Politechnika Koszalińska

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Katedra Konstrukcji Betonowych

Ćwiczenie nr 2

Badania właściwości stali zbrojeniowej.

Sprawdził: Wykonała:

Dr inż. W. Borjaniec Urszula Sajkowicz

Koszalin 2007

1. Zakres ćwiczenia.

Określenie:

• granicy plastyczności stali
  ,

• umownej granicy plastyczności sali
  ,

• wytrzymałości na zerwanie
  ,

• modułu sprężystości podłużnej
  .

Badania przeprowadzono metodą odciążania i obciążania.

2. Wprowadzenie.

1. Próbka materiału.

Podstawową częścią próbki jest jej baza pomiarowa o długości L, która jest równa pięciu lub dziesięciu średnicom przekroju poprzecznego. Pogrubione końce próbki, nazywamy główkami, służą do mocowania próbki w maszynie.

Próbę statyczną rozciągania stali można przeprowadzać na próbkach okrągłych i płaskich. Badania zostały przeprowadzone na próbkach okrągłych o długości bazy równej 100mm. Średnica d każdej próbki została pomierzona w trzech przekrojach w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Pomierzone wartości zostały zestawione w punkcie 4.

2. Maszyna wytrzymałościowa.

Służy do mocowania próbek, wywierania obciążenia i do pomiaru wartości przyłożonej siły.

Badania przeprowadzono na maszynie typu ZD 40, o zakresie siłomierza:
i elementarnej podziałce
.

3. Ekstensometr.

Przyrząd do pomiaru wydłużeń elementów. Z badanym przedmiotem stykają się dwa elementy ekstensometru zwane nóżkami, które na skutek odkształceń badanej próbki przesuwają się względem siebie, dokonując pomiaru.

Do badań został użyty ekstensometr typu MK 3, o elementarnej podziałce 0,01mm

i zakresie pracy czujników
.

3. Oznaczenia, definicje, metody badań.

1. Granica plastyczności stali
   - równa jest naprężeniu, po osiągnięciu którego odkształcenia rosną bez przyrostu obciążenia.

2. Umowna granica plastyczności sali
   - jest to wartość naprężenia, która powoduje powstanie w próbce odkształceń trwałych o określonej wartości równej 0,002.

3. Wytrzymałość na zerwanie
   - jest to wartość wyrażona stosunkiem maksymalnej siły przyłożonej do próbki
   do początkowego pola przekroju tej próbki
   .

4. Metody badań:

1. Metoda odciążania.

Umieszczamy próbkę w maszynie wytrzymałościowej i poddajemy ją obciążeniu
. Montujemy ekstensometr, następnie minimalnie zmieniamy obciążenie i sprawdzamy ekstensometr po czym zerujemy jego czujniki zegarowe. Po wyzerowaniu przykładamy obciążenie
i następnie na
sekund obciążenie
, dokonując odczytu po powrocie do obciążenie
. Realizując kolejne obciążenia odczytu zawsze dokonujemy przy powrocie do obciążenia wyjściowego
. Jeżeli obciążenie osiągnie wartość
to należy zmniejszyć skok przykładanego obciążenia. Pomiary wydłużeń prowadzimy do momentu, aż po kolejnym cyklu obciążenia i odciążenia na obu czujnikach zegarowych osiągniemy wydłużenia trwałe co najmniej
. Po uzyskaniu wymaganych wydłużeń trwałych, zdejmujemy ekstensometr i doprowadzamy do zerwania próbki.

Metoda odciążania jest metodą analityczną, dokładną i bazuje na umownej granicy plastyczności stali.

2. Metoda obciążania.

Montujemy próbkę i ekstensometr jak w powyższym przypadku. Różnica między metodą odciążenia i obciążania polega na tym, że w drugiej metodzie obciążenie wzrasta w sposób ciągły. Wydłużenie całkowite próbki mierzymy w sposób ciągły. W tym przypadku również należy zmniejszyć skok obciążenia przy
. Ekstensometr należy zdjąć z próbki, gdy w kolejnej fazie odciążenia osiągniemy wartość
. Po zdjęciu ekstensometru z próbki doprowadzamy do jej zerwania.

Metoda obciążania jest metodą analityczno - wykreślną i jest mniej dokładna od metody odciążania.

