Statyczne próby rozciągania

Statyczną próbę rozciągania przeprowadza się na maszynach wytrzymałościowych zwanych zrywarkami.

Podstawowe wielkości wyznaczane podczas badania

Wytrzymałość na rozciąganie (naprężenie normalne w próbce), jest jedną z wielkości opisujących własności mechaniczne materiałów. Jest to największy stosunek siły rozciągającej do pola powierzchni przekroju początkowego próbki

Granica plastyczności Re jest to naprężenie po osiągnięciu, którego występuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet spadku obciążenia:

Według normy PN-EN 10002-1+AC1 rozróżnia się górną granicę plastyczności i dolną granicę plastyczności. Umowną granicę plastyczności wyznaczamy w przypadku, kiedy nie występują wyraźne cechy granicy plastyczności (naprężenie graniczne przy przyroście nieproporcjonalnym )

Umowną granicę sprężystości nazywamy naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,05% długości pomiarowej (oblicza się je analogicznie jak naprężenie)

Względne przewężenie Z określane jest jako iloraz zmniejszania powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania do powierzchni jej pierwotnego przekroju, wyrażonej w procentach:

Względne wydłużenie równomierne jest niezależne od długości pomiarowej próbki i wpływu wydłużenia w pobliżu miejsca rozerwania próbki. Dla próbek okrągłych wydłużenie równomierne określa się ze wzoru przybliżonego:

d_r -średnica w połowie dłuższej części próbki po zerwaniu

d₀ - początkowa średnica próbki

Wykres rozciągania F=F(∆L) przedstawia przebieg zarejestrowanej wartości siły rozciągającej F, potrzebnej do spowodowania odpowiedniego wydłużenia części pomiarowej próbki.

Udarność

Nowoczesne maszyny w czasie pracy często są narażone na obciążenia dynamiczne. Istnieje, więc konieczność badania właściwości charakteryzujących zachowanie się materiału w przypadku wystąpienia nagłych zmian obciążeń. W tym celu stosuje się próby dynamiczne, w których działanie siły trwa bardzo krótko, a nagły wzrost obciążenia powoduje duże szybkości odkształcenia. Na ogół udarność obniża się wraz ze spadkiem temperatury. Każda stal charakteryzuje się tzw. temperaturą krytyczną, poniżej której wartość udarności gwałtownie spada.

Zastosowanie karbu do próby na udarność ma na celu zlokalizowanie pęknięcia i stworzenie warunków do powstania kruchego pęknięcia w materiałach ciągliwych. Kruchym pęknięciem materiału nazywane jest takie, przy którym nie dostrzega się objawów odkształcenia materiału (np. zwężenia przekroju przy pęknięciu). Przełom w próbie udarnościowej jest na ogół błyszczący, ziarnisty a nie matowy oraz włóknisty jak przy próbie na rozciąganie. Wartości udarowe uzyskane na próbkach różnego kształtu nie są ze sobą porównywalne. W polskich normach zalecane do badań są próbki o przekroju prostokątnym i wymiarach 55x10x10 mm z karbem w kształcie litery U, o wysokości w miejscu karbu h=8 mm, h=7 mm oraz h=5 mm oraz próbki z karbem w kształcie litery V, o wysokości w miejscu karbu h=8 mm.

Próbę udarności przeprowadza się przy użyciu młotów wahadłowych. Próbę należy przeprowadzić tak, aby uderzenie młota było środkowe oraz oś karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młota i karb był po stronie przeciwnej do uderzenia. Do próby udarności służy według normy PN-EN ISO 14556 młot wahadłowy typu Charpy.

Schemat działania młota

Po opuszczeniu luzem z położenia 0 młot osiągnie położenie 1. Jeżeli natomiast w położeniu równowagi młota jest umieszczona próbka udarnościowa, to młot spadając musi wykonać pracę na zniszczenie tej próbki i po jej złamaniu wznieść się do położenia 2

Zatem energia zużyta na złamanie próbki będzie równa różnicy zasobów energii potencjalnej w położeniu 1 i 2:

K=L1-L2=Gh₁-Gh₂

Początkowa energia uderzenia młota według PN powinna wynosić: 300, 150, 100, 50, 10 lub 5 J. Należy ją dobierać w ten sposób, aby wartość energii zużytej na złamanie próbki wynosiła powyżej 10% wartości energii początkowej młota. Młoty udarnościowe zaopatrzone są zwykle w skalę, na której można bezpośrednio odczytać energię.

Miarą udarności zgodnie z PN jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą jednorazowego uderzenia do przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu:

K - praca uderzenia [J],

S₀ - powierzchnia początkowa przekroju w miejscu karbu

Twardość

Twardość jest miarą oporu, jaki wykazuje ciało przeciw lokalnym odkształceniom trwałym, powstałym na powierzchni badanego materiału wskutek wciskania weń drugiego twardszego ciała, zwanego wgłębnikiem lub penetratorem.

Metody badania twardości dzielimy na dwie grupy: statyczne i dynamiczne.

Pomiar twardości metodą Rockwella

Zasada pomiaru twardości metodą Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka diamentowego lub kulki stalowej, o określonych wymiarach, a następnie zmierzeniu trwałego przyrostu głębokości odcisku. Przyrost głębokości jest podstawą do określenia twardości.

Pomiar twardości metodą Brinella

Polega na wgniataniu pod obciążeniem F, stalowej kulki hartowanej o średnicy D w badany materiał, w czasie t. Średnica odcisku kuli d, jako średnica dwóch pomiarów w kierunkach wzajemnie prostopadłych, służy do obliczenia pola powierzchni odcisku. Twardość HB oblicza się jako iloraz siły obciążającej i pola powierzchni powstałego odcisku (czaszy kulistej).

Pomiar twardości metodą Vickersa

Metoda polega na wciskaniu w próbkę, diamentowego wgłębnika w kształcie ostrosłupa o podstawie kwadratu. Po odjęciu obciążenia mierzy się długości przekątnych i czworokątnego odcisku. Twardość Vickersa wyraża się stosunkiem siły F do powierzchni pobocznicy odcisku.

Ostatecznie twardość Vickersa można obliczyć ze wzoru:

Siła obciążająca wgłębnik może przyjmować wartości od 9,8 N do 981 N, przy czym jako podstawowe przyjęto obciążenie siłą F = 294 N (obciążenia poniżej 9,8 N stosuje się w próbach mikrotwardości).

---