2852046755

Statyczna próba rozciągania stali (pręta stalowego)

Badania doświadczalne są podstawą wytrzymałości materiałów, gdyż pozwalają określić własności materiałowe. Na podstawie tych badań tworzy się modele materiałowe opisujące zjawiska zachodzące w materiale podczas obciążania. Na skutek rosnących obciążeń narastają w konstrukcji zarówno naprężenia jak i odkształcenia. Istnieje więc pewna zależność pomiędzy nimi o=o(e). Tę zależność omówimy dokładnie na przykładzie próby jednoosiowego „rozciągania stali”. Rozciągana próbka znajduje się w jednoosiowym stanie naprężeń. Jest to próba statyczna, gdyż obciążenie przykładane jest wolno, tak aby w uproszczeniu można było uznać je za stałe. Wykonuje się też badania udarowe i pod działaniem cyklicznych obciążeń dynamicznych.

Próbki do badania stali, stopów aluminium lub miedzi wykonuje się z odpowiednio wytoczonego pręta jak na rysunku (rys.22), np. pręta zbrojeniowego. Taki kształt umożliwia łatwe zamocowanie w zaciskach maszyny wytrzymałościowej (rys.23) i wykonanie pomiarów. Gdy nie można wykonać próbki okrągłej używa się płaskiej.

Rys.22 Próbka stalowa przygotowana do rozciągania w maszynie wytrzymałościowej.

Rys.23 Maszyna wytrzymałościowa do badań wytrzymałości na rozciąganie.

Próba rozciągania stali niskoweglowych

Omówimy szczegółowo badanie stali niskowęglowej, czyli o zawartości węgla < 0.3%. Jest to stal miękka i niehartowalna. Krzywa rozciągania stali niskowęglowej ma kształt pokazany na rys.24.

Rys. 24 Krzywa rozciągania pręta ze stali niskowęglowej (C<0.3%). {folia}

Na wykresie rejestrowane jest naprężenie normalne rozciągające pręt cr=N/Ajako funkcja odkształcenia podłużnego pręta £=żlL/L.W maszynie wytrzymałościowej łatwiej kontrolować wydłużenie próbki a przez to odkształcenie niż wartość siły rozciągającej. Dlatego otrzymujemy wykres naprężeń w funkcji odkształceń a nie odwrotnie. Maszyna wytrzymałościowa nie uwzględnia również zmieniającej się - na skutek odkształceń poprzecznych - średnicy pręta. Dlatego naprężenia są kreślone dla stałego - pierwotnego pola przekroju pręta. Ze względu na swoją wielkość odkształcenia £ mogą być kreślone w procentach a naprężenia a w megapaskalach a bezpośrednio z maszyny wytrzymałościowej, szczególnie w przypadku prostszych i starszych urządzeń uzyskuje się wykres P—AL.

Jak widać na wykresie na początku badania naprężenia przyrastaj bardzo szybko wraz ze stosunkowo niewielkim wzrostem odkształceń. Ten pierwszy odcinek krzywej <7-£jest praktycznie niemalże liniowy, a jego nachylenie może być uznane za stałe. Naprężenia a_H (lub R_pr), dla których naprężenia przestają zmieniać się proporcjonalnie do odkształceń nazwa się granicą proporcjonalności.

Aż do tej chwili zdjęcie wszystkich obciążeń (odciążenie) powoduje powrót próbki do swoich początkowych rozmiarów - wyzerowanie odkształceń. Mówimy, że materiał zachowuje się sprężyście a odkształcenia nazywamy sprężystymi. Po przekroczeniu pewnej wartości naprężeń pomimo całkowitego zdjęcia obciążeń (odciążenia) długość próbki nie powróci do wartości początkowej, gdyż pozostaną odkształcenia trwałe. Wartość naprężeń dla których obserwuje się pierwsze odkształcenia trwałe nazywa się granicą sprężystości i oznacza c_c lub R_sp. W przypadku stli miękkich obie granice proporcjonalności i sprężystości są zwykle na tyle bliskie, że można uznać je za równe.

Jak się okazuje im dokładniejsze urządzenia pomiarowe (tensometry) tym mniejsze naprężenia dla których można wykazać istnienie odkształceń trwałych. Tym samym zmniejsza się granica sprężystości. Najprawdopodobniej nawet najmniejszym obciążeniom towarzyszą odkształcenia trwałe [11]. Dlatego wprowadzono umowną granicę sprężystości Ro.os odpowiadającą