POWRÓT

Nauka o materiałach

Statyczna próba rozciągania - wyznaczanie modułu Younga


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Wstęp
Przebieg ćwiczenia
Opracowanie wyników

 

Próbki do prób rozciągania

   

   Najbardziej rozpowszechniona, prosta, dokładna i dość wszechstronna jest próba rozciągania metali, którą wykonuje się wg PN-EN 10002-1:1998. Celem próby jest wyznaczenie:

  • umownej granicy sprężystości - R0,05,
  • wyraźnej granicy plastyczności - Re,
  • umownej granicy plastyczności - R0,2,
  • wytrzymałości na rozciąganie - Rm,
  • naprężenia rozrywającego - Ru,
  • wydłużenia procentowego - A,
  • przewężenia procentowego - Z,
  • modułu sprężystości wzdłużnej - E.

   Przy wykonywaniu próby rozciągania umieszcza się próbkę w uchwytach maszyny wytrzymałościowej i poddaje wolno zwiększającemu się obciążeniu. Jednocześnie urządzenie samopiszące maszyny kreśli wykres obciążenie-wydłużenie bezwzględne próbki (rys). Na początku rozciągania następuje wzrost obciążenia przy małym wzroście wydłużenia i wykres ma charakter prostoliniowy do punktu FH zgodnie z prawem Hooke'a, które wyraża zależność:

Δl = F*l0/E*So

gdzie; E - moduł sprężystości podłużnej (moduł Younga).

Wykres rozciągania stali niskowęglowej: Lo - pierwotna długość pomiarowa próbki, Lu - długość pomiarowa próbki po rozerwaniu, FH - największa siła obciążająca w zakresie odkształceń sprężystych próbki, F0,05 — siła obciążająca wywołująca umowne wydłużenie trwałe 0,05%, Fe — siła obciążająca odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności, Fm — największa siła obciążająca osiągnięta w czasie próby, Fu — siła obciążająca w chwili rozerwania próbki, RH — granica proporcjonalności, R0,05 — granica sprężystości, Re — granica plastyczności, Rm — wytrzymałość na rozciąganie, Ru— naprężenie rozrywające.

   Przy pomiarze wydłużenia próbki ekstensometrem w zakresie obciążenia, w którym krzywa rozciągania jest linią prostą (występuje tylko odkształcenie sprężyste, które ustępuje po zdjęciu obciążenia próbki).
   Przy dalszym wzroście obciążenia, a począwszy od punktu Fe wydłużenie zwiększa się bez wzrostu obciążenia, a niekiedy nawet przy jego spadku. Naprężenie rozciągające, przy osiągnięciu którego następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki (przy zmniejszonym, bez wzrostu lub nawet przy krótkotrwałym spadku siły obciążającej), stanowi wyraźną granicę plastyczności Re i wyznacza się z wzoru.

Re = Fe/So

Fe — siła obciążająca odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności [N].

   Wartość Fe odczytuje się na siłomierzu maszyny w chwili zatrzymania lub cofania się wskazówki lub na wykresie obciążenie-wydłużenie, jak na wykresie pokazanym wyżej. Pewne materiały nie wykazują jednak wyraźnej granicy plastyczności i dla nich wyznacza się umowną granicę plastyczności R0,2 jako naprężenie rozciągające wywołujące w próbce umowne wydłużenie trwałe x = 0,2% z wzoru.

R0,2 = F0,2/So

F0,2 — siła obciążająca wywołująca umowne wydłużenie trwałe x wynoszące 0,2% długości pomiarowej Le próbki [N].

   Przy dalszym wzroście siły obciążającej próbka znacznie się wydłuża plastycznie, równomiernie na całej długości pomiarowej próbki. Naprężenie rozciągające odpowiadające największej sile obciążającej uzyskanej w czasie przeprowadzania próby stanowi wytrzymałość na rozciąganie Rm wyznaczoną z wzoru

Rm = Fm/So

Fm — największa siła obciążająca osiągnięta w czasie próby [N].

   Dla metali mniej ciągliwych zaraz po osiągnięciu Fm próbka rozrywa się. Dla metali ciągliwych po przekroczeniu Fm następuje szybki wzrost przewężeniamiejscowego, czyli tworzenie się na próbce tzw. szyjki (wykres), przy czym jednocześnie występuje spadek obciążenia do wartości Fu. Naprężenie rzeczywiste występujące w przekroju poprzecznym próbki w miejscu przewężenia w chwili rozerwania nazywa się naprężeniem rozrywającym Ru wyznaczonym ze wzoru

Ru = Fu/Su

Fu — siła obciążająca w chwili rozerwania próbki [N], Su - powierzchnia najmniejszego przekroju poprzecznego próbki po rozerwaniu [mm2].

 

Przebieg ćwiczenia

   

   Celem ćwiczenia jest określenie modułu sprężystości podłużnej badanego materiału, wