Temat: Próba twardości

1. Cel próby

Celem próby jest badanie twardości metali, czyli oporu jaki stawia materiał przy wciskaniu weń innego materiału. Do badania tego stosujemy metodę Poldiego, Brinella, Rockwella lub Vickersa. Znajomość twardości metali i ich stopów ma znaczenie nie tylko w kwalifikowaniu ich na części maszyn i urządzeń technicznych, lecz również w procesach technologicznych, a więc w odlewnictwie, obróbce plastycznej, obróbce skrawaniem, obróbce cieplnej.

2. Opis aparatury i sposób przeprowadzania prób

2.2. Metoda Brinella

Próba polega na wciskaniu siłą F twardej stalowej kulki o określonej średnicy D w wygładzoną powierzchnię badanego metalu w określonym czasie.

Rys. 2. Zasada pomiaru twardości metodą Brinella

Po obciążeniu mierzy się średnicę d odcisku powstałego na badanej próbce. Twardość Brinella HB jest ilorazem siły obciążającej przez powierzchnię kulistą odcisku:

gdzie: HB - Twardość według Brinella, Scz - powierzchnia czaszy kulistej, F - siła nacisku.

Obliczając S_cz, otrzymamy:

.

Do badania stosuje się twarde kulki stalowe o średnicy D=10; 5 i 2,5 mm. Wielkość siły obciążającej dobiera się ze wzoru:

,

w którym n jest współczynnikiem przyjmującym wartości 30; 10; 5 lub 2,5, zależnie od materiału (30 dla stopów żelaza, 10 dla stopów miedzi i aluminium, 5 dla miedzi i aluminium, 2,5 dla stopów łożyskowych).

Stosowane wartości siły obciążającej F w zależności od średnicy kulki D i współczynnika n podano w tabeli 1. Należy pamiętać, że porównywalne są wyniki pomiarów wykonane przy użyciu kulek o różnych średnicach, ale przy stałej wartości współczynnika n. Kulkę należy obciążać równomiernie siłą nie przekraczającą siły nominalnej w ciągu około 10 s. Czas działania obciążenia nominalnego powinien wynosić od 10 do 15 s dla stali i żeliwa o HB>981, 30 s dla metali i stopów o twardości 314≤HB≤981, 60 s dla metali i stopów o twardości HB<314.

Tabela 1. Wartości obciążenia, średnicy kulki i współczynnika n

Średnica	Współczynnik n
kulki D [mm]	30	10	5	2,5
	Siła obciążająca F [N]
10 5 2,5	29421 7355,25 1838,8	9807 2451,75 612,94	4903,5 1225,87 306,47	2451,75 612,94 153,23

Pomiaru średnicy odcisku dokonuje się w dwóch prostopadłych kierunkach. Z tablic odczytuje się twardość. Aby uniknąć błędnych wyników, należy zachować odległość między środkami dwóch sąsiednich odcisków a>4d oraz odległości środka odcisku od krawędzi badanej powierzchni a>2,5d. Grubość badanego przedmiotu powinna być taka, aby na przeciwległej powierzchni nie powstało miejscowe odkształcenie lub inne znaki wskazujące na działanie siły obciążającej. W każdym przypadku grubość badanego przedmiotu powinna być większa od dziesięciokrotnej głębokości odcisku.

Kulki stalowe stosuje się przy twardościach mniejszych od 4413 HB, a kulki z węglików spiekanych, w zakresie twardości od 4413 HB do 5884 HB. Dla materiałów o twardości większej od 5884 HB próby Brinella nie stosuje się.

