Bez nazwy

2. STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

2.1. Wstęp

Statyczną próbę skręcania przeprowadza się na skręcarce o napędzie ręcznym lub mechanicznym. Odpowiednio przygotowaną okrągłą próbkę obciążamy parami sil działającymi w płaszczyznach prostopadłych do jej osi. Próbkę mocujemy w szczękach maszyny wytrzymałościowej; maszyna współpracuje z komputerem, co pozwala uzyskać wykres momentu skręcającego M_s w funkcji kąta skręcenia <p.

Charakterystyczną cechą omawianej próby jest jednakowy rozkład odkształceń i naprężeń na długości próbki aż do chwili złomu. Niekorzystnym zjawiskiem jest zmienność odkształceń i naprężeń wzdłuż promienia próbki.

Mimo iż próba skręcania znalazła mniejsze zastosowanie w badaniach właściwości mechanicznych materiałów niż próba rozciągania, ma ona jednak duże zastosowanie w praktyce inżynierskiej oraz w teoretycznych rozważaniach dotyczących plastycznego płynięcia materiałów. Próbę skręcania można wykorzystać do wyznaczania modułu sprężystości poprzecznej G.

2.2. Wykres skręcania

Na rysunku 2.1 przedstawiono wykres skręcania stali o średniej zawartości węgla w układzie współrzędnych M-<p.

W początkowym okresie próby obowiązuje prawo Hooke'a (odcinek OA), wyrażające się w tym przypadku wzorem

(2.1)

r = Gy,

gdzie r- naprężenie ścinające,y - kąt odkształcenia postaciowego na zewnętrznej powierzchni skręcanej próbki.

Punkt A jest to teoretycznie zdefiniowana granica proporcjonalności, do której obowiązuje prawo Hooke'a. Punkt B odpowiada teoretycznej granicy sprężystości, do której nie zachodzą odkształcenia trwałe. Naprężenia na granicy sprężystości określa się jako

R,

(2.2)

W rzeczywistości granica sprężystości nie istnieje. Wyznacza się umowną granicę sprężystości i definiuje się jako taką wartość naprężenia, po której przekroczeniu powstające odkształcenia trwałe nie przekraczają zadanej wartości. Po przekroczeniu punktu B następuje plastyczne płynięcie materiału, a powstałe w punkcie C naprężenia nazywamy granicą plastyczności. Jej pojawieniu się towarzyszy odkształcenie trwałe, przy czym granica plastyczności przy skręcaniu nie występuje tak wyraźnie jak przy próbie rościągania średniowęglowej stali, gdyż odkształcenia plastyczne pojawiają się najpierw w zewnętrznej warstwie próbki, a zatem nie pojawią się równocześnie w całym przekroju.

Rys. 2.1. Wykres skręcania średniowęglowej stali

Następny fragment wykresu oznacza umocnienie materiału próbki i kończy się jego zniszczeniem (punkt E na rys. 2.1). Mówimy wtedy o osiągnięciu przez materiał doraźnej wytrzymałości na skręcanie. Całkowity kąt skręcenia (odcinek OE") składa się zr"części sprężystej i plastycznej.

W przypadku odciążenia materiału od dowolnego punku D moment skręcający będzie przebiegał po linii DD', równoległej do OA. Odcinek OD'jest częścią plastyczną, a D'D" częścią sprężystą kąta skręcenia odkształconej próbki. Powtórne obciążenie spowoduje umocnienie materiału z równoczesnym zanikiem wyraźnej granicy plastyczności.