Jeżeli siła
uzyskana przy zerwaniu danej próbki będzie się różniła o więcej niż
od siły
przyjętej do ustalenia kroków obciążeń, badanie należy unieważnić i wykonać ponownie dla nowej próbki.

4. Wyniki przeprowadzonych badań.

Temperatura w jakiej wykonane zostały badania wynosiła
.

Średnicę bazy pomiarowej próbki pomierzono w trzech przekrojach w dwóch prostopadłych kierunkach. Najmniejsza uzyskana średnica wynosi:
oraz
.

Zerwanie próbki.

Wyniki:

Opis próbki po zerwaniu:

Zerwanie nastąpiło w bazie pomiarowej w zakresie skali. Wystąpiła jedna szyjka. Struktura drobnoziarnista. Materiał jednorodny, przekrój matowy. Brak zanieczyszczeń.

Obliczam:

5. Wykonanie badania metodą odciążania.

Badanie przeprowadzamy na nieobrobionej próbce żebrowanej stali zbrojeniowej.

Masa próbki:
.

Długość próbki:
. Gęstość masy dla stali 7850 kg/m³.

Jest to stal 34GS, dla której otrzymano
. Na podstawie tej wartości szacujemy wartość
i zakładamy kroki obciążeń co 5kN.

Zestawienie wyników badań próbki pierwszej:

Lp.	Obciążenie F [kN]	Odczyt z ekstensometru [mm]		Średnia [mm]
					L	P
1		0,00	0,00	0
2		0,00	0,00	0
3		0,00	0,00	0
4		0,00	0,00	0
5		0,00	0,00	0
6		0,00	0,00	0
7		0,00	0,00	0
8		0,01	0,00	0,005
9		0,01	0,00	0,005
10		0,02	0,00	0,01
11		0,03	0,00	0,015
12		0,13	0,06	0,095
13		0,15	0,11	0,13
14		0,19	0,17	0,18
15		0,17	0,30	0,235

Obliczenia:

• powierzchnia początkowa próbki:

• siła która odpowiada umownej granicy plastyczności stali:

• wytrzymałość na zerwanie:

Opis próbki po zerwaniu.

Doszło do zerwania próbki w bazie pomiarowej. W przekroju nie było zanieczyszczeń. Struktura materiału jednorodna, drobnoziarnista. Kolor przekroju lekko metaliczny. Brzegi poszarpane.

6. Wykonanie badania metodą obciążania.

Zestawienie wyników badań próbki drugiej.

Lp.	Obciążenie F [kN]	Odczyt z ekstensometru [mm]		Średnia [mm]
					L	P
1		0,00	0,00	0
2		0,03	0,01	0,02
3		0,05	0,01	0,03
4		0,07	0,03	0,05
5		0,09	0,04	0,065
6		0,12	0,05	0,085
7		0,15	0,07	0,11
8		0,17	0,09	0,13
9		0,20	0,11	0,155
10		0,23	0,14	0,185
11		0,27	0,17	0,22
12		0,36	0,25	0,305
13		0,40	0,29	0,345
14		0,46	0,35	0,405
15		0,54	0,42	0,48

Maksymalna przyłożona siła:
.

Obliczenia:

• powierzchnia początkowa próbki:

• wytrzymałość na zerwanie:

• siła która odpowiada umownej granicy plastyczności stali:

Z wykresu odczytuję:

• moduł sprężystości podłużnej:

Opis próbki po zerwaniu.

Próbka zerwana w bazie pomiarowej. Poszarpane brzegi świadczą o ciągliwości materiału. Na przekroju brak widocznych zanieczyszczeń. Struktura jednorodna, drobnoziarnista. Kolor lekko-metaliczny.

7. Uwagi.

Pręt obciążony osiowo siłą F ulega odkształceniu, które obejmuje przyrost jego długości i jednoczesne zmniejszenie się jego przekroju poprzecznego. Zależność pomiędzy przyłożonym obciążeniem a odkształceniem określa prawo Hooke'a. Jednak prawo to jest idealizacją tego jak w rzeczywistości zachowuje się materiał i obowiązuje tylko dla charakterystycznych dla danego materiału wartości obciążeń. Właśnie do określenia rzeczywistej zależności pomiędzy obciążeniem a odkształceniem przeprowadza się badanie zwane próbą rozciągania stali.

6

---