Pomiaru twardości wg. Brinella dokonujemy twardościomierzem przedstawionym na rysunku 3. Jest to w zasadzie ręczna prasa hydrauliczna, za pomocą której można wywrzeć na próbkę nacisk o określonej wartości. Na postumencie umocowany jest cylinder, w którym może przesuwać się tłok. Do tego tłoka umocowany jest wgłębnik z kulką. Górna część cylindra jest zbiornikiem, z którego za pomocą pompki ręcznej przepompowuje się olej do dolnej części cylindra. Wzrost ciśnienia nad tłokiem powoduje jego przesuwanie się w kierunku próbki, która przed pomiarem powinna być za pomocą kółka ręcznego i śruby podniesiona do wysokości wgłębnika. Znajdująca się pod próbką kulista podkładka ma za zadanie ustawienie powierzchni próbki prostopadle do kierunku działania siły nacisku. W miarę wzrostu ciśnienia nad tłokiem wzrasta również ciśnienie oleju w rurce prowadzącej do manometru. Ciśnienie wskazywane na manometrze można zwiększyć tylko do pewnej określonej wartości. Zapewniają to ciężarki, które obciążają zawór zwrotny. Gdy ciśnienie nad tłokiem wzrośnie powyżej ustalonego poziomu, wówczas podnosi się obciążony ciężarkami zawór i umożliwia przelanie się przez przelew nadmiaru cieczy do zbiornika. Po zmniejszeniu ciśnienia zawór zamyka się samoczynnie. W ten sposób jest zapewniony stały nacisk na badaną próbkę. W celu doprowadzenia do stanu wyjściowego, należy odkręcić zawór przelewowy przez który olej znad tłoka zostanie przelany do zbiornika. Po zmierzeniu wielkości odcisku kulki twardość obliczamy na podstawie wzoru Brinella lub odczytujemy ją z tablic.

Rys. 3. Twardościomierz Brinella: 1 - cylinder, 2 - tłok, 3 - wgłębnik z kulką, 4 - pompka ręczna, 5 - manometr, 6 - zawór zwrotny, 7 - ciężarki, 8 - przelew, 9 - kulista podkładka, 10 - śruba, 11 - kółko, 12 - próbka

Praktyka wskazuje, że przy pomiarze twardości kulkami o różnych średnicach D otrzymuje się odmienne wartości HB dla tego samego materiału, pomimo że dobór obciążenia oparto teoretycznie na prawie podobieństwa statystycznego. Stanowi to wadę tej metody. Niekiedy wynik zależy również od czasu działania obciążenia. Dlatego też przy podawaniu wyników pomiarów należy zaznaczyć przy symbolu twardości warunki, w jakich była dokonana próba. Pełny zapis powinien być podany np. HB5/7355/30 co oznacza, że zastosowano kulkę o średnicy D=5 mm, obciążenie F=7355 N i czas t=30 s. W przypadku, gdy D=10 mm, F=29430 N, t=10÷15 s podaje się tylko wartość twardości np. 3138 HB.

2.3. Metoda Rockwella

Próba twardości Rockwella polega na wciskaniu w płaską wygładzoną powierzchnię przedmiotu, stożka diamentowego lub kulki stalowej, co przedstawiono na rysunku 4. Głębokość odcisku jest odwrotnie proporcjonalna do twardości.

Rys. 4. Schemat pomiaru twardości Rockwella: a) stożkiem; b) kulką

Twardość Rockwella HR jest to różnica głębokości umownego i rzeczywistego odcisku wywołanego siłą F i odniesiona do odcisku wywołanego siłą nacisku F₀ (głębokość umowną przyjęto jako 100 jednostek dla skal C i A oraz 130 jednostek dla skal B i F aparatu Rockwella):

Zastosowanie nacisku wstępnego F₀=98 N eliminuje wpływ odkształceń sprężystych na pomiar głębokości odcisku. Do próby w skali C i A aparatu używa się stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu zaokrąglenia wierzchołka 0,2 mm. Dla prób w skali B i F używa się kulki stalowej obrobionej cieplnie o twardości 8336 HV i o średnicy 1,588 mm. Próbę twardości tą metodą przeprowadza się na twardościomierzu Rockwella przedstawionym na rysunku 5. Pokręcając nakrętką podnosi się próbkę p ułożoną na stoliku pomiarowym do zetknięcia się jej z wgłębnikiem. Od tego położenia podnosi się stolik jeszcze około 2 mm, powodując uniesienie się dźwigni, która ma środek obrotu w punkcie 0. Nacisk samej dźwigni na wgłębnik jest tak wyregulowany, że wynosi dokładnie 10 N i stanowi nacisk wstępny. Czujnik ustawia się w położeniu początkowym 100 lub 130, zależnie od rodzaju użytego wgłęb-

