Inżynieria Środowiska Stacjonarne	Badanie pełzania metali	22.12.2011
LPS 2

1. Wstęp

Pełzanie

Pełzanie to zjawisko wydłużania się materiału poddanemu niezmiennemu obciążeniu w podwyższonej, stałej temperaturze, w miarę upływającego czasu.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie wytrzymałości na pełzanie, granicy pełzania przy zastosowaniu najprostszego przypadku obciążenia - rozciągania, które wywołuje w próbce jednoosiowy stan naprężenia. Celem jest także zapoznanie się z budową i obsługą urządzeń służących do badania pełzania metali.

Charakterystyka próbek

Próbki powinny być wykonane tak, aby pasowały do uchwytów maszyny - pełzarki. W przekroju próbki mogą być o kształcie kołowym, kwadratowym, prostokątnym lub innym. Można stosować próbki z karbem. Średnica próbki powinna być większa od 4mm. Próbki powinny być dokładnie oczyszczone przed wykonywaniem doświadczenia. Wszelkie wymiary zostały zawarte w normach. Rysunek 1 przedstawia próbki do badań pełzania metali.

Rys. 1

Próbki do badań pełzania metali

Charakterystyka maszyny

Maszyny służące do badania zjawiska pełzania to pełzarki. Najczęściej są to pełzarki wielostanowiskowe, ponieważ próby są bardzo długotrwałe. W skład takich maszyn wchodzą urządzenia grzejne (między innymi piec rurowy wraz z instalacją grzewczą, układy regulacji temperatury). Urządzenia nagrzewające powinny zapewnić równomierny rozkład temperatury na całej długości próbki. Termoelementy umożliwiają pomiar temperatury na długości próbki. Rysunek 2 przedstawia widok stanowiska badawczego pełzarki.

Rys. 2

Widok stanowiska badawczego pełzarki: 1- piec rurowy, 2 - instalacja zasilająca spirale grzewcze, 3 - gniazdo mocowania termoelementów, 4 - uchwyt dolny, 5 - uchwyt górny, 6 - śruba przenosząca obciążenie, 7 - dźwignia dolna układu pomiarowego, 8 - dźwignia górna układu pomiarowego, 9 - drążek układu pomiarowego, 10 - czujnik zegarowy, 11, 12, 13 - termoelementy, 14 - pulpit rejestrujący, 15 - sanie poziome, 16 - sworzeń górny, 17 - sworzeń dolny

Wykonanie próby

Umieścić próbkę w uchwytach. Dosunąć piec. Ustawić dźwignie i drążek służące do pomiaru wydłużenia. Uszczelnić piec, założyć termoelementy, ułożyć na szalce odpowiednią ilość ciężarków, wyregulować temperaturę. Zamocować uchwyt dolny, wyzerować czujnik zegarowy i włączyć rejestratory temperatury i wydłużenia. Obciążyć próbkę. Rejestratory kreślą wykresy pełzania i temperatury. Po zniszczeniu próbki stanowisko wyłącza się automatycznie.

Granica pełzania

x - umowna wartość względnego wydłużenia trwałego w %

T - czas w h

t - temperatura w °C

Wytrzymałość na pełzanie

z - rozerwanie próbki

Wydłużenie próbki po zerwaniu

%

- pierwotna długość pomiarowa próbki

- długość pomiarowa próbki po zerwaniu

p - wskaźnik oznaczający wielokrotność długości pomiarowej
w odniesieniu do pierwotnej średnicy

Przewężenie

% - próbki o przekroju kołowym

2. Wykres pełzania w układzie logarytmicznym (załącznik) - na podstawie poniższych danych - uzyskanych wyników badań.

Nr próbki	Naprężenie σ [MPa]	Czas T [h]
1	134,1	16,5
2	127,7	44,0
3	127,7	55,0
4	121,3	61,5
5	119,0	47,0
6	119,0	67,0
7	108,1	100,0
8	108,1	130,0
9	102,6	158,0
10	102,6	195,0
11	59,0	1623,0
12	59,0	1366,0
13	29,6	4702,0
14	29,6	5094,0

3. Obliczenia

Nr próbki	Naprężenie σ - y	x	x^2	x * y	y^2
1	134,1	1,2175	1,4823	163,267	17983	117,42
2	127,7	1,6434	2,7008	209,862	16307	2,40
3	127,7	1,7403	3,0286	222,236	16307	36,00
4	121,3	1,7888	3,1998	216,981	14714	3,24
5	119	1,6721	2,7959	198,980	14161	33,178
6	119	1,8261	3,3346	217,306	14161	2,0164
7	108,1	2	4,0000	216,200	11686	3,61
8	108,1	2,1139	4,4686	228,513	11686	11,90
9	102,6	2,1986	4,8338	225,576	10527	3,097
10	102,6	2,29	5,2441	234,954	10527	34,34
11	59	3,2103	10,3060	189,408	3481	12,96
12	59	3,1354	9,8307	184,989	3481	0,0625
13	29,6	3,6727	13,4887	108,712	876	26,52
14	29,6	3,707	13,7418	109,727	876	11,972
Suma	1347,4	32,2161	82,4559	2726,711	146772	298,715

Współczynnik korelacji:

Istnieje idealna korelacja, lecz ujemna - gdy jedna wartość rośnie, druga spada.

Rzeczywista wariancja:

Po zastosowaniu estymatorów i współczynników a i b krzywa regresji ma postać:

Granica pełzania - funkcja:

MPa

4. Wnioski

Wszystkie badane próbki pełzną w czasie. Idealna korelacja - ujemna mówi nam, że wraz ze wzrostem siły działającej na próbki zmiesza się czas potrzebny do jej zniszczenia. Wysoka temperatura i obecność obciążenia są podstawowymi parametrami potrzebnymi do badań pełzania metali. Zjawisko to jest przyczyną odkształceń materiałów.

5. Literatura

• „Ćwiczenia laboratoryjne z wytrzymałości materiałów” Skrypt 168 Praca zbiorowa pod redakcją Grzegorza Gasiaka, Wyższa Szkoła Inżynierska, Opole 1994

---