Statyczna próba rozciągania, Studia, Wytrzymałość materiałów, Wytrzymałość

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Ę
wiczenie 1
Opracował: dr in
Ň
. Marek Gontarczyk
Statyczna próba rozci
Ģ
gania metali (zwana dalej prób
Ģ
rozci
Ģ
gania) jest jedn
Ģ
z podsta-
wowych prób stosowanych dla okre
Ļ
lenia własno
Ļ
ci mechanicznych metali. Z próby tej wy-
znacza si
ħ
własno
Ļ
ci wytrzymało
Ļ
ciowe i plastyczne (technologiczne) badanego materiału.
Z badanego materiału (w postaci elementu, wyrobu hutniczego itp.) pobiera si
ħ
próbki, które
po zamocowaniu w maszynie wytrzymało
Ļ
ciowej, poddaje si
ħ
rozci
Ģ
ganiu – a
Ň
do zerwania.
Prób
ħ
wykonuje si
ħ
według Polskiej Normy: PN–EN 10002 – 1: 2004 Metale. Próba rozci
Ģ
-
gania. Metoda badania w temperaturze otoczenia.
eee
e
Celem ogólnym jest zapoznanie si
ħ
ze sposobem przeprowadzenia próby rozci
Ģ
gania,
sposobem prowadzenia pomiarów, nabycie umiej
ħ
tno
Ļ
ci wyznaczania wielko
Ļ
ci charaktery-
stycznych dla badanego materiału.
eeee
Celami szczególnymi s
Ģ
:
1. Wyznaczenie wielko
Ļ
ci charakteryzuj
Ģ
cych stal pod wzgl
ħ
dem wytrzymało
Ļ
ciowym
(górnej granicy plastyczno
Ļ
ci
R
eH
, dolnej granicy plastyczno
Ļ
ci
R
eL
i wytrzymało
Ļ
ci
na rozci
Ģ
ganie
R
m
) oraz plastycznym (wydłu
Ň
enia procentowego po rozerwaniu
A
i
przew
ħŇ
enia
Z
),
2. Wyznaczenie dla
Ň
eliwa szarego wytrzymało
Ļ
ci na rozci
Ģ
ganie
R
m
,
3. Wykonanie dla próbki stalowej wykresów: s(e), s
rz
(e),
A
Å
Æ
L
0
Õ
Ö
, e
i
(
i
),
d
0
4. Wykonanie dla próbki
Ň
eliwnej wykresu: s(D
L
).
ee
Wyró
Ň
nia si
ħ
dwie granice plastyczno
Ļ
ci:
− górn
Ģ
granic
ħ
plastyczno
Ļ
ci:
R
=
F
eH
[MPa = 10
6
N/m
2
],
(1)
eH
S
0
− doln
Ģ
granic
ħ
plastyczno
Ļ
ci:
R
=
F
eL
[MPa],
(2)
eL
S
0
gdzie:
F
eH
− siła w momencie, kiedy nast
ħ
puje jej pierwszy spadek [N];
F
eL
− najmniejsza siła
podczas płyni
ħ
cia z pomini
ħ
ciem ewentualnego efektu przej
Ļ
ciowego (rys. 1), [N];
S
0
− po-
cz
Ģ
tkowe pole przekroju poprzecznego próbki [m
2
].
1
Ä
Ô
e
R
=
F
m
[MPa],
(3)
m
S
0
gdzie:
F
m
– najwi
ħ
ksza siła wyst
ħ
puj
Ģ
ca w próbce, po przekroczeniu granicy plastyczno
Ļ
ci.
Wielko
Ļ
ci wyst
ħ
puj
Ģ
ce w (1÷3) s
Ģ
napr
ħŇ
eniami (umownymi), odpowiadaj
Ģ
cymi charaktery-
stycznej warto
Ļ
ci siły, odniesionej do pocz
Ģ
tkowego przekroju poprzecznego próbki.
eeeee
Wydłu
Ň
enie procentowe po rozerwaniu jest to trwałe wydłu
Ň
enie długo
Ļ
ci pomiarowej po
rozerwaniu, wyra
Ň
one w procentach pocz
Ģ
tkowej długo
Ļ
ci pomiarowej
A
=
L
u

L
0
×
100
%,
(4)
L
0
gdzie:
L
u
– długo
Ļę
pomiarowa po rozerwaniu [mm];
L
0
– pocz
Ģ
tkowa długo
Ļę
pomiarowa
[mm], która dla próbki proporcjonalnej jest obliczana z zale
Ň
no
Ļ
ci
L
=
0
k
S
0
,
(5)
k
= . Wtedy
oznaczenie wydłu
Ň
enia procentowego po rozerwaniu ma posta
ę
A
11,3
. Dla próbek niepropor-
cjonalnych, gdy zale
Ň
no
Ļę
(5) nie jest spełniona, wydłu
Ň
enie procentowe po rozerwaniu trze-
ba uzupełni
ę
indeksem, który jest pocz
Ģ
tkow
Ģ
długo
Ļ
ci
Ģ
pomiarow
Ģ
, np. dla
L
0
= 80 mm po-
daje si
ħ
w oznaczeniu:
A
80 mm
.
eeeee
Przew
ħŇ
enie procentowe jest to najwi
ħ
ksza zmiana powierzchni przekroju poprzecznego,
która nast
ħ
puje podczas próby, wyra
Ň
ona w procentach pocz
Ģ
tkowej powierzchni przekroju
poprzecznego
S
0
5
,
65
S
0
, to nale
Ň
y przyj
Ģę
11
,
Z
=
S
0