Rys. 5. Schemat twardościomierza Rockwella: 1 - nakrętka, 2 - stolik, 3 - wgłębnik, 4 - dźwignia, 5 - czujnik, 6 - dźwignia, 7 - amortyzator

nika. Czujnik stosowany w twardościomierzach Rockwella jest w zasadzie typowym czujnikiem „zegarowym” z podziałką obwodową podzieloną na 100 jednostek. Przesunięcie stopki czujnika o 0,01 mm powoduje obrót wskazówki o jedną działkę. W miarę, jak wgłębnik pod działaniem obciążenia wciska się w próbkę, wskazówka czujnika przesuwa się z położenia 100 (lub 130) w inne położenia, wskazując wartość twardości. Jednakże odczyt dokonany wtedy, gdy wgłębnik jest obciążony naciskiem całkowitym nie byłby miarodajny, ponieważ na wskazania czujnika w tym stanie wpływa nie tylko wgłębienie odcisku, ale także odkształcenia sprężyste, które powstają w próbce i całym układzie twardościomierza pod działaniem obciążenia. Należy więc najpierw odciążyć układ nacisku wstępnego 98 N, tj. do obciążenia, przy którym czujnik był ustawiony na wskazania początkowe i dopiero wtedy dokonać odczytu wartości twardości. Obciążenie i odciążenie układu naciskiem głównym odbywa się przez opuszczenie lub podnoszenie dźwigni. W układzie obciążającym znajduje się olejowy amortyzator, który zapobiega wstrząsom. Czas działania pełnego obciążenia powinien wynosić co najmniej 5 sekund.

Każdą ze skal Rockwella można uważać za oddzielny sposób pomiaru twardości. Cały zespół skal jest tak pomyślany, aby można było nimi zmierzyć wszystkie możliwe zakresy twardości. Jednakże w praktyce przemysłowej rozpowszechniły się tylko niektóre z nich. Według Polskiej Normy (PN-57/H-04335) stosuje się zasadniczo dwie skale: skalę C (stożek diamentowy) do badania twardości takich materiałów, jak stale ulepszane cieplnie lub inne, o równorzędnej twardości od 20 do 67 HRC, skalę B do badania stali nie obrobionych cieplnie lub innych materiałów o twardości od 35 do 100 HRB, które wg. skali C wykazywałyby twardość mniejszą niż 20 HRC. W szczególnych przypadkach dopuszcza się stosowanie skala A i B.

Metoda Rockwella pozwala na szybkie pomiary twardości, wymaga jednakże starannego przygotowania powierzchni próbki zarówno od strony, na której wykonuje się odciski, jak również w miejscach stykania się jej ze stolikiem pomiarowym lub z podstawkami dostosowanymi do kształtu próbek. Odległość środków odcisków od siebie i od krawędzi przedmiotu powinna być nie mniejsza niż 3 mm. Grubość przedmiotu w badanym miejscu nie może być mniejsza od 10-cio krotnej głębokości odcisku h. Za miarodajny wynik badania należy przyjąć średnią z co najmniej trzech pomiarów, zaokrąglając ją do liczby całkowitej.

2.4. Metoda Vickersa

Pomiar twardości metodą Vickersa polega na wtłaczaniu w badany materiał diamentu o kształcie ostrosłupa, o podstawie kwadratowej oraz o kącie 136° między przeciwległymi ścianami. Miarą twardości HV, mierzonej według Vickersa, jest stosunek siły F wtłaczającej diament w powierzchnię odcisku S, wyrażony w MPa:

.

Siła F stosowana w tej metodzie wynosi, zależnie od potrzeby, od 49 do 1177 N. Powierzchnie odcisku oblicza się na podstawie wyniku pomiaru przekątnej odcisku:

gdzie: F - nacisk, d - połowa sumy długości przekątnej odcisku, równa średniej długości przekątnej, którą mierzy się za pomocą mikroskopu wbudowanego w aparat.

