statyczna próba ściskania metali, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Technologie materiałów inż

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Ę
wiczenie 2
Opracował: dr in
Ň
. Stefan Sawiak
Statyczna próba rozci
Ģ
gania metali, która została opisana w instrukcji do
ę
wiczenia 1,
jest jedn
Ģ
z podstawowych prób stosowanych dla okre
Ļ
lenia własno
Ļ
ci mechanicznych metali
plastycznych, takich jak stal mi
ħ
kka, aluminium, mied
Ņ
i inne. Dla materiałów kruchych np.
Ň
eliwo, beton, które znacznie lepiej pracuj
Ģ
na
Ļ
ciskanie ni
Ň
rozci
Ģ
ganie, podstawow
Ģ
prób
Ģ
jest próba
Ļ
ciskania, za
Ļ
próba rozci
Ģ
gania jest prób
Ģ
dodatkow
Ģ
. Prób
ħ
Ļ
ciskania wykonuje
si
ħ
według wycofanej Polskiej Normy: PN–57/H–04320.
Rozró
Ň
nia si
ħ
dwa rodzaje próby statycznej na
Ļ
ciskanie: prób
ħ
zwykł
Ģ
i prób
ħ
Ļ
cisł
Ģ
.
eee
e
Celem ogólnym jest zapoznanie si
ħ
ze sposobem przeprowadzenia próby
Ļ
ciskania, spo-
sobem prowadzenia pomiarów, nabycie umiej
ħ
tno
Ļ
ci wyznaczania wielko
Ļ
ci charakterystycz-
nych dla badanego materiału.
eeee
Celami szczególnymi s
Ģ
:
1. wyznaczenie granicy plastyczno
Ļ
ci
R
e
,
2. wyznaczenie dla
Ň
eliwa szarego wytrzymało
Ļ
ci na
Ļ
ciskanie
R
c
,
3. wykonanie dla próbki
Ň
eliwnej wykresu: s(D
L
).
ee
R
=
[MPa = N/mm
2
],
e
(1)
e
S
0
gdzie:
F
e
− siła w momencie, kiedy próbka ulega skróceniu bez wzrostu obci
ĢŇ
enia,
S
0
− po-
cz
Ģ
tkowe pole przekroju poprzecznego próbki.
Granic
ħ
plastyczno
Ļ
ci wyznacza si
ħ
tylko dla tych materiałów plastycznych, które je po-
siadaj
Ģ
, za
Ļ
granic
ħ
wytrzymało
Ļ
ci na
Ļ
ciskanie dla materiałów kruchych tzn. takich, które w
czasie próby
Ļ
ciskania ulegaj
Ģ
zniszczeniu.
Prób
ħ
Ļ
ciskania mo
Ň
na wykonywa
ę
te
Ň
jako prób
ħ
Ļ
cisł
Ģ
. Wówczas jej celem jest wyzna-
czenie:
1. modułu spr
ħŇ
ysto
Ļ
ci podłu
Ň
nej przy
Ļ
ciskaniu,
2. umownej granicy spr
ħŇ
ysto
Ļ
ci
R
c
0,01
,
3. umownej granicy plastyczno
Ļ
ci
R
c
0,2
.
Umown
Ģ
granic
ħ
plastyczno
Ļ
ci wyznacza si
ħ
dla materiałów, które nie wykazuj
Ģ
wyra
Ņ
nej
granicy plastyczno
Ļ
ci.
