mechanics.pl

Przeglądaj wersję html pliku:

rozciaganie

Politechnika Szczecińska

KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW

KONSTRUKCJI MASZYN

SPRAWOZDANIE



Ćwiczenie Nr:

Temat: Statyczna próba rozciągania metali

Data wyk. Ćw.

Data złożenia sp.

Ocena Nazwisko i Imię



Prowadzący ćwiczenie

Podpis Rok akad. Semestr Grupa





1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest szczegółowe zapoznanie się ze sposobem
przeprowadzenia próby statycznej rozciągania metali, w tym celu
posługiwać będziemy się próbkami i maszyną wytrzymałościową.

2. Teoria ogólna

Własności technologiczne określają przydatność materiałów do
ściśle określonych celów praktycznych lub do odpowiedniej obróbki
np. kucia, tłoczenia, skręcania itp. Próby technologiczne są w
zasadzie próbami jakościowymi. Sprowadzają się one najczęściej do
bezpośredniej obserwacji wyników działania siły i stwierdzenia czy
określony proces technologiczny w ustalonych warunkach da się
przeprowadzić. Są stosowane przede wszystkim jako próby odbiorcze
materiałów w postaci: blachy, drutu, taśmy, rury, itp.

Własności wytrzymałościowe obejmują te wszystkie własności, do
wyznaczenia których niezbędnym parametrem jest siła. Próby
wytrzymałościowe dostarczają ścisłych danych liczbowych,
określających wielkości siłowe oraz skutki ich działania. Dane te
nazywa się ogólnie wskaźnikami (własnościami) i wyznacza na
podstawie prób ilościowych. Zalicza się do nich np.: granicę
plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie , ścinanie,
skręcanie i zginanie.

Obciążenia

statyczne – jest wtedy jeżeli wzrost obciążenia zachodzi
dostatecznie powoli, tak że można pominąć wpływ sił
bezwładności.

Dynamiczne – jest wtedy gdy wzrost obciążenia zachodzi szybko.
Wyróżniamy tu takie obciążenia jak: nagłe, udarowe, lub
zmęczeniowe.

Naprężenia - rzeczywiste – odnosimy np. przy rozciąganiu siłę F
do rzeczywistego pola S przekroju, odpowiadającego danej sile:

umowne oblicza się odnosząc siłę rozciągającą F do początkowego
pola S0 przekroju poprzecznego.

Charakterystyka materiałów konstrukcyjnych w wytrzymałości przyjmuje
się, że materiał jest jednorodny i izotropowy:

jednorodny – jeżeli w każdej wyodrębnionej części swojej
objętości materiał ma jednakowe własności fizyczne.

Izotropowy – materiał taki charakteryzuje się jednakowymi
własnościami mechanicznymi we wszystkich kierunkach.

Mając na uwadze zdolność do odkształceń rozróżnia się
materiały:

-plastyczne

-sprężysto-plastyczne

-sprężysto-kruche

-kruche

3.Rozciąganie materiałów i wielkości towarzyszące

Przebieg próby rozciągania najlepiej charakteryzuje wykres
rozciągania sporządzony przez urządzenie samopiszące, które wyraża
zależność pomiędzy obciążeniami a towarzyszącymi im
wydłużeniami. Wykres ten powstaje w układzie współrzędnych
obciążenie F –wydłużenie całkowite (L.



Przykłady wykresów rozciągania: a) wykazującego wyraźną granicę
plastyczności

b) bez wyraźnej
granicy plastyczności

Początkowo wykres przebiega zazwyczaj stromo, gdyż odkształcenia
sprężyste są początkowo niewielkie. Dopiero przy zjawieniu się
odkształceń plastycznych bezwzględna wartość wydłużenia zaczyna
rosnąć szybciej, po czym następuje zaburzenie równowagi sił i
materiał zaczyna „płynąć” ,a wkrótce potem twardnieć. Po
osiągnięciu przez siłę wartości Fm, na próbce zaczyna się
tworzyć w najsłabszym miejscu lokalne przewężenie (szyjka). Krzywa
rozciągania zaczyna opadać, po czym następuje rozerwanie próbki.

Rpr – granica proporcjonalności jest synonimem granicy stosowalności
prawa Hooke’a (RH). Wyznaczenie tego parametru jest przedmiotem
innego ćwiczenia.

Rspr- granica sprężystości jest wielkością umowną. Praktycznie
przez granicę sprężystości rozumie się taką wartość naprężenia
normalnego, które powoduje wydłużenie trwałe próbki równe pewnej
umownej wartości. Przyjmuje się, że wydłużenie trwałe jest równe:

Rspr=R0,02=F0,02/S0 [kg/mm2] lub [MPa]

Re- wyraźna granica plastyczności jest to naprężenie, po
osiągnięciu którego występuje wyraźny wzrost wydłużenia
rozciąganej próbki.

Re=Fe/S0 [kg/mm2] lub [MPa]

R0,2-umowna granica plastyczności jest to naprężenie wywołujące w
próbce wydłużenie trwałe równe 0,2% długości pomiarowej.

R0,2=F0,2/S0 [kg/mm2] lub [MPa]

Rm- wytrzymałość (doraźna) na rozciąganie jest to naprężenie
odpowiadającej największej sile obciążającej Fm uzyskanej w czasie
prowadzenia próby.

Rm= Fm/S0 [kg/mm2] lub [MPa]

Ru- naprężenie rozrywające jest to iloraz siły w chwili rozerwania
Fu i najmniejszego przekroju próbki Su po rozerwaniu.

Ru=Fu/Su [kg/mm2] lub [MPa]

A-wydłużenie względne A=[(Lu-Lo)/Lo]*100%

Z-przewężenie względne Z=[(S0-Su)/S0]*100%

4. Próbki do badań i metodyka pomiarów

Próbką- nazywa się materiał o określonych kształtach i wymiarach
przeznaczony do bezpośredniego wykonania na nim próby, mającej na
celu określenie jego własności wytrzymałościowych,
technologicznych. Próbką może być gotowy wyrób lub półwyrób ale
najczęściej pobiera się odcinki próbne z różnych gotowych
wyrobów:



blacha

dwuetownik

kątownik

obręcz koła wagonowego

oś wagonowa

szyna

Do prób rozciągania używa się zazwyczaj próbek obrabianych
okrągłych i płaskich. W naszym przypadku używać będziemy próbek
okrągłych:



a) z główkami do chwytania w szczękach b) z główkami do
pierścieni c) z główkami gwintowanymi

Wielkością podstawową tych próbek jest średnica d0. Długość
pomiarowa L0 części środkowej próbki, na której obserwuje się
odkształcenia jest wielokrotnością średnicy d0.

L0=nd0

Wyznaczenie długości pomiarowej próbki po rozerwaniu:



Na rysunku przedstawiono ponownie złożone obie części rozerwanej
próbki. Początkowo długość L0 odpowiadała pewnej liczbie działek
o wartości 5mm naniesionych na próbce. Długość pomiarowa próbki o
średnicy np. d0=8mm przy współczynniku n=10 będzie wynosiła
L0=80mm, czyli 16 działek po 5mm. Dla ustalenia długości Lu odlicza
się taką samą liczbę działek na próbce po rozerwaniu i mierzy
suwmiarką długość odcinka Lu. Schemat ten pozwala nam obliczyć
wydłużenie względne, natomiast mierząc w ten sam sposób średnicę
próbek (przed i po zerwaniu) przewężenie względne.



Przełomy w próbce

Przełomem nazywamy powierzchnię powstałą w wyniku całkowitego
rozdzielenia na części próbki obciążonej w dowolny sposób,
wyróżniamy następujące przełomy:

-międzyziarniste: gruboziarniste, drobnoziarniste, jedwabiste.

-wśródziarniste: rozdzielcze (kruchy, wiązki), poślizgowe



przykłady przełomów:



a) przełom rozdzielczy kruchy b) przełom rozdzielczy wiązki
c) przełom poślizgowy

przykłady schematów powstawania przełomów:



a)b)c) Przełom ze stali miękkiej d) ze stali miękkiej (ok. 0,1% C)
e) ze stali o większej zawartości węgla

Sama powierzchnia i ukształtowanie się przełomu próbki świadczą o
plastycznych właściwościach materiału oraz o czynnikach
powodujących pęknięcie.



5. Schemat stanowiska pomiarowego:

Uniwersalna 40-tonowa maszyna wytrzymałościowa z napędem
hydraulicznym firmy MAN



Zrywarki uniwersalne wyposażone są w urządzenia samopiszące do
sporządzania wykresów, tzw. wykresów maszynowych, we współrzędnych
siła rozciągająca F i wydłużenie (l (całej próbki). Wykresy
maszynowe są mało dokładne i mogą służyć tylko jako przybliżone
ilustracje próby. Sporządzanie dokładnych wykresów wymaga stosowania
odrębnej techniki pomiarowej odkształceń próbki przy użyciu
specjalnych urządzeń zwanych tensometrami.



1–głowica

2 – cylinder roboczy

3 – nieruchomy tłok

4 –pompa

5 –siłomierz

6 –tłoczek

7 –ramię

8 –wskazówka siłomierza

9 –zawór bezpieczeństwa



W zrywarkach z napędem hydraulicznym głowica (1) jest połączona za
pomocą ramy z cylindrem roboczym (2) nasadzonym na nieruchomy tłok
(3). Ciśnienie oleju, tłoczonego przez pompę (4) o zmiennej
regulowanej wydajności powoduje unoszenie się cylindra (2) do góry.
Ciśnienie oleju panujące w cylindrze roboczym przenosi się specjalnym
przewodem do cylindra (5) siłomierza . Siła wypierająca tłoczek (6)
siłomierza daje moment powodujący wychylenie ramienia (7), na którym
zamocowany jest ciężar Q. Dodatkowy mechanizm przenosi ruch na
wskazówkę siłomierza (8). Mechanizm siłomierza jest tak
skonstruowany, że wychylnie wskazówki jest wprost proporcjonalne do
wartości siły rozciągającej. Dzięki temu podziałka skali
siłomierza jest równomierna. Zawór bezpieczeństwa (9) chroni układ
przed nadmiernym wzrostem ciśnienia.



a)dla stali ST0













b)dla stali ST45:









c)dla stali DURALUMINIUM:









7.Wnioski:

Stal ST0 to stal należąca do grupy stali sprężysto-plastycznych tak
samo jak stal ST45. Dla stali ST0 jest to wyraźnie widoczne na wykresie
rozciągania tej stali gdzie można wyraźnie zaobserwować granicę
plastyczności oraz zjawisko płynięcia materiału w próbce. Na
próbce tej obserwuje się też znaczne odkształcenia plastyczne co
można zobaczyć na przykładzie szyjki (jest ona najwęższa z
wszystkich rozciąganych próbek). Stal ST45 zawiera więcej węgla w
sobie dlatego jest on bardziej wytrzymała od pozostałych próbek.
Mniej odkształca się ona plastycznie co wyraźnie widać na podstawie
szyjki która jest węższa niż dla stali ST0. Na wykresie rozciągania
tej stali nie obserwuje się też wyraźnej granicy plastyczności,
gdyż nie ma tu zjawiska płynięcia materiału. Duraluminium jest w tym
względzie podobne do stali ST45 z tym, że jest ono mniej wytrzymałym
materiałem. Duraluminium zalicza się do stali sprężysto-kruchych
tzn. może się ona znacznie odkształcić sprężyście przed
zniszczeniem natomiast ulega tylko niewielkim odkształceniom
plastycznym co było widać wyraźnie po wykresie jej rozciągania.

Ocena przełomów próbek:

Przełom próbki ze stali ST0 jest przełomem rozdzielczym plastycznym,
wskazuje on też na drobno ziarnistą strukturę rdzenia. Jest on dość
nieregularny. Przełom próbki ST45 też ma strukturę drobnoziarnistą,
a swoim wyglądem bardziej przypomina przełom rozdzielczy kruchy (ma
małą szyjkę w związku z tym miał mniejsze odkształcenia plastyczne
przed rozerwaniem). Duraluminium ma również drobnoziarnistą
strukturę a jej przełom jest nierególarny.

PAGE

PAGE 7