Rys. 6. Odcisk piramidy diamentowej przy pomiarze twardości metodą Vickersa

Pomiar twardości metodą Vickersa przeprowadza się twardościomierzem przedstawionym na rysunku 7. W twardościomierzu Vickersa obciążenie wgłębnika odbywa się za pomocą dźwigni i ciężarków. Amortyzator olejowy zabezpiecza wgłębnik przed gwałtownym działaniem obciążenia. Dźwignia służy do wywierania nacisku na wgłębnik, jest w swoim położeniu wyjściowym zaczepiona o zapadkę. Przedmiot badany spoczywa w pryzmie ustawionej na stole. Przed wykonaniem odcisku na przedmiocie należy mikroskop pomiarowy odchylić w bok i unieruchomić go za

pomocą odpowiedniej zapadki. Następnie za pomocą pokrętła należy podnieść stół do wysokości wgłębnika i zwolnić zapadkę. Po wykonaniu odcisku należy za pomocą pedału podnieść układ dźwigniowy do położenia wyjściowego. W celu dokonania pomiaru opuszcza się stół i następnie sprowadza się mikroskop do położenia pomiarowego. Dla uzyskania ostrego obrazu odcisku w mikroskopie przesuwa się stół w kierunku pionowym za pomocą pokrętła, aż do wystąpienia wyraźnego obrazu, a potem przesuwając przesłony mikroskopu, dokonuje się pomiaru przekątnej odcisku.

W celu umożliwienia szybkiego uzyskania wyników twardościomierz Vickersa wyposażony jest w komplet tablic, z których, znając wartość obciążenia wgłębnika oraz wartość przekątnej odcisku piramidy diamentowej, szybko można odczytać twardość materiału HV. Metodę Vickersa stosujemy do pomiaru twardości stali obrobionych cieplnie, stopów miedzi oraz stopów aluminium. Z uwagi na możliwość stosowania w tej metodzie małych obciążeń używa się jej do pomiarów twardości produktów cienkościennych.

Rys. 7. Twardościomierz Vickersa: 1 - mikroskop, 2 - zapadka, 3 - pokrętło, 4 - amortyzator, 5 - ciężarki z dźwignią, 6 - pedał, 7 - stół, 8 - pryzma, 9 - wgłębnik

Rys. 8. Pomiar przekątnej odcisku: 1 - przesłony mikroskopu pomiarowego, 2 - odcisk piramidy

3. Przebieg próby

Materiałem do badania były trzy próbki stali ulepszanej cieplnie (tarcze do piły). Przeprowadzono jedynie próbę twardości metodą Rockwella w skali C postępując zgodnie z poniższymi instrukcjami:

1. Oczyścić i wygładzić powierzchnię próbki (nie powinna wykazywać śladów obróbki mechanicznej).

2. Ustawić próbkę na stole aparatu.

3. Nastawić dźwignię na zero.

4. Podnieść stół do zetknięcia się próbki i dalej do trzykrotnego obrotu dużej wskazówki czujnika przy obciążonej dźwigni w celu wywołania obciążenia wstępnego.

5. Nacisnąć zawór i poczekać, aż tarcza powróci do zerowego położenia i zostanie wywołane obciążenie.

6. Cofnąć tarczkę za pomocą rączki w celu odciążenia dźwigni.

7. Odczytać na czujniku twardość w jednostkach HRC (stożek diamentowy).

8. Pierwszego pomiaru nie brać pod uwagę, gdyż następuje usunięcie luzów między wgłębnikami a trzpieniem.

9. Dla każdej próbki powinno się wykonać co najmniej trzy pomiary, średnia wartość wskazań będzie miarą twardości próbki.

5. Wnioski

1. Dwie spośród badanych próbek charakteryzują się wyższą twardością , natomiast dla trzeciej parametr ten jest znacznie mniejszy.

2. Dla badanych próbek wydłużenie czasu wytrzymania wgłębnika pod obciążeniem siłą całkowitą (licząc od momentu wyraźnego zatrzymania wskazania) nie wpływa na otrzymane wyniki.

3. W przypadku badania metali skłonnych do odkształceń plastycznych czas wytrzymania wgłębnika pod obciążeniem siłą całkowitą powinien wynosić 10, 30 lub 60 s. Ma to istotne znaczenie dla otrzymanego wyniku.

Temat: Próba tłoczności metodą Erichsena

1. Cel próby

Celem próby jest określenie tłoczności blach, taśm i bednarki o grubości od 0,1 do 2 mm i stwierdzenie, czy spełniają one żądane wymagania, dotyczące ich przy­datności do tłoczenia na zimno.

