POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Inżynierii Lądowej
LABORATORIUM Z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Temat:	Statyczna próba rozciągania wg PN EN 10002-1 - AC1
Nr ćwiczenia:	Metale 1	Data wykonania ćwiczenia :			14.05.2005 r.
Zespół nr: 6		Grupa dziekańska	4	Rodzaj studiów		Zaoczne
				Rok akademicki	2004/05	Semestr		II
Prowadzący zajęcia: dr inż. Janusz Tatar
Ocena:

AWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA

SPRAWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZEŃ

1. TEMAT ĆWICZENIA

Statyczna próba rozciągania wg PN EN 10002-1 - AC1

2. PODSTAWY TEORETYCZNE

2.1. Wiadomości wstępne

Podstawowy podział metali stosowanych w budownictwie

Metale stosowane w budownictwie dzielą się na dwie podstawowe grupy:

1. metale żelazne - stanowiące stopy żelaza z węglem oraz innymi dodatkami uszlachetniającymi. Należą do nich stale, staliwa i żeliwo.

2. Metale nieżelazne - tzw. Kolorowe składające się z pierwiastków metalicznych bez dodatku żelaza. Należą do nich: aluminium, cynk, cyna, ołów, brąz (stop miedzi i cyny), mosiądz (stop miedzi i cynku), spiż (stop miedzi cyny i cynku) oraz inne.

W badaniu zajmiemy się metalami żelaznymi a dokładniej stalowymi prętami zbrojeniowymi.

Pod względem właściwości mechanicznych stal charakteryzują przede wszystkim dwie wartości - granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie.

Podstawową próbą badań własności mechanicznych metali jest próba statyczna rozciągania metali, ujęta normą PN EN 10002-1 - AC1. Dzięki takim próbom otrzymujemy podstawowe informacje o własnościach wytrzymałościowych i plastycznych danych metali. Próba taka realizuje najprostszy stan naprężeń, jaki powstaje przy prostym rozciąganiu. Badanie wytrzymałościowe w trakcie tej próby polega na osiowym rozciąganiu próbki odpowiednio ukształtowanej na maszynie wytrzymałościowej zwanej zrywarką. Przeprowadzając statyczną próbę rozciągania metali należy pamiętać, iż uzyskane wyniki pochodzą z badań przeprowadzonych na próbkach, a zatem nie mogą odzwierciedlać zachowania się gotowych konstrukcji pod obciążeniem.

2.2. Podstawowe pojęcia

2.2.1. Statyczna próba rozciągania

Najważniejsza próba wytrzymałościowa, będąca podstawą i weryfikacją wielu założeń, aproksymacji i rozważań; skodyfikowana w normie, opisującej wymagania dotyczące maszyny wytrzymałościowej (patrz: zrywarka), próbek, sposobu dokonania próby i zawartości protokołu; wykresy rozciągania stali twardej i miękkiej różnią się dość znacznie (głównie w obszarze granicy plastyczności); o znaczeniu próby decydują: łatwość i dokładność uzyskania jednoosiowego i jednorodnego stanu naprężenia, przejście w jednej próbie przez wszystkie możliwe stany mechaniczne materiału, bezpośrednia i prosta interpretacja stanu mechanicznego na każdym etapie

Podczas badania otrzymuje się wykres zależności pomiędzy wydłużeniem próbki, a wielkością stopniowo wzrastającej siły rozciągającej. Rzędne wykresu przedstawiają wartość siły rozciągającej, a odcięte przedstawiają wydłużenie próbki.

Otrzymany po wykonaniu badania wykres dzieli się na:

Okres 1. - okres proporcjonalności i sprężystości materiału (odcinek 0-1) - wykres jest linią prostą, co wskazuje na to, że odkształcenia rosną proporcjonalnie do wzrostu naprężeń.

Naprężenie odpowiadające punktowi 1 na wykresie nazywa się granicą proporcjonalności i sprężystości

Okres 2. - charakteryzuje się tym, że odkształcenia zaczynają wzrastać szybciej niż naprężenia, materiał wykazuje jednak częściową sprężystość (odcinek 1-2)

Okres 3. - okres plastyczności (płynności) materiału, (odcinek 2-3) - charakteryzuje się tym, że wydłużenie wzrasta prawie bez jednoczesnego wzrostu naprężeń. W tym okresie materiał zachowuje się tak jakby stracił zdolność opierania się działaniu sił i zaczął płynąć.

Naprężenie odpowiadające punktowi 2 na wykresie nazywa się granicą plastyczności

Okres 4. - okres odzyskiwania przez materiał zdolność opierania się działaniu siły rozciągającej, ale wydłużenia wzrastają szybciej niż naprężenia. Przy sile odpowiadającej punktowi 4 następuje zwężenie się próbki, czyli powstaje tzw. szyjka.

Naprężenie odpowiadające punktowi 4 nosi nazwę wytrzymałości materiału na rozciąganie.

Okres 3. nazywany jest też fazą plastycznego wzmocnienia materiału

Okres 5. - następuje spadek siły wskutek przewężenia przekroju i płynięcia materiału próbki. Okres ten kończy się rozerwaniem próbki, które następuje w punkcie 5.

Przykładowy wykres odkształceń metalu przy rozciąganiu w zależności od naprężeń

Na poniższym rysunku przedstawiono próbkę przed zerwaniem, w trakcie rozciągania oraz w chwili zerwania.

2.2.2. Zrywarka

Maszyna wytrzymałościowa do przeprowadzania statycznej próby wytrzymałościowej (rozciągania, ściskania, zginania, itp.) Zrywarka zaopatrzona jest w ekstensometr, urządzenie służące do pomiaru przemieszczenia, a w danym przypadku, do pomiaru rozciągnięcia badanej próbki.

2.2.3. Umowna granica plastyczności

Granica plastyczności wyznaczana gdy brak wyraźnej granicy plastyczności (np. stal twarda), odpowiadająca umownemu odkształceniu trwałemu (np. 0.2%)

2.2.3.1. Granica plastyczności

Naprężenie (pozorne), przy którym pojawiają się pierwsze odkształcenia plastyczne; dla materiału z wyraźną granicą plastyczności jest to naprężenie odpowiadające plateau płynięcia; dla materiału nie wykazującego wyraźnej granicy plastyczności jest to wielkość umowna; por. statyczna próba rozciągania

2.2.3.2 Wyraźna granica plastyczności

Granica plastyczności obserwowana doświadczalnie w postaci poziomego odcinka (tzw. plateau płynięcia) na wykresie σ(ε) statycznej próby rozciągania

2.2.3.3. Odkształcenia plastyczne

Odkształcenia trwałe; przeciwieństwo odkształceń sprężystych, znikających po zdjęciu obciążenia (po odciążeniu)

2.2.4. Moduł sprężystości

Moduł sprężystości Younga (E) inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystości podłużnej. Wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe materiału od naprężenia jakie w nim występuje.

Jednostką modułu Younga jest paskal. Jest to wielkość określająca sprężystość materiału.

3. CEL ĆWICZENIA

3.1. Zadaniem naszym jest określenie własności wytrzymałościowych i plastycznych próbek stali zbrojeniowej gatunków:

• St3S

• 18G2b

• 34GS

• BSt500
  

4. PRZEBIEG WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

1. Przebieg wykonywanych czynności

1. Rozciąganą próbkę umieszczamy centralnie względem oci szczęk i zaciskamy jedynie górną szczękę.

2. Sprawdzamy ustawienie ekstensonometru (należy ustawić równe odległości górnego i dolnego ramienia ekstensonometru od środka próbki

3. Wyzerowujemy siłomierz i zaciskamy próbkę w dolnej szczęce

4. Uruchomienie zrywarki

5. po zerwaniu próbki należy usunąć ją z maszyny

6. Po zakończeniu badania należy odczytać wielkości charakterystyczne

7. można również wykonać wydruki komputerowe z przeprowadzonego badania

1. Wielkości charakterystyczne

4.2.1. Granica plastyczności R_e (górna i dolna)

gdzie:

R_e - R_eH - górna granica plastyczności

R_eL - dolna granica plastyczności

F_e - F_eH - Siła przy górnej granicy plastycznej

F_eL - siła przy dolnej granicy plastyczności

S₀- powierzchni przekroju poprzecznego próbki

4.2.2. Wytrzymałość na rozciąganie Rm

gdzie:

F_m - największa siła zrywająca

S₀- powierzchni przekroju poprzecznego próbki

4.2.3. Wydłużenie względne A_p10

gdzie:

L_u - długość pomiarowa końcowa

L₀ - długość pomiarowa początkowa

2. Badane próbki

1. pręt zbrojeniowy gładki St3S o średnicy nominalnej 12 mm

2. pręt zbrojeniowy żebrowany 18G2b o średnicy nominalnej 12 mm

3. pręt zbrojeniowy żebrowany 34GS o średnicy nominalnej 12 mm

4. pręt zbrojeniowy żebrowany BSt500S o średnicy nominalnej 12 mm

5. WYNIKI

Wyniki przeprowadzonych badań zawarte są w załącznikach:

1. Wyznaczenie umownej granicy plastyczności dla pręta St3S Ø 12 mm

2. Wymiary geometryczne próbek

3. Pomiary i obliczenia

4. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta St3S Ø 12 mm

5. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta 18G2b Ø 12 mm

6. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta 34GS Ø 12 mm

7. Wykres odkształceń przy rozciąganiu pręta BSt500 Ø 12 mm

8. Zbiorczy wykres porównawczy dla wszystkich badanych próbek

9. Wnioski po przeprowadzeniu badania

ZAŁĄCZNIK A

ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ NA ROZCIĄGANIE PRÓBEK STALOWYCH
dla pręta St3S Ø 12 mm
Wyznaczanie umownej granicy plastyczności
Data badania: 14.05.2005					Grupa: IV
Lp.	Siła	Naprężenie	Odczyt	Przyrost		Wydłużenie
												całkowite	sprężyste	trwałe
		kN	MPa	mm*10^-3	mm*10^-3		mm*10^-3	mm*10^-3	mm*10^-3
1	0,50		1	-		-	-	-
2	5		22	21		21	21	-
3	10		43	21		43	43	-
4	15		65	22		65	65	-
5	20		87	22		87	87	-
6	25		109	22		109	109	-
7	30		132	23		132	132	-
8	35		155	23		155	155	-
9	40		177	22		177	177	-
10	45		201	24		201	201	-
11	50		236	35		236		57
12	55		297	61		297		83
13	56		320	23		320		27,4
14	57		347	27		347		28,4
15	58		410	63		410		67,4
16	59		519	109		519		113,4
17	60		768	249		768		253,4
18	61
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

ZAŁĄCZNIK B

ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ NA ROZCIĄGANIE PRÓBEK STALOWYCH

Wymiary geometryczne próbek

Data badania: 14.05.2005

Grupa: IV

Lp.

Próbki płaskie

Próbki okrągłe żebrowane

Próbki okrągłe gładkie

a0

b0

S0

l

G

d0

S0

l

d0

S0

Grubość próbki

Szerokość próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

Długość próbki

Masa próbki

Średnica obliczeniowa próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

Długość próbki

Średnica próbki

Powierzchnia przekroju poprzecznego

mm

mm

mm^2

cm

g

mm

mm^2

cm

mm

mm^2

1

Gatunek stali: St3S

120

12,0

116,09

2

Gatunek stali: 18G2b

39,5

368,0

12,29

118,7

3

Gatunek stali: 34GS

39,5

359,1

12,14

115,8

4

Gatunek stali: BSt500

40,9

372,8

12,15

116,1

ZAŁĄCZNIK C

ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ NA ROZCIĄGANIE PRÓBEK STALOWYCH
Wymiary geometryczne próbek
Data badania: 14.05.2005							Grupa: IV
Lp.	L0	LU	FeH	FeL	ReH	ReL		Rp0,2	Fm	Rm	A10	E
		Długość pomiarowa początkowa	Długość pomiarowa końcowa	Siła przy górnej granicy plastyczności	Siła przy dolnej granicy plastyczności	Górna granica plastyczności	Dolna granica plastyczności		Umowna granica plastyczności	Największa siła zrywająca	Wytrzymałość na rozciąganie	Względne wydłużenie próbki proporcjonalnej na rozciąganie	Moduł sprężystości
		mm	mm	kN	kN	MPa	MPa		MPa	kN	MPa	%	GPa
1	Gatunek stali:		St3S
		121,8	160						45	57,4	490,9	31,4	25,29
	2	Gatunek stali:		18G2b
		123,1	147	57,4	54,9	483,7	462,7			74,2	625,6	19,4
	3	Gatunek stali:		34Gs
		121,6	142,5	58,2	55,8	502,8	481,9			82,1	708,7	17,2
	4	Gatunek stali:		BSt500S
		121,7	142,5	67,8	67,0	583,9	577,0			78,6	677,2	17,1

UWAGA: Podczas rozciągania próbki pręta ze stali BSt500S nastąpiło jego zerwanie poza strefą objętą pomiarem ekstensometrem, dlatego też próba ta i jej wyniki nie są reprezentacyjne.

ZAŁĄCZNIK D

ZAŁĄCZNIK E

ZAŁĄCZNIK F

ZAŁĄCZNIK G

ZAŁĄCZNIK H

ZAŁĄCZNIK I

WNIOSKI

Po przeprowadzeniu badania wszystkich próbek stwierdzono:

1. Ponieważ podczas rozciągania próbki pręta ze stali BSt500S nastąpiło jego zerwanie poza strefą objętą pomiarem ekstensometrem, dlatego też próba ta i jej wyniki nie są reprezentacyjne.

Mimo to otrzymane wyniki wykazują większą wytrzymałość na rozciąganie niż nominalna (R_m min 550 MPa) deklarowana przez producenta.

2. Badana próbka stali St3S spełnia wymogi normatywne ponieważ wartość wytrzymałości na rozciąganie wynosi 490,9 MPa i mieści się w normatywnym zakresie (dla prętów po przeróbce na gorąco) 380-520 MPa.

3. Badana próbka stali 18G2 spełnia wymogi normatywne ponieważ wartość wytrzymałości na rozciąganie wynosi 625,6 MPa i jest wyższa niż normatywna R_m = 490-620 MPa.

4. 
   Badana próbka stali 34Gs spełnia wymogi normatywne ponieważ wartość wytrzymałości na rozciąganie wynosi 708,7 MPa i mieści się w normatywnym zakresie (dla prętów po przeróbce na gorąco): R_m = min 590 MPa

2

Zespół nr 6 - Materiały Budowlane - Metale - Statyczna próba rozciągania

Graficzne przedstawienie tworzenia się szyjki przy coraz większej sile rozciągającej

---