Akademia Bydgoska

im. Kazimierza Wielkiego

Wydział Matematyki i Techniki

Kierunek: Wychowanie Techniczne

Materiałoznawstwo Metali

Temat: Próba statyczna rozciągania metali

Wykonał:

Grupa:

1. Cel próby

Celem próby statycznej rozciągania metali jest wyznaczenie następujących wartości:

• granicy plastyczności (R_e),

• doraźnej wytrzymałości na rozciąganie (R_m),

• naprężenia rozrywającego (R_u)

• 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 obciążeniem 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 pierwotnego 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=0,6 mm, b₀=11,6 mm, L_t=155 mm, L_c=100 mm.

Rys. 3. Próbka płaska bez głowek

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.

4. Wyniki

Wymiary próbki poddanej badaniu zebrano w tabeli 1, natomiast wartości zmierzonych wielkości w tabeli 2.

Tabela 1. Wymiary próbki

Wymiary próbki [mm]
grubość	a0=0,6
szerokość	b0=11,6
długość	Lt=156
długość pomiarowa	Lc=100

Tabela 2. Wartości zmierzonych wielkości

Zmierzone wielkości
siła przy wyraźnej granicy plastyczności	Fe=3100 [N]
siła rozciągająca w chwili rozerwania próbki	Fu=4200[N]
największa siła rozciągająca działająca na próbkę	Fm=4860 [N]
Naprężenie rozrywające
Doraźna wytrzymałość próbki na rozciąganie
Granica plastyczności
Przewężenie względne
Wydłużenie względne

5. Wnioski

1. Podczas badania granica plastyczności zawierała się w przedziale :
   od 3,1kN do 4,86 kN.

2. Wytrzymałość na rozciąganie próbki wynosi 698 MPa.

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 dość dużych właściwościach sprężystych badanej próbki metalu.

8

1

---