2. Opis aparatury do przeprowadzania próby

Próbę tłoczności przeprowadza się na specjalnych, przeznaczonych do tego celu urządzeniach (tzw. aparaty Erichsena). Budowę aparatu Erichsena przedstawiono na rysunku 1, natomiast istotne części tego przyrządu oraz miarę tłoczności IE pokazano na rysunku 2.

Rys. 1. Aparat Erichsena do prób tłoczności: 1 - matryca, 2 - dociskacz, 3 - stempel, 4 - próba, 5 - do­ciskacz matrycy, 6 - koło, 7 - podziałka nastawna, 8 - podziałka główna, 9 - śruba

Rys. 2. Zasadnicze wymiary matrycy (1), dociskacza (2), stempla (3) i próbki (4)

Wymiary stempla, matrycy i dociskacza zależą od grubości próbki (tabela 1). Oś stempla powinna pokrywać się z osią matrycy i dociskacza. W zerowym położeniu stempla, po zaciśnięciu próbki między dociskaczem a matrycą, zakończenie stempla powinno leżeć w płaszczyźnie czołowej powierzchni dociskacza. Stempel w czasie próby nie może się obracać. Powierzchnie robocze stempla, matrycy i dociskacza muszą być szlifowane i polerowane, a ich twardość nie powinna być mniejsza niż 735 HV (około 62 HRC).

Tabela 1. Wymiary próbki, stempla, matrycy i dociskacza.

	Próbka		Stempel	Matryca	Dociskacz
Symbol rodzaju próby	Zakres grubości	Szerokość lub średnica	Średnica kulistego zakończenia	Wewnętrzna średnica	Wewnętrzna średnica
	mm
IE3	0,1÷0,75	13	3±0,02	5±0,02	5
IE8	0,2÷1 ^1	30	8±0,02	11±0,02	11
IE15	0,2÷2 ^1	55	15±0,02	21±0,02	21
IE20	0,2÷2 ^1	90 ^2	20±0,05	27±0,05	3
^1Dopuszcza się w przypadkach uzasadnionych przeprowadzenie próby tłoczności blach, pasów i taśm z metali nieżelaznych i ich stopów o grubości poniżej 0,2 mm, lecz nie mniejszej niż 0,1 mm.
^2Dopuszcza się w przypadkach uzasadnionych badanie próbek o szerokości lub średnicy poniżej 90 mm, lecz nie mniejszej niż 55 mm.

3. Przebieg próby

Próbę tłoczności przeprowadzono na prostokątnej próbce blachy o wymiarach 199×79,3×0,5 mm postępując zgodnie z poniższą instrukcją:

1. Przygotować próbkę. Określić jej rodzaj. Wykonać pomiar grubości próbki z dokładnością do 0,01 mm (dane wpisać do tabeli wyników pomiarów).

2. Według tablicy dokonać doboru: tłocznika, matrycy, dociskacza i dane wpisać do tabeli wyników pomiaru.

3. Lekko natłuścić zakończenie tłocznika i matrycy (przed każdą próbą), stosując smar z dodatkiem grafitu.

4. Wprowadzić badaną próbkę między matrycę i tuleję dociskową tak, aby środki wtłoczonych kolejnych, w przypadku dłuższego paska, wgłębień wypadły co naj­mniej 35 mm od krawędzi i 70 mm jeden od drugiego.

5. Za pomocą pokrętła dosunąć dociskacz do matrycy, zachowując luz 0,05 mm między próbką i dociskaczem.

6. Nastawić skalę na zero.

7. Wyciągnąć przesuwaną skalę na zewnątrz do położenia zerowego.

8. Włączyć oświetlenie elektryczne.

9. Wyłączyć sprzęgło.

10. Obracać pokrętłem w prawo przytrzymując przez chwilę sprzęgło w położeniu rozłącznym równomiernie i powoli tak, aby tłocznik wtłaczał się w próbkę z jedno­stajną szybkością około 0,01
    .

11. W czasie tłoczenia obserwować uważnie obraz próbki odbity w lusterku i w mo­mencie pojawienia się pęknięcia przerwać próbę.

12. Przerwać tłoczenie w chwili zauważenia pęknięcia, którego oznaką jest szczelina przez całą grubość do tego stopnia rozwarta, że światło przenika na część jej dłu­gości.

