi 5,65. Jeżeli początkowa długość pomiarowa przy współczynniku k= 5,65 jest mniejsza niż 20 mm, to należy zastosować większy współczynnik (zaleca się 11,3) lub próbki nieproporcjonalne. Stosując próbki nieproporcjonalne, ich początkową długość pomiarową (Lo) wybiera się niezależnie od początkowej powierzchni przekroju poprzecznego (So).

Próbki obrabiane mechanicznie
Jeżeli przekroje poprzeczne próbek obrobionych mechanicznie zmieniają się, powinny one mieć łagodne przejścia między długością roboczą a główkami. Wielkość promienia przejścia jest ważna, dlatego też zaleca się ustalenie go w warunkach wykonania próbki. Kształt próbek może być dowolny, odpowiednio przystosowany do uchwytów maszyny wytrzymałościowej. Długość robocza (Lc), a w próbkach rozciąganych bez strefy przejścia, długość pomiędzy uchwytami powinna być zawsze większa od początkowej długości pomiarowej (Lo).

Próbki nie obrobione mechanicznie
Jeżeli próbkę stanowi odcinek wyrobu nie obrobiony mechanicznie lub nie obrobiony odcinek w kształcie pręta, to długość próbki między uchwytami maszyny powinna być tak duża, aby wszystkie znaki pomiarowe mogły być naniesione w dostatecznie dużym odstępie od uchwytów. Próbki odlane powinny mieć łagodne przejście między główkami a długością roboczą. Wymiary tego przejścia są bardzo ważne. Zalecane jest, aby były one ustalone w normie wyrobu. Kształt główek próbki może być dowolny, odpowiednio przystosowany do uchwytów maszyny wytrzymałościowej. Długość robocza (Lc) powinna być zawsze większa od początkowej długości pomiarowej.

Typowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek powyżej. Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po osiągnięciu naprężenia Rsp, zwanego granicą sprężystości materiał przechodzi w stan plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy sprężystości, zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiału w stan plastyczny. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym Ru.
(Uwaga! Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje wykres naprężenia obliczanego przy uwzględnieniu pola wyjściowego próbki. )

3.Przebieg ćwiczenia

Przygotowaną próbkę zakłada się do uchwytów zrywarki i powoli obciąża, aż do zerwania, rejestrując jednocześnie na wykresie zależność F =f(L). Maszyna wytrzymałościowa, na której przeprowadza się próbę, powinna być przed próbą cechowana na celu stwierdzenia, czy spełnia wymagania stawiane przez normę PN-64/H-04313. Maszyna składa się z cylindra, do którego pod ciśnieniem wtłaczany jest olej (zarówno ciśnienie, jak i prędkość przepływu reguluje się nastawą pompy olejowej), który powoduje powstanie siły proporcjonalnej do iloczynu przekroju poprzecznego tłoka i ciśnienia. Siła ta przenoszona jest mechanicznie na ruchomą szczękę maszyny wytrzymałościowej, powodując rozciąganie zmocowanej między szczękami próbki. Cylinder maszyny wytrzymałościowej połączony jest z przewodem hydraulicznym z siłomierzem mechaniczno-hydraulicznym. Odczytu siły dokonuje się na skali.

W wyniku próby rozciągania otrzymuje się wykres w układzie F - wydłużenie ΔL. Przebieg tej zależności uwarunkowany jest rodzajem badanego materiału, jego stanem, geometrią próbki, szybkością rozciągania oraz temperaturą badania.

4.Wnioski

Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego. Na podstawie wyników pomiarów statyczną próbą rozciągania można określić podstawowe wielkości wytrzymałościowe materiału, jakimi są: Re, Rm, moduł Younga i współczynnik Poissona. Badanie to wykonuje się z potrzeby określenia wielkości charakteryzujących zachowanie się materiału poddawanego różnym rodzajom obciążenia, jak: rozciąganie co znacznie ułatwia dobór materiału do określonych zadań .

---