S
u
×
100
%,
(6)
S
0
gdzie
S
u
jest najmniejsz
Ģ
powierzchni
Ģ
przekroju poprzecznego próbki po rozci
Ģ
ganiu [m
2
].
Pole powierzchni
S
u
jest równe:
S
=
p
d
2
u
– dla próbek okr
Ģ
głych,
u
4
min
– dla próbek płaskich.
Wymiary:
d
u
,
a
u
,
b
u
s
Ģ
mierzone w miejscu zerwania [mm] (rys. 2).
u
=
a
×
max
=
a
u
×
b
2
gdzie:
k
– współczynnik proporcjonalno
Ļ
ci,
S
0
– pocz
Ģ
tkowa powierzchni przekroju po-
przecznego [m
2
].
Dla próbek proporcjonalnych współczynnik proporcjonalno
Ļ
ci
k
wynosi 5,65 i oznaczenie
wydłu
Ň
enia procentowego po rozerwaniu ma posta
ę
A
. Je
Ň
eli dla próbki proporcjonalnej po-
cz
Ģ
tkowa długo
Ļę
pomiarowa
L
0
nie równa si
ħ
3
S
b
u
Rys. 1. Siły podczas płyni
ħ
cia – próbka stalowa
d
u
N działek
a
u
b
u
Rys. 2. Wymiary przekroju poprzecznego próbek po zerwaniu:
okr
Ģ
głej (górny rysunek) i prostok
Ģ
tnej (dolny rysunek)
ee
eee
Kształt i wymiary stosowanych próbek zale
ŇĢ
od kształtu i wymiarów wyrobów metalo-
wych podlegaj
Ģ
cych badaniu. Próbk
ħ
zwykle wykonuje si
ħ
z wyrobu lub półwyrobu przez
obróbk
ħ
mechaniczn
Ģ
(ewentualnie prasowanie lub odlanie). Próbka powinna by
ę
pobrana i
wykonana na podstawie odpowiednich norm przedmiotowych. I tak próbki z blach powinny
3
by
ę
tak wycinane, aby rozci
Ģ
ganie zachodziło w kierunku zgodnym z kierunkiem walcowania
lub prostopadle do niego.
Wycinanie próbek nale
Ň
y prowadzi
ę
sposobem mechanicznym, nale
Ň
y unika
ę
wycinania
próbek palnikiem acetylenowym, a w przypadku takiej konieczno
Ļ
ci nale
Ň
y przewidzie
ę
od-
powiednie naddatki na obróbk
ħ
mechaniczn
Ģ
, eliminuj
Ģ
c
Ģ
strefy przegrzane. Ko
ı
cowa obrób-
ka próbek powinna by
ę
wykonana za pomoc
Ģ
skrawania i szlifowania.
Próbki na rozci
Ģ
ganie maj
Ģ
na ogół pryzmatyczn
Ģ
cz
ħĻę
robocz
Ģ
(z wyj
Ģ
tkiem próbki z
Ň
eliwa szarego) oraz cz
ħĻ
ci słu
ŇĢ
ce do mocowania w uchwytach maszyny (główki).
W zale
Ň
no
Ļ
ci od kształtu wyró
Ň
niamy próbki: – z główkami; – bez główek (wówczas
skrajne cz
ħĻ
ci pryzmatycznej próbki słu
ŇĢ
do mocowania w uchwytach).
Wyroby o niezmiennym przekroju poprzecznym (profile, pr
ħ
ty, druty itp.), jak i odlane
próbki (np.
Ň
eliwo, metale nie
Ň
elazne) mog
Ģ
by
ę
badane bez obróbki mechanicznej.
W zale
Ň
no
Ļ
ci od rodzaju przekroju poprzecznego wyró
Ň
niamy:
1) próbki o przekroju poprzecznym okr
Ģ
głym,
2) próbki o przekroju poprzecznym prostok
Ģ
tnym,
3) próbki o przekroju poprzecznym niekołowym (takim, jak przekrój wyrobu).
L
= . Dla
proporcjonalnych próbek pi
ħ
ciokrotnych warto
Ļę
k
jest równa:
k
= 5,65. Je
Ň
eli otrzy-
muje si
ħ
wynik
L
0
< 20 mm, to nale
Ň
y przyj
Ģę
k
= 11,3 lub próbk
ħ
nieproporcjonaln
Ģ
,
2) próbki nieproporcjonalne, których długo
Ļę
L
0
nie zale
Ň
y od powierzchni przekroju po-
przecznego
S
0
, na przykład:
L
0
= 100 mm.
Na rys. 3 przedstawiono: próbk
ħ
z drutu lub pr
ħ
ta, której
Ļ
rednica
d
spełnia warunek
d
²
4
mm (górny rysunek) lub grubo
Ļę
a
spełnia warunek
a
²
4 mm (
Ļ
rodkowy rysunek); próbk
ħ
płask
Ģ
o grubo
Ļ
ci
a
²
3 mm (rysunek
Ļ
rodkowy); próbk
ħ
po rozerwaniu, gdzie
d
u
– jest
Ļ
red-
nic
Ģ
po rozerwaniu i
S
u
– najmniejszym polem przekroju poprzecznego próbki po rozerwaniu.
0
k
S
0
S
0
d
L
0
S
0
b
a
L
c
L
t
d
u
S
u
Rys. 3. Wymiary próbek: okr
Ģ
głej (górny rysunek), płaskiej (
Ļ
rodkowy rysunek)
i okr
Ģ
głej z przew
ħŇ
eniem (dolny rysunek)
L
u
4
Zale
Ň
nie od definicji długo
Ļ
ci pomiarowej wyró
Ň
niamy rodzaje próbek:
1) próbki proporcjonalne, dla których pocz
Ģ
tkowa długo
Ļę
pomiarowa jest zwi
Ģ
zana z
pocz
Ģ
tkow
Ģ
powierzchni
Ģ
przekroju poprzecznego za pomoc
Ģ
wzoru
eee
Je
Ň
eli przekrój poprzeczny próbki zmienia si
ħ
, to powinna ona mie
ę
łagodne przej
Ļ
cie
mi
ħ
dzy długo
Ļ
ci
Ģ
robocz
Ģ
, a główkami. Wielko
Ļę
promienia przej
Ļ
cia powinna by
ę
ustalana
w warunkach wykonania próbki.
Długo
Ļę
robocza (długo
Ļę
cz
ħĻ
ci równoległej)
L
c
, a w próbkach bez strefy przej
Ļ
cia, dłu-
go
Ļę
pomi
ħ
dzy uchwytami – powinna zawsze by
ę
wi
ħ
ksza od długo
Ļ
ci pomiarowej
L
0
. Dłu-
go
Ļę
robocza
L
c
powinna wynosi
ę
co najmniej:
1)
L
c
=
L
0
+
1
d
0
dla próbki o przekroju okr
Ģ
głym,
= dla próbki o wielok
Ģ
tnym przekroju poprzecznym.
Długo
Ļę
całkowita próbki
L
t
zale
Ň
y od rodzaju zamocowania próbki w uchwytach maszyny.
Na ogół spełniona jest zale
Ň
no
Ļę
L
t

L
c
> 2d (rys. 3).
Kształt główek próbki mo
Ň
e by
ę
dowolny, odpowiednio przystosowany do uchwytów maszy-
ny wytrzymało
Ļ
ciowej.
eeee
Je
Ň
eli próbk
ħ
stanowi odcinek wyrobu (nieobrobiony odcinek w kształcie pr
ħ
ta), to dłu-
go
Ļę
próbki mi
ħ
dzy uchwytami maszyny powinna by
ę
tak du
Ň
a, aby wszystkie znaki pomia-
rowe mogły by
ę
naniesione w dostatecznie du
Ň
ym odst
ħ
pie od uchwytów maszyny.
Próbki odlane powinny mie
ę
łagodne przej
Ļ
cie mi
ħ
dzy główkami, a długo
Ļ
ci
Ģ
robocz
Ģ
.
Wymiary tego przej
Ļ
cia, jako bardzo wa
Ň
ne, powinny by
ę
ustalone w normie wyrobu.
Długo
Ļę
robocza
L
c
powinna zawsze by
ę
wi
ħ
ksza od długo
Ļ
ci pomiarowej
L
0
.
Kształt główek próbki mo
Ň
e by
ę
dowolny, odpowiednio przystosowany do uchwytów maszy-
ny wytrzymało
Ļ
ciowej.
ee
W
ę
wiczeniu zastosowano dwie próbki:
− dla stali w
ħ
glowej konstrukcyjnej zwykłej jako
Ļ
ci zastosowano próbk
ħ
okr
Ģ

Ģ
z głów-
kami, dziesi
ħ
ciokrotn
Ģ
,
− dla
Ň
eliwa szarego zastosowano próbk
ħ
okr
Ģ

Ģ
z główkami, bez długo
Ļ
ci pomiarowej
(rys. 4).
L
c
L
0
+
1
S
0
25
r
d
0
d
D
L
0
L
t
Rys. 4. Próbka z
Ň
eliwa szarego
5
2
2)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]