13. Odczytać głębokość tłoczenia na skali zgrubnej oraz na skali obrotowej z dokład­nością do 0,05 mm.

14. Odczytane wyniki wpisać w tabelę wyników pomiarów.

15. Za pomocą pokrętła wykonać obrót w lewo i wycofać tłocznik do położenia zerowego, a następnie przez dalszy obrót odsunąć dociskacz od matrycy tak, aby można było wyjąć badaną próbkę.

16. Czynności te wykonać trzykrotnie i wyniki zapisać w tabeli pomiarów.

17. Wyłączyć oświetlenie elektryczne.

18. Obliczyć średnią tłoczność trzech pomiarów IE_śr, wpisać do tabeli pomiarów i porównać z krzywą charakterystyczną na wykresie dla danego materiału.

5. Wnioski

W wyniku przeprowadzenia próby tłoczności otrzymano następujące parametry charakteryzujące badany materiał:

1. Miara tłoczność IE₂₀=9,22.

2. Materiał drobnoziarnisty (wg. skali ASTM wielkość ziarna 2690 - 5380 μ²).

Materiał o strukturze jednorodnej.

Temat: Próba statyczna rozciągania metali

1. Cel próby

Celem próby statycznej rozciągania metali jest wyznaczenie następujących wartości:

• wyraźnej granicy plastyczności (R_m),

• wytrzymałości na rozciąganie (R_e),

• wydłużenia względnego (A),

• przewężenia względnego (Z).

2. Opis aparatury do przeprowadzania próby

Próbę rozciągania statycznego metali wykonujemy na maszynie nazywanej uniwersalną maszyną wytrzymałościową. Maszyna ta jest zaopatrzona w urządzenie do wskazywania siły rozciągającej i do rysowania wykresu rozciągania próbki.

Rys. 1. Schemat maszyny uniwersalnej do rozciągania: 1 - próbka, 2 - uchwyty, 3 - płyty, 4 - podpory, 5 - śruba, 6 - tłok, 7 - cięgła, 8 - cylinder, 9 - tłok pomiarowy, 10 - zębatka, 11 - wskazówka, 12 - pisak.

Na rysunku nr 2 przedstawiony jest przebieg próby wytrzymałościowej na rozciąganie stali niskowęglowej. Na osi rzędnych tego wykresu odkładane są obciążenia próbki, zaś na osi odciętych wydłużenie bezwzględne.

Na początku próby obserwuje się znaczny wzrost siły rozciągania przy małym wzroście długości. Odkształcenia te mają charakter sprężysty. Przy pewnych wartościach siły odkształcenie to pozostaje trwałe i materiał nie wróci do pierwotnego wymiaru. Dzieje się to wówczas, gdy zostanie przekroczona granica sprężystości, a w materiale powstają odkształcenia trwałe, czyli plastyczne. Granicę plastyczności badanej próbki można obliczyć za pomocą wzoru:

,

gdzie: F_sp jest wartością siły natomiast S₀ jest przekrojem pierwotnym próbki. W praktyce oznaczenie tak małego odkształcenia jest trudne, toteż posługujemy się tzw. wyraźną granicą plastyczności obliczaną ze wzoru:

Rys. 2. Wykres rozciągania dla stali niskowęglowej: L - wydłużenie bezwzględne, F_H - obciążenie na granicy wytrzymałości, R_H - granice proporcjonalności, F_sp - obciążenie przy granicy sprężystości, R_sp - granica sprężystości, F_e - obiciążenie przy granicy plastyczności, R_e - granica plastyczności, F­_m - największa siła uzyskana w czasie próby, R_m - wytrzymałość na rozciąganie, F_u - siła obciążająca w chwili zerwania próbki, R_u - naprężenie rozrywające.

Po przekroczeniu granicy plastyczności wydłużenie próbki wzrasta wraz z jej obciąże-niem aż do punktu F_m. W tym punkcie osiąga wartość największą i dalej maleje aż do zerwania próbki w F_u.

Wytrzymałością doraźną na rozciąganie nazywamy stosunek siły F_m do pierwot-nego przekroju S₀ i obliczamy według wzoru:

Na podstawie próby rozciągania można również ustalić plastyczne właściwości metalu. Określamy je jako wydłużenie względne:

oraz przewężenie względne:

3. Przebieg próby

Do wyznaczenia wyraźnej granicy plastyczności (R_m) oraz wytrzymałości na rozciąganie (R_e) wybrano próbkę płaską bez główek o wymiarach: a₀=0,8 mm, b₀=11,9 mm, L_t=155 mm, L_c=100 mm.

Rys. 3. Próbka płaska bez głowek

Do zbadania wydłużenia względnego (A) oraz przewężenia względnego (Z) posłużyła próbka płaska z główkami o wymiarach: a₀=7,3 mm, b₀=30 mm, L_c=175 mm.

Rys. 4. Próbka płaska z główkami

Próby dokonano postępując zgodnie z poniższą instrukcją:

1. Sprawdzić działanie maszyny wytrzymałościowej przez włączenie i wyłączenie napędu dolnej głowicy uchwytowej. Sprawdzenie wykonać przy dużym przesuwie. Dolną głowicę ustawić w położeniu odpowiadającym długości próbki. Dźwignię sprzęgła przełączyć na napęd główny.

2. Sprawdzić działanie aparatu do sporządzania wykresu przełożenia taśmy napędza-jącej itp. Dla pewniejszego przesuwu i naprężenia papieru wykresowego należy go lekko obciążyć.

3. Przeprowadzić oględziny próbki przeznaczonej do badań. Na długości pomiarowej nie mogą znajdować się ślady obróbki mechanicznej, skaleczenia, ani inne wady zniekształcające wyniki badań.

4. Zmierzyć mikrometrem zamocowanym w podstawce przechylnej średnicę próbki z dokładnością do 0,01 mm; pomiarów należy dokonać w dwóch prostopadłych kierunkach w trzech miejscach próbki - na środku, początku i na końcu długości pomiarowej.

5. Obliczyć z dokładnością do 0,01 mm² pole przekroju poprzecznego próbki S₀.

6. Powierzchnię próbki na długości pomiarowej odtłuścić wacikiem umoczonym w trójchloroetylenie, a następnie zwilżyć 10% roztworem wodnym CuSO₄. Po wy-dzieleniu się na tej powierzchni warstewki miedzi, długość pomiarową próbki należy podzielić na odcinki 5 mm. Podziału należy dokonać na skalarce, a w razie jej braku - rysikiem. Rysik nie powinien naruszyć materiału podstawowego.

7. Dokonać orientacyjnego obliczenia siły rozrywającej F_m badaną próbkę. Wytrzymałość na rozciąganie R_m przyjmujemy z tablic dla określonego materiału.

8. Wybrać zakres pomiarowy tak, aby siła działająca F_m zawierała się w granicach od 30% do 95% przyjętego zakresu pomiarowego.

9. Zgodnie z wybranym zakresem na dźwigni uchylnej umieścić odpowiednie obciążniki.

10. Zamocować próbkę w zaciskach głowic uchwytowych.

11. Liniał ustawić tak, aby jego punkt zerowy pokrywał się ze wskaźnikiem przymo-cowanym do dolnej głowicy uchwytowej.

12. Pisak urządzenia wykresowego oprzeć o papier w punkcie przecięcia linii two-rzących układ osi współrzędnych.

13. Uruchomić napęd. Obciążenie próbki powinno narastać w sposób ciągły, aż do mo-mentu jej zerwania.

14. Wyłączyć maszynę i odczytać z podziałki siłomierza wartość F_m.

15. Wyznaczyć z wykresu obciążenie odpowiadające wyraźnej granicy plastyczności, wziąć pod uwagę skalę obciążeń i wydłużeń na wykresie.

16. Obliczyć granicę plastyczności R_e i wytrzymałości na rozciąganie R_m.

17. Zmierzyć długości L_u próbki po rozerwaniu.

18. Obliczyć wydłużenie względne próbki.

19. Wyznaczyć pole poprzecznego przekroju próbki S_u w miejscu rozerwania. W tym celu należy po rozerwaniu złożyć jak najściślej ze sobą dwie części próbki.

20. Obliczyć przewężenie.

21. Wyniki wpisać do tabeli pomiarów.

5. Wnioski

1. Podczas badania granica plastyczności zawierała się w przedziale :
   od 3,6kN do 5,12 kN.

2. Wytrzymałość na rozciąganie próbki wynosi 5,12*10⁵ kN/m²_.

3. Wartość względnego wydłużenia w przybliżeniu wynosi 28 mm, co nam daje wydłużenie o 28% w stosunku do wartości pierwotnej.

