WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Wydział Mechatroniki

Zakład Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

ĆWICZENIE LABORATORYJNE

Nr 4

Temat: Badanie właściwości mechanicznych metali na podstawie próby rozciągania

Prowadzący: ppłk dr inż. Jacek Janiszewski

Ocena:………

Dorota Mańkowska

Grupa:A-31

1.Wiadomości wstępne:

Próba rozciągania jest podstawową wytrzymałościową próbą statyczną mającą zastosowanie w badaniu wybranych właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Polega ona na rozciąganiu przyłożoną siłą osiową odpowiednio przygotowanej próbki pomiarowej.

Próba rozciągania przeprowadzana jest na urządzeniach zwanych zrywarkami. Podczas próby rejestrowana jest siła obciążająca próbkę F oraz jej całkowite wydłużenie Δl.

Przebieg zmian tych wielkości zapisywany jest w postaci wykresu F-Δl.

Przy porównaniu właściwości wytrzymałościowych różnych materiałów, w celu spełnienia warunków podobieństwa prób stosowany jest układ współrzędnych: σ-ε, wiążący relacje między siłą rozciągającą a odkształceniem z wymiarami początkowymi próbki, tzn. z jej przekrojem początkowym S₀ oraz długością początkową części pomiarowej L₀. Ze względu na to, że wymiary S₀ i L₀ są stałe zmieniają się jedynie skale osi współrzędnych wykresu zaś charakter wykresu nie ulega zmianie.

Na podstawie wykresu F-Δl wyznacza się wielkości charakteryzujące materiał próbki ;

• Naprężenie graniczne przy przyroście nieproporcjonalnym R_p, jest to naprężenie określone w zakresie sprężystym, równe umownemu procentowemu przyrostowi długości pomiarowej próbki

R_p = F_p / S₀ [MPa]

• Górną granice plastyczności R_eH - naprężenie odpowiadające największej sile rozciągającej, po przekroczeniu granicy proporcjonalności, po którym następuje jej spadek lub ustalenie się

R_eH = F_eH / S₀ [MPa]

• Dolną granicę plastyczności R_eL - naprężenie odpowiadające początkowemu efektowi przejściowemu tj.: najmniejszej sile rozciągającej w tym zmiennym zakresie

R_eL = F_eL / S₀ [MPa]

• Naprężenie graniczne przy wydłużeniu trwałym R_t - naprężenie rozciągające , przy którym po zdjęciu siły wydłużenie trwałe odcinka pomiarowego próbki nie przekroczy umownej wartości t

R_t = F_t / S₀ [MPa]

• Wytrzymałość na rozciąganie R_m - naprężenie umowne odpowiadające maksymalnej wartości siły rozciągającej.

R_m = F_m / S₀ [MPa]

• Naprężenie rozrywające R_u - rzeczywiste naprężenie występujące w przekroju poprzecznym próbki o powierzchni pola przekroju S_u

R_u = F_u / S_u [MPa]

• Przewężenie pomiarowe Z - określane jest jako iloraz zmniejszania powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania do powierzchni jej pierwotnego przekroju ,wyrażonej w procentach

Z = (S₀ - S_u)/ S₀ *100 [%]

• Wydłużenie procentowe przy rozerwaniu A - jest to przyrost długości pomiarowej próbki po jej zerwaniu w odniesieniu do początkowej długości pomiarowej próbki

A = (L_u - L₀)/ L₀ *100 [%]

2.Wykonanie ćwiczenia:

W ćwiczeniu użyto próbki walcowej z główkami gwintowanymi (o gwincie M12, dł. 26mm). Długość całkowita próbki L_c =145.08mm, długość części pomiarowej L₀=80mm. Uśredniona średnica części pomiarowej wynosi: 7,97mm (próbka dziesięciokrotna). Próbkę poddawano rozciąganiu na zrywarce z prędkością 0,05m/s. Pomiary wartości siły działającej na materiał próbki dokonywano za pomocą tensometrycznego czujnika siły o zakresie do 10 ton (w ćwiczeniu 5 ton). Automatycznie otrzymywano wykres zależności F-Δl. Pomiarów wymiarów geometrycznych próbki dokonywano za pomocą suwmiarki elektronicznej.

W ćwiczeniu sprawdzano właściwości materiału na podstawie próby rozciągania.

3. Otrzymane wyniki:

A)

Tabela1

	Średnica próbki przed zerwaniem d0 [mm]
	7,98
	7,97
	7,97
	7,97
	7,95
średnia	7,97

Przekrój początkowy próbki S₀:

S₀=
=50,24 mm²

B)

Średnica „szyjki” d_max =7,4mm

S_max= (π * d_max)/4 = 42,98 mm²

C)

Tabela2

	Średnica próbki po zerwaniu du [mm]
	5,01
	5,01
	5,04
	4,94
	4,99
	4,97
średnia:	4,99

S_u= (π * d_u)/4 = 19,55 mm²

Dane pomocnicze:

F [kg]	F [N]	Δ l [mm]	σ	ε
0	0	0	0	0
250	2453	0,2	48	0,0025
500	4905	0,3	96	0,00375
750	7358	0,4	144	0,005
1005	9859	0,5	193	0,00625
1250	12263	0,6	240	0,0075
1505	14764	0,9	289	0,01125
1750	17168	1,4	337	0,0175
2000	19620	1,8	385	0,0225
2250	22073	2,5	433	0,03125
2500	24525	3,3	481	0,04125
2750	26978	4,4	529	0,055
2925	28694	6,2	563	0,0775
3005	29479	6,9	578	0,08625
3070	30117	8,4	591	0,105
3155	30951	10,5	607	0,13125
3220	31588	12	619	0,15
3250	31883	13	625	0,1625
3250	31883	13,9	625	0,17375
3225	31637	15,7	620	0,19625
3150	30902	16,4	606	0,205
3070	30117	17	591	0,2125
2925	28694	17,5	563	0,21875
2750	26978	18	529	0,225

Wykres1

σ=

ε=

Wykres2

D) naprężenie rozrywające R_u:

R_u=

F_u - siła, przy której nastąpiło zerwanie próbki pomiarowej, wartość wyznaczona z wykresu (Wykres1)

F_u=26978 N

R_u=1379 Mpa

E) wytrzymałość na rozciąganie R_m:

R_m=

F_m - największa siła rozciągająca wyznaczona z wykresu (Wykres1.).

F_m=31883 N

R_m=634,6 MPa

F) rzeczywista wytrzymałość na rozciąganie R_rzecz:

R_rzecz = F_m/S_max

R_rzecz =741,8 MPa

G) umowna granica plastyczności R_0,2

R_0,2=

F_0,2 - wyznaczamy na podstawie wykresu (Wykres 1).

F_0,2=2300*9,81=22563 N

R_0,2=449 MPa

H). wydłużenie procentowe A przy zerwaniu

A=
= 18mm/80mm = 22,5%

I) przewężenie procentowe Z.

Z= (S₀-S_u)/S₀ * 100% = 61%

4.Wnioski:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było określenie wybranych właściwości mechanicznych próbki metalowej na podstawie statycznej próby rozciągania. Otrzymano następujące wyniki:

• R_m=634,6Mpa

• R_u=1379 MPa

• R_0,2=449 Mpa

• A=22,5%

• Z=61%

Wykres zależności σ-ε pokazuje, iż materiał badanej próbki przy rozciąganiu nie wykazuje wyraźnej granicy plastyczności. Po pewnym czasie średnica próbki wynosiła 7,4mm. Różniła się zatem od wartości początkowej średnicy próbki o 0,57mm. Początkowo długość pomiarowa próbki wynosiła L₀=80mm. Po przeprowadzeniu ćwiczenia próbka miała długość L_u=98mm. Zatem próbka wydłużyła się o wartość Δl=18mm.

Na podstawie otrzymanych wyników oraz porównania ich z wartościami w poradniku (Mały Poradnik Mechanika), można stwierdzić, że próbka wykonana została ze stali konstrukcyjnej niskostopowej o podwyższonej wytrzymałości.

Przeprowadzone pomiary są obarczone błędami wynikającymi między innymi z niewystarczającej liczby punktów wykresu otrzymanego ze zrywarki przeniesionych do obliczeń, niedokładnego zwymiarowania próbki, niedokładności przyrządów pomiarowych.

---