Materiały plastyczne przy
Ļ
ciskaniu posiadaj
Ģ
równie
Ň
granic
ħ
plastyczno
Ļ
ci, podobnie
jak podczas statycznej próby na rozci
Ģ
ganie. Obliczenie tej granicy przy
Ļ
ciskaniu polega na
wyznaczeniu siły, przy której próbka ulega skróceniu bez wzrostu obci
ĢŇ
enia. Zjawisko to
daje si
ħ
zauwa
Ň
y
ę
na tarczy siłomierza (wska
Ņ
nik siły zatrzymuje si
ħ
na moment) lub na wy-
kresie
Ļ
ciskania wykonywanego przez urz
Ģ
dzenie samorejestruj
Ģ
ce (nast
ħ
puje zagi
ħ
cie wy-
1
F
kresu
Ļ
ciskania). Dla materiałów plastycznych prób
ħ
na
Ļ
ciskanie przeprowadza si
ħ
do mo-
mentu „płyni
ħ
cia”, gdy
Ň
dalsze
Ļ
ciskanie nie ma praktycznego zastosowania.
e
R
=
[MPa],
c
(2)
c
S
0
gdzie:
F
c
– najwi
ħ
ksza siła wyst
ħ
puj
Ģ
ca w próbce, po przekroczeniu granicy plastyczno
Ļ
ci.
Materiały kruche podczas
Ļ
ciskania nie wykazuj
Ģ
granicy plastyczno
Ļ
ci, lecz ulegaj
Ģ
zniszczeniu.
Wielko
Ļ
ci wyst
ħ
puj
Ģ
ce w (1 ÷ 2) s
Ģ
napr
ħŇ
eniami (umownymi), odpowiadaj
Ģ
cymi cha-
rakterystycznej warto
Ļ
ci siły, odniesionej do pocz
Ģ
tkowego przekroju poprzecznego próbki.
ee
eee
Do statycznej próby
Ļ
ciskania u
Ň
ywa si
ħ
próbek w kształcie walca (rys. 1).
f
d
0
L
0
=h=nd
0
Rys. 1. Kształt i wymiary próbek
ĺ
rednica zewn
ħ
trzna próbki
d
0
zale
Ň
y od wymiarów i kształtu materiału, z którego pobra-
no odcinki prób oraz od maksymalnej siły
Ļ
ciskaj
Ģ
cej maszyny wytrzymało
Ļ
ciowej. Polska
Norma PN–57/H–04320 zaleca stosowanie próbek o
Ļ
rednicy
d
0
10, 20 lub 30 mm. Wysoko
Ļę
próbek
h
do próby statycznej zwykłej na
Ļ
ciskanie powinna wynosi
ę
h
= 1,5
d
0
.
Próbk
ħ
zwykle wykonuje si
ħ
z wyrobu lub półwyrobu przez obróbk
ħ
mechaniczn
Ģ
(ewentualnie prasowanie lub odlanie). Wycinanie próbek nale
Ň
y prowadzi
ę
sposobem mecha-
nicznym, nale
Ň
y unika
ę
wycinania próbek palnikiem acetylenowym, a w przypadku takiej
konieczno
Ļ
ci nale
Ň
y przewidzie
ę
odpowiednie naddatki na obróbk
ħ
mechaniczn
Ģ
, eliminuj
Ģ
c
Ģ
strefy przegrzane. Ko
ı
cowa obróbka próbek powinna by
ę
wykonana za pomoc
Ģ
skrawania i
szlifowania. Próbki do bada
ı
powinny mie
ę
płaszczyzny czołowe równoległe i prostopadłe do
osi próbki.
eee
Maszyna wytrzymało
Ļ
ciowa powinna by
ę
sprawdzana według EN 10002 – 2 i spełnia
ę
wymagania co najmniej klasy 1.
Konstrukcja maszyny powinna zapewnia
ę
spełnienie nast
ħ
puj
Ģ
cych warunków:
− zapewnia
ę
osiowe obci
ĢŇ
enie próbki (poprzez konstrukcj
ħ
uchwytów),
− zapewnia
ę
wzrost obci
ĢŇ
enia w sposób ci
Ģ
gły, jednostajny, bez uderze
ı
i skoków, z mo
Ň
-
liwo
Ļ
ci
Ģ
płynnej regulacji szybko
Ļ
ci przyrostu odkształcenia,


Ģ
d wskaza
ı
siłomierza nie powinien przekracza
ę
±
1% (klasa 1),
− zapewni
ę
utrzymanie stałego obci
ĢŇ
enia przez okres co najmniej 30 sek.
2
F
Powy
Ň
szym warunkom odpowiadaj
Ģ
maszyny o nap
ħ
dzie mechanicznym i hydraulicznym.
Na rys. 2 przedstawiono schemat prawidłowego ustawienia próbki w maszynie wytrzymało-
Ļ
ciowej.
F
r
płyty
dociskowe
f
d
0
h=L
0
Rys. 2. Schemat prawidłowego ustawienia próbki w maszynie wytrzymało
Ļ
ciowej
F
ee
W przypadku
Ļ
ciskania metalu plastycznego (Al, Zn, Cu, mi
ħ
kka stal), w pocz
Ģ
tkowym
okresie
Ļ
ciskania, skrócenia próbki s
Ģ
proporcjonalne do napr
ħŇ
e
ı
i podobnie jak przy rozci
Ģ
-
ganiu wyst
ħ
puje granica spr
ħŇ
ysto
Ļ
ci i granica proporcjonalno
Ļ
ci. Na wykresie krzywej
Ļ
ci-
skania (rys. 3) wyst
ħ
puje najpierw prostoliniowy odcinek
OA
, wyra
Ň
aj
Ģ
cy liniow
Ģ
zale
Ň
no
Ļę
pomi
ħ
dzy sił
Ģ
a odkształceniem. Punkt
A
odpowiada sile, przy której pojawia si
ħ
granica pro-
porcjonalno
Ļ
ci materiału, która w praktyce uto
Ň
samiana jest z granic
Ģ
spr
ħŇ
ysto
Ļ
ci.
F
[N]
h
Ș
l
[mm]
O
A
B
Rys. 3. Wykres
Ļ
ciskania w przypadku metali plastycznych
Po przekroczeniu tej granicy na wykresie pojawia si
ħ
niewielki odcinek, gdzie wzrost de-
formacji jest szybszy. W pewnym momencie zauwa
Ň
y
ę
mo
Ň
na zatrzymanie si
ħ
wskazówki
siłomierza, a nawet siły obci
ĢŇ
aj
Ģ
cej przy szybszym wzro
Ļ
cie odkształcenia. Zjawisko to
mo
Ň
na obserwowa
ę
na wykresie
Ļ
ciskania (punkt
B
). Napr
ħŇ
enia odpowiadaj
Ģ
ce punktowi
B
wykresu nazywamy granic
Ģ
plastyczno
Ļ
ci.
Zwi
ħ
kszenie siły obci
ĢŇ
aj
Ģ
cej po przekroczeniu granicy plastyczno
Ļ
ci powoduje coraz
wyra
Ņ
niejsze p
ħ
cznienie próbki, objawiaj
Ģ
ce si
ħ
stałym wzrostem przekroju poprzecznego.
Krzywa wykresu
Ļ
ciskania szybko zaczyna wzrasta
ę
i asymptotycznie d
ĢŇ
y do prostej popro-
wadzonej równolegle do osi obci
ĢŇ
e
ı
, w punkcie odpowiadaj
Ģ
cym skróceniu równemu pier-
wotnej wysoko
Ļ
ci próbki.
Pomimo spłaszczenia próbki prawie „na plasterek” nie wida
ę
na niej oznak zniszczenia
(rys. 4).
3
C
F
F
F
F
F
F
Rys. 4. Etapy deformacji
Ļ
ciskania próbki w przypadku metali plastycznych (
F
1
<
F
2
<
F
3
)
Tylko dla niektórych metali (mniej plastycznych) na powierzchni bocznej pojawiaj
Ģ
si
ħ
drobne rysy. Przyczyn
Ģ
tych p
ħ
kni
ħę
s
Ģ
cz
ħ
sto napr
ħŇ
enia rozci
Ģ
gaj
Ģ
ce, a nie
Ļ
ciskaj
Ģ
ce, które
powstaj
Ģ
wskutek przyjmowania przez próbk
ħ
kształtu beczkowatego. P
ħ
kni
ħ
cia te nie mog
Ģ
by
ę
podstaw
Ģ
do wyznaczenia wytrzymało
Ļ
ci na
Ļ
ciskanie
R
c
. Wytrzymało
Ļ
ci na
Ļ
ciskanie dla
metali plastycznych nie wyznacza si
ħ
, poniewa
Ň
próbki dla tych metali nie ulegaj
Ģ
zniszcze-
niu. Prób
ħ
Ļ
ciskania metali plastycznych najcz
ħĻ
ciej przerywa si
ħ
z powodu wyczerpania za-
kresu maszyny wytrzymało
Ļ
ciowej.
ee
W przypadku
Ļ
ciskania metalu kruchego (
Ň
eliwo, hartowana stal) lub betonu czy szkła, w
pocz
Ģ
tkowym okresie
Ļ
ciskania (rys. 5) wyst
ħ
puje najpierw prawie prostoliniowy odcinek,
który jest lekko odchylony od osi sił. Nast
ħ
pnie wykres coraz bardziej zakrzywia si
ħ
, urywa-
j
Ģ
c si
ħ
nagle w pewnym punkcie z powodu zniszczenia próbki. Kształt próbki bezpo
Ļ
rednio
przed zniszczeniem jest lekko beczkowaty.
ĺ
wiadczy to o istnieniu niewielkich odkształce
ı
plastycznych. Jednak materiały kruche nie wykazuj
Ģ
granicy plastyczno
Ļ
ci.
F
[N]
O
Ș
l
[mm]
F
c
Rys. 5. Wykres
Ļ
ciskania w przypadku metali kruchych
Niszczenie
Ļ
ciskanego materiału kruchego rozpoczyna si
ħ
u podstaw próbek. W przypad-
ku kruszenia si
ħ
cz
ħĻ
ci bocznych odsłaniaj
Ģ
si
ħ
nienaruszone cz
ħĻ
ci próbki w postaci sto
Ň
-
ków.
Wi
ħ
kszo
Ļę
metali i ich stopów doznaje podczas
Ļ
ciskania p
ħ
kni
ħ
cia po
Ļ
lizgowego (
Ļ
ci
ħ
-
cie) (rys. 6a). P
ħ
kni
ħ
cie po
Ļ
lizgowe poprzedzone jest odkształceniami trwałymi wywołanymi
napr
ħŇ
eniami stycznymi wyst
ħ
puj
Ģ
cymi w przekrojach nachylonych pod k
Ģ
tem 45° do kie-
runków napr
ħŇ
e
ı
głównych i zachodzi pod k
Ģ
tem zbli
Ň
onym do k
Ģ
ta nachylenia tych przekro-
jów. Metalami wykazuj
Ģ
cymi p
ħ
kni
ħ
cia po
Ļ
lizgowe s
Ģ
np. mosi
Ģ
dz i
Ň
eliwo wy
Ň
szej jako
Ļ
ci.
4
Niektóre metale i ich stopy ulegaj
Ģ
podczas próby
Ļ
ciskania p
ħ
kni
ħ
ciu rozdzielczemu.
P
ħ
kni
ħ
cie to zachodzi w przekrojach prostopadłych do kierunków głównych wydłu
Ň
enia. Po-
niewa
Ň
najwi
ħ
ksze wydłu
Ň
enia próbki zachodz
Ģ
w kierunku normalnym do tworz
Ģ
cych prób-
ki, przeto złom rozdzielczy przebiega wzdłu
Ň
tworz
Ģ
cych.
W rzadkich przypadkach pojawia si
ħ
w wyniku
Ļ
ciskania złom kruchy, jak np. dla stali
hartowanych.
Najcz
ħĻ
ciej obserwowane kierunki rys i p
ħ
kni
ħę
pokazano na rys. 6.
a)
b)
Rys. 6. Najcz
ħĻ
ciej obserwowane kierunki rys i p
ħ
kni
ħę
Cech
Ģ
charakterystyczn
Ģ
materiałów kruchych jest to,
Ň
e s
Ģ
bardziej odporne na
Ļ
ciskanie
ni
Ň
na rozci
Ģ
ganie. T
ħ
cech
ħ
ilustruj
Ģ
nast
ħ
puj
Ģ
ce dane:
• dla
Ň
eliwa
R
c
= (3 ÷ 4)
R
m
,
• dla betonu
R
c
= (3 ÷ 10)
R
m
,
• dla szkła
R
c
» 10
R
m
.
Wyniki prób na
Ļ
ciskanie s
Ģ
porównywalne na próbkach geometrycznie podobnych.
eee
e
Czynno
Ļ
ci, które nale
Ň
y wykona
ę
przed prób
Ģ
Ļ
ciskania to:
1. Sporzadzi
ę
tabel
ħ
pomiarow
Ģ
1
2. Pomierzy
ę
próbki i zapisa
ę
wyniki w tabeli pomiarowej.
Pomiaru
Ļ
rednicy próbki nale
Ň
y dokona
ę
przy pomocy
Ļ
ruby mikrometrycznej z dokład-
no
Ļ
ci
Ģ
do 0,02 mm.
Dla próbek krótkich pomiar
Ļ
rednicy wykonuje si
ħ
w jednym miejscu w dwóch wzajem-
nie prostopadłych kierunkach, a do oblicze
ı
przyjmuje si
ħ
warto
Ļę
Ļ
redni
Ģ
z obu pomia-
rów.
Dla próbek długich pomiar
Ļ
rednicy wykonuje si
ħ
w trzech miejscach na długo
Ļ
ci pomia-
rowej. Ró
Ň
nica pomi
ħ
dzy najwi
ħ
ksz
Ģ
i najmniejsz
Ģ
Ļ
rednic
Ģ
na długo
Ļ
ci pomiarowej nie
mo
Ň
e by i
ħ
ksza ni
Ň
0,05 mm. Pole powierzchni przekroju poprzecznego oblicza si
ħ
dla
Ļ
rednicy najmniejszej z dokładno
Ļ
ci
Ģ
do ± 0,3%.w dwóch wzajemnie prostopadłych kie-
runkach, a do oblicze
ı
przyjmuje si
ħ
warto
Ļę
Ļ
redni
Ģ
z obu pomiarów.
3. Dokładnie oczy
Ļ
ci
ę
i odtłu
Ļ
ci
ę
powierzchnie czołowe i powierzchnie płyt dociskowych.
Na wyniki próby du
Ň
y wpływ maj
Ģ
siły tarcia wyst
ħ
puj
Ģ
ce na powierzchniach czołowych
próbek. Próbka w czasie
Ļ
ciskanie przyjmuje kształt beczkowaty. Dzieje si
ħ
to na skutek
sił tarcia, które powoduj
Ģ
hamowanie odkształcenia poprzecznego próbki przy jej pod-
stawach. Oczyszczanie i odtłuszczanie powierzchni czołowych i powierzchni płyt doci-
skowych zmniejsza siły tarcia.
Przy małych siłach tarcia mo
Ň
e wyst
Ģ
pi
ę
zarówno znaczne zmniejszenie wytrzymało
Ļ
ci
na
Ļ
ciskanie, jak i inny rodzaj zniszczenia (p
ħ
kni
ħ
cie podłu
Ň
ne).
4. Osłoni
ę
próbk
ħ
, aby unikn
Ģę
okaleczenia od ewentualnych odprysków. Dotyczy to mate-
riałów kruchych i stali hartowanej.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]