4. Niewielka różnica sił występujących pomiędzy granicą plastyczności i granicą wytrzymałości materiału na rozerwanie świadczy o dużych właściwościach sprężys-tych badanej próbki metalu.

Temat: Próba przeginania .

1. Cel próby

Celem próby wielokrotnego przeginania blach, taśm i bednarki jest określenie podatności próbki na odkształcenia plastyczne i wykrycia wad wewnętrznych materiału.

2. Opis aparatury do przeprowadzania próby

Urządzenie do próby przeginania (rysunek 1) powinno być zbudowane tak, aby płaszczyzna przechodząca przez równoległe osie rolek oporowych była prostopadła do osi wzdłużnej próbki.

Rys. 1. 1 - próbka, 2 - dźwignia, 3 - prowadnica, 4 - rolki oporowe, 5 - uchwyty mocujące, a - grubość próbki, b - odległość między górną częścią uchwytów mocujących a linią łączącą środki rolek oporowych, h - odległość między rolkami oporowymi a prowadnicą, R - promień rolek oporowych.

Odległość b między górną częścią uchwytów mocujących a linią łączącą środki rolek oporowych powinna wynosić 1,5 mm w przypadku rolek o promieniu R do 2,5 mm oraz 3 mm w przypadku rolek o promieniu powyżej 2,5 mm. Odległość h między rolkami lub szczękami oporowymi a prowadnicą swobodnego końca próbki powinna wynosić 25 do 50 mm. Odległość między osią obrotu dźwigni a górną częścią rolek oporowych, niezależnie od promienia R, powinna wynosić 1 mm. Odstęp między próbką a rolkami lub szczękami oporowymi, mierzony na linii łączącej ich środki krzywizny, nie powinien być większy niż 0,1 mm. Urządzenie powinno umożliwiać zastosowanie stałego naciągu próbki w czasie próby przeginania.

Urządzenie powinno być wyposażone w wymienne rolki lub szczęki oporowe o promieniach R: 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 i 10 mm. Twardość stosowanych rolek lub szczęk oporowych nie powinna być mniejsza niż 61 HRC. Promień R rolek lub promień zaokrąglenia szczęk oporowych dobiera się w zależności od rodzaju metalu i grubości wyrobu zgodnie z danymi przedstawionymi w tabeli 1.

Tabela 1. Zależność doboru promienia rolek oporowych od grubości próbki

Grubość próbki [mm]	Promień rolek oporowych [mm]
do 0,3	1,0
powyżej 0,3 do 0,5	2,5
powyżej 0,5 do 1,0	5,0
powyżej 1,0 do 1,5	7,5
powyżej 1,5	10,0

Chropowatość powierzchni rolek lub szczęk oporowych nie powinna przekraczać 1,25 μm (wg. PN-73/M-04251).

3. Przebieg próby

Próbkę przesuniętą przez otwór prowadnicy zaciśnięto w szczękach przyrządu, prostopadle do płaszczyzny przechodzącej przez osie wałków (położenie wyjściowe). Z położenia wyjściowego próbkę przeginano za pomocą dźwigni, w prawo o 90° do zderzaka i z powrotem do położenia wyjściowego, licząc to przegięcie jako pierwsze. Drugie i następne przegięcie, na przemian w lewo i w prawo, i z powrotem do położenia wyjściowego wykonywano aż do złamania próbki.

Przegięcia, przy którym nastąpiło złamanie próbki, nie wliczono do liczby przegięć, które próbka wytrzymała. Sposób obliczania liczby przegięć przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Schemat próby wielokrotnego przeginania

Przeginanie przeprowadzano z prędkością nie większą od jednego przegięcia na sekundę tak, aby nagrzanie się próbki nie miało wpływu na wynik próby. Próby nie przerywano. Ze względu na wymiary próbki (grubość poniżej 1,2 mm) nie zastosowano urządzenia naprężającego.

5. Wnioski

1. Pęknięcie próbki nastąpiło po 67 przegięciach.

2. Próbka charakteryzuje się jednorodną rysą pęknięcia.

Próbka posiada niezbyt dobre właściwości plastyczne.

---