Laboratorium Wytrzymałości Materiałów
WYDZIAŁ	:	Górnictwa i Geoinżynierii	SKŁAD ZESPOŁU: Herezy Łukasz Kaczmarski Paweł
ROK	:	II
GRUPA	ROK	2
ZESPÓŁ	:	1
TEMAT: Próba statyczna rozciągania metali
Data wykonania: 28.II.2003			Data zaliczenia:	Ocena:

1. Wprowadzenie

Podczas rozciągania badaną próbkę poddaje się działaniu jednoosiowego ob­ciążenia, mierząc jednocześnie siłę rozciągającą i wydłużenie próbki. Wykres zarejestrowa­ny automatycznie przez rejestrator podczas próby odwzorowuje przebieg rozciągania w ukła­dzie siła-wydłużenie. Wykres rozciągania w układzie naprężenie-wydłużenie względne ma nieco inny kształt. Pierwszy nazywamy wykresem umownym lub technicznym, drugi - rze­czywistym wykresem rozciągania. Na wykresach rozciągania metali, przedstawionych na rysunku poniżej wyróżnić można kilka charakterystycznych punktów:

Wykresy rozciągania dla materiałów b) wykazujących górna i dolną granicę plastyczności c) bez wyraźnej granicy plastyczności.

Granica proporcjonalności. Jest to naprężenie, do którego występuje proporcjonal­ność naprężenia do wydłużenia jednostkowego. Wyznacza sieją wg wzoru

(Ph) jest siłą odpowiadającą końcowi prostoliniowego odcinka wykresu rozciągania, a (S_Q) przekrojem początkowym. Granica proporcjonalności jest granicą stosowalności prawa Hooke'a.

Granica sprężystości. Granicy tej towarzyszy pojawienie się odkształceń trwałych. Nie­zwykle trudno jest zarejestrować dokładnie wartość naprężenia, przy którym pojawiaj ą się pierw­sze odkształcenia trwałe. Dlatego przyjęto, że materiał ma wartości sprężyste do umownej granicy sprężystości. Umowną granicę sprężystości (R_0,05­) zdefiniowano jako wartość naprężenia roz­ciągającego, które wywołuje wydłużenie trwałe = 0,05% pierwotnej długości pomiarowej próbki

Po obciążeniu próbki siłą(P_0,05) i po jej odciążeniu powinno pozostać wydłużenie 0,05% pierwotnej długości pomiarowej próbki.

Wydłużenie całkowite jest sumą wydłużenia liniowego i nieliniowego. Przyjmując, że wydłużenie liniowe jest nietrwałe a wydłużenie nieliniowe jest trwałe, (P_0,05) można wyznaczyć z wykresu rozciągania, jako siłę wywołującą wy dłużenie nieliniowe = 0,05% pierwotnej dłu­gości pomiarowej próbki .

Wyraźna granica plastyczności. Występuje na wykresach rozciągania materiałów elastoplastycznych, jak np. stal niskowęglowa. Jest to naprężenie rozciągające, po osiągnię­ciu którego obserwuje się wyraźny wzrost długości rozciąganej próbki bez wzrostu obciążenia

Jeżeli w okolicach granicy plastyczności następuje wyraźna oscylacja naprężenia, to wy­różnia się górną i dolną granicę plastyczności. Naprężenia rozciągające, odpowiadające pierw­szemu szczytowi obciążenia siłą rozciągającą (P_eH), po którym następuje jej spadek, nazy­wane jest górną granicą plastyczności

Naprężenie rozciągające odpowiadające najmniejszej wartości siły (P_eL), po której nas­tępuje ciągły wzrost siły, nazywa się dolną granicą plastyczności

Umowna granica plastyczności. Określa się ją tylko dla materiałów nie mających wyraźnej granicy plastyczności, jak np. stal wysokowęglowa i żeliwo. Umowna granica pla­styczności służy jako kryterium porównawcze do oceny materiałów. Określa się ją jako war­tość naprężenia rozciągającego, które wywołuje w próbce wydłużenie trwałe = 0,2% pier­wotnej długości pomiarowej próbki

Wytrzymałość na rozciąganie. Jest to naprężenie rozciągające, przy którym siła ob­ciążająca uzyskuje maksymalną wartość (P_m)

Odkształcenie na długości próbki przestaje być jednorodne, tworzy się miejscowe prze­wężenie, tzw. szyjka. W tych częściach próbki, które zachowały kształt cylindryczny nadal panuje jednoosiowy stan naprężeń. W samej zaś szyjce stan naprężeń jest trójosiowy.

Naprężenia rozrywające. Jest to naprężenie występujące w przekroju poprzecznym próbki w miejscu przewężenia, w chwili jej rozerwania

Jest to naprężenie rzeczywiste, odniesione do aktualnego przekroju próbki (S_u).

Poprzednie granice obliczono dzieląc wartość siły obciążającej przez pole przekroju po­czątkowego próbki. Przekrój próbki podczas rozciągania stale się zmniejsza. W zakresie od­kształceń sprężystych zmniejszenie próbki jest pomijalnie małe, lecz dalej staje się znaczące. Skutkiem tego, naprężenie rzeczywiste odniesione do przekroju aktualnego (P/S_u) jest wyraźnie większe od naprężenia obliczanego jako iloraz siły obciążającej do przekroju początkowego (P/S₀).

Trzeba pamiętać, że mimo iż granice odnoszone do przekroju początkowego definiowa­no jako naprężenia, są to jedynie naprężenia obliczeniowe lub stałe materiałowe w jednost­kach naprężenia.

Określenie własności plastycznych

Do oceny własności plastycznych materiału, rozumianych jako zdolność do trwałych odkształceń, służy wydłużenie względne (A₁₀) oraz przewężenie względne (Z). Indeks „10" przy A oznacza, że wydłużenie względne zbadano na próbkach proporcjonalnych dziesięcio­krotnych, czyli takich, dla których długość pomiarowa jest dziesięć razy większa od średnicy:

gdzie:

I₀ - początkowa długość pomiarowa,

l_u - długość pomiarowa po zerwaniu,

d_Q - średnica początkowa próbki,

d_u - średnica próbki po próbie w miejscu zerwania.

2. Opis ćwiczenia

Tok przeprowadzania ćwiczenia

a) W środkowej części próbki zaznaczyliśmy dwiema ryskami odcinek pomiarowy

• długości około 100 mm. Zmierzyliśmy długość zaznaczonego odcinka pomiarowego (I₀) i śre­dnicę początkową próbki (d_Q).

2. eśliliśmy bezpieczną wartość siły, do której można pozostawić tensometr na próbce, rów­ną (P_e) lub (0,7 P_m). Rozciągaliśmy próbkę na ręcznym napędzie do bezpiecznej wartości siły, zdejmując w tym czasie około 28 po­miarów wydłużenia i siły. Rozpoczęliśmy notowanie pomiarów, gdy siłomierz będzie wska­zywał 0.

3. Zdjęliśmy tensometr z próbki. Obciążając dalej próbkę przy pomocy napędu mechaniczne­
   go ruchem roboczym aż do zerwania

2. Odczytaliśmy siły (P_e) i (P_m).

4. Zmierzyliśmy długość pomiarową próbki po rozerwaniu (l_u). W tym celu złożyliśmy jej obie części
   tak, aby przylegały do siebie i zmierzyliśmy odległość pomiędzy ryskami.
   Zmierzyliśmy średnicę próbki w miejscu zerwania (d_u).

3. Zestawienie pomiarów

d₀ = 9,8 [mm]

I₀ = 100 [mm]

d_u = 5,4 [mm]

I_u = 12,5 [mm]

P_m = 37000 [N]

P_u = 26000 [N]

Wyniki próby rozciągania

Lp.	Siła P [N]	Wskazania czujników		Przyrost		Wydłużenie
				[mm^-2]		[mm^-2]		၄l
				l1 lewy	l2 prawy	၄lေ	၄lဲ	[mm^-2]
1	0	0	0	0	0	0
2	1000	0	0	0	0	0
3	2000	1	0	1	0	0,5
4	3000	1	0	1	0	0,5
5	4000	2	1	2	1	1,5
6	5000	2	1	2	1	1,5
7	6000	3	1	3	1	2
8	7000	3	2	3	2	2,5
9	8000	4	2	4	2	3
10	9000	5	2	5	2	3,5
11	10000	5	3	5	3	4
12	11000	6	3	6	3	4,5
13	12000	6	3	6	3	4,5
14	13000	7	3	7	3	5
15	14000	7	3	7	3	5
16	15000	8	4	8	4	6
17	16000	8	4	8	4	6
18	17000	9	4	9	4	6,5
19	18000	10	4	10	4	7
20	19000	10	5	10	5	7,5
21	20000	11	5	11	5	8
22	21000	11	6	11	6	8,5
23	22000	12	6	12	6	9
24	23000	13	7	13	7	10
25	24000	13	8	13	8	10,5
26	25000	14	8	14	8	11
27	26000	14	9	14	9	11,5
28	27000	15	10	15	10	12,5

Δl = (Δl₁+Δl₂)/2 -średnia arytmetyczna przyrostów

A)Korzystając z otrzymanych wartości podczas ćwiczenia obliczmy:

Własności wytrzymałościowe

δ_m = P_m /S₀=490.78 [MPa]

δ_u= P_u /S_u=1135.86 [MPa]

Własności plastyczne

Z= 69.63%

A₁₀=25%

Parametry sprężysto- odkształceniowe

E=2.4*10⁵[MPa]

ν=0.35

B) korzystając z wartości odczytanych z otrzymanego wykresu rozciągania dla naszej stali:

δ_eH = P_eH /S₀=370.31 [MPa] P_eH =27918.8 [N]

δ_eL= P_eL /S₀=334.62 [MPa] P_eL =25222.7 [N]

4. Wnioski:

Z przeprowadzonej statycznej próby rozciągania oraz z opracowanych wyników możemy wywnioskować, że nasza próbka jest stalą niskowęglową. Zawartość węgla w materiale (stalach węglowych) decyduje o jego własnościach mechanicznych, czyli własnościach wytrzymałościowych i plastycznych . Węgiel w stali jest dodatkiem, który powoduje jej kruchość. Nasz wniosek możemy poprzeć wykresem który otrzymaliśmy podczas statycznej próby rozciągania. Widać na nim wyraźnie granicę dolną i górną plastyczności oraz tzw. płynięcie materiału. Takim wykresem charakteryzują się stale o dużych własnościach plastycznych. Następną rzeczą, na której, możemy oprzeć nasz wniosek są wartości charakterystycznych wielkości dla naszej próbki. Porównując te wartości z wartościami tablicowymi zauważamy, że są one zbliżone da wartości dla stali St5. Stal ta jest stalą konstrukcyjną zwykłego przeznaczenia o zawartości węgla 0,35%. Dzięki statycznej próbie rozciągania możemy określi bardzo ważne z widzenia konstrukcyjnego wielkości, których używa się przy projektowaniu oraz doborze odpowiedniej stali do obliczeń projektowych. Różnice w wielkościach tablicowych a eksperymentalnych mogą wynikać z niezachowania średnicy próbki która, wynosi 9.8mm a powinna wynosić 10mm, oraz z niedokładnego wyskalowania wykresu, a co za tym idzie odczytanie z niego dokładnych wartości jest niemożliwe. Przeprowadzona próba statycznego rozciągania dla potrzeb dydaktycznych jest wystarczająca, jednak dla uzyskania wartości które będą mgły być użyte w obliczeniach konstrukcyjnych, badania takie powinny być przeprowadzone za pomocą dostępnych nam najnowocześniejszych technik badań.

---