1. Wstęp:

1.1. Cel praktyczny badań

Badanie statycznego rozciągania przeprowadzamy w celu wyznaczenia podstawowych parametrów opisujących własności wytrzymałościowe i plastyczne materiału oraz porównanie własności mechanicznych materiałów o różnych właściwościach. Metoda polega na poddaniu odpowiednio przygotowanej próbki działaniu siły rozciągającej aż do zerwania.

Właściwości wytrzymałościowe - właściwości charakteryzujące opór materiału próbki na odkształcanie lub pękanie. Wielkości wytrzymałościowe wyznacza się z położenia określonych punktów na wykresie statycznego rozciągania.

1.2. Definicje podstawowych pojęć

Do próby statycznego rozciągania stosujemy próbki z główkami do chwytania w szczęki o średnicy d₀ = 8mm i L₀ = 40mm.

Naprężenie - to miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych. Jednostką naprężenia jest paskal [Pa]. Naprężenie jest to iloraz siły i pola przekroju ciała, na które działa ta siła i wyraża się wzorem: σ = F/S.

Odkształcenie - jest miarą deformacji ciała poddanego siłom zewnętrznym. Aby móc mówić o odkształceniu, należy wyróżnić dwa stany ciała: początkowy i końcowy. Na podstawie różnic w położeniach punktów w tych dwóch stanach można wyznaczać liczbowe wartości odkształcenia. Odkształcenie wyraża się wzorem ΔL = L_U - L₀.

Wydłużenie - stosunek zmiany długości próbki w momencie zerwania do długości początkowej próbki, wyrażony w procentach. Wydłużenie wyraża się je wzorem: ε = ΔL/ L₀.

Przewężenie - często nazywane szyjką określa się jako procentowe zmniejszenie przekroju próbki i wyraża się wzorem: Z = (S₀ - S_U)/ S_U*100%.

Badamy dwa rodzaje materiałów:

1. Stal niestopowa zwykłej jakości S235 (St3 - stare oznaczenie) - jest to materiał podobny do stali kadłubowej o zwykłej wytrzymałości o współczynniku proporcjonalności E = 207000 MPa.

2. Stop aluminium ( z grupy duraluminium - duraluminium PA6) AlCu4Mg1 - stop głównie używany w lotnictwie i obecnie nie stosowany w okrętownictwie ( ponieważ jest podatny na korozję elektrolityczną i trudnospawalny) o współczynniku proporcjonalności E = 68000 MPa.

2. Metodyka badań:

2.1. Badanie zrealizowano w temperaturze pokojowej w pomieszczeniu laboratoryjnym przy wolno rosnącej sile.

Geometria użytej próbki.

2.2 Opis maszyny do badań:

Próbę statycznego rozciągania przeprowadzono przy użyciu maszyny wytrzymałościowej z napędem mechanicznym.

1 - próbka

2 - szczęki maszyny

3 - górna belka

4 - dolna belka

5 - współbieżne śruby pociągowe

6 - siłomierz

7 - ekstensometr

Próbkę umieszczono w szczękach typu samozaciskowego ( siła zacisku części chwytowej próbki rośnie wraz ze wzrostem siły rozciągającej ), które są umocowane do górnej i dolnej belki obciążającej. Maszyna napędzana jest silnikiem prądu stałego, który poprzez przekładnie i sprzęgła napędza dwie współbieżne śruby pociągowe. Śruby te obracają się z prędkością regulowaną przez silnik napędowy maszyny i przełożenie przekładni. Śruby pociągowe za pośrednictwem nakrętek umieszczonych w dolnej belce napędowej poruszają tę belkę w kierunku pionowym i poziomym w zależności od kierunku obrotów śrub, powodując tym ściskanie i rozciąganie próbki.

3. Przyrządy pomiarowe (opis):

Główne wielkości rejestrowane podczas próby statycznego rozciągania, to siła obciążająca i wydłużenie próbki.

- siłę obciążająca mierzy się w MPa za pomocą siłomierza.

- wydłużenie próbki mierzy się za pomocą ekstensometru.

Tensometr oporowy wykorzystuje zjawisko zmiany oporności przewodnika wraz ze zmianą jego długości (opór przewodnika wzrasta wraz ze spadkiem średnicy przewodnika ( R = (ρ*S₀)/L , gdzie ρ to opór właściwy przewodnika, S to pole przekroju poprzecznego próbki obliczaną ze wzoru: S₀ = (π*d₀²)/4)), a L to długość próbki). Przewodnik odkształca się ( wydłuża lub skraca ) wraz z powierzchnią przedmiotu, na której jest naklejony. Stąd spadek potencjału ( U = I*R = I*(ρ*S₀)/L = I*( ρ*(π*d₀²)/4) /L ) mierzony na tym przewodniku ( jest izolowany elektrycznie od podłoża, a natężenie prądu I = const ) jest proporcjonalny do wydłużenia przedmiotu. Połączony szeregowo ze szczęką górna maszyny siłomierz jest to cięgno z naklejonymi tensometrami. Spadki napięcia na tych tensometrach SA wprost proporcjonalne do siły, stąd po wymnożeniu ich przez współczynnik kalibracji (ustalony empirycznie przed badaniami) uzyskuje się wartość siły obciążającej próbkę.

Ekstensometr jest to blaszka ze stali sprężynowej wygięta w kształcie litery П. Swobodne końce ekstensometru są zamocowane na próbce, na końcach ej długości pomiarowej. Na ekstensometrze są naklejone odpowiednio połączone tensometry oporowe. Wydłużanie się próbki powoduje rozchylanie się blaszki, czemu towarzyszą odpowiednie odkształcenia i naprężenia zginające, a w konsekwencji zmiana napięcia na tensometrach. Ta zmiana napięcia jest wprost proporcjonalna do wydłużenia próbki ΔL.

Ekstensometr do badania wydłużenia próbki.

3. Wyniki badań:

Wykres A	Wykres B
LU = 55,8 mm	LU = 48,6 mm
dU = 4,1 mm SU=π*d0^2/4 = 13,19585 mm^2	dU = 6,4 mm SU=π*d0^2/4 = 32,1536 mm^2
F — ΔL σ — ε σ = F/S0 — ε = ΔL/L0 F/50.24 [mm^2] — ΔL/40 [mm^2]

4. Wnioski:

4.1. Obserwacje próby:

- wolny charakter przeprowadzonej próby potwierdza jej statyczny charakter

- w większości przypadków próbki stalowe pękają bliżej środka długości pomiarowej próbki

- w większości przypadków próbki ze stopu aluminium pękają bliżej krańców długości pomiarowej próbki

- charakterystyka przełomu:

• kąt przełomu próbki stalowej jest bliski kontowi prostemu zawartemu pomiędzy długością próbki, a jej średnicą

• przełom próbki ze stopu aluminium jest nachylony pod kątem zbliżonym do 45˚ do płaszczyzny

4.2. Wyznaczenie wydłużenia trwałego całkowitego na podstawie pomiarów próbki po zerwaniu i na podstawie wykresu.

A_p - wartość względnego wydłużenia plastycznego

L_U - długość odcinka pomiarowego po końcowym zerwaniu próbki w punkcie U

Odczyt z wykresu:
Wykres A	Wykres B
ApI = (15,75/40)*100% = 39,375%	ApI = (8,36/40)*100% = 20,9%

ApII = ((LU - L0)/ L0)*100%
Wykres A	Wykres B
ApII = ((55,8 - 40)/40)*100% = 39.5%	ApII = ((48,6 - 40)/40)*100% = 21,5%
Błąd pomiarów: Δ% = (2*|AI - AII|/(AI + AII))*100%
Δ% = (2*|39,375% - 39.5%|/(39,375 + + 39.5%))*100% = 0,3169572%	Δ% = (2*|20,9% - 21,5%|/(20,9% + + 21,5%))*100% = 2,8301886%

4.3. Wyznaczenie przewężenia plastycznego.

Z = ((S0 - SU)/S0)*100%
Wykres A	Wykres B
S0 = π*d0^2/4= 3,14*8^2/4 = 50,24 mm^2
SU=π*d0^2/4 = 13,19585 mm^2	SU=π*d0^2/4 = 32,1536 mm^2
ZA = ((50,24 - 13,19585)/ 50,24)*100% = = 73,7343375%	ZB = ((50,24 - 32,1536)/ 50,24)*100% = = 36%

4.4 Wnioski końcowe:

Analiza tabel i porównanie wykresów wskazuje, że:

• Stal użyta w próbie statycznego rozciągania posiada lepsze właściwości plastyczne od użytego stopu aluminium.

• Użyta stal posiada wyraźną granicę plastyczności w przeciwieństwie do użytego stopu aluminium.

• Użyty stop aluminium posiada lepsze właściwości wytrzymałościowe.

• Użyty stop aluminium jest bardziej kruchym metalem od użytej stali.

• Pole przekroju przełomu próbki wykonanej ze stopu aluminium jest większe od pola przełomu próbki wykonanej z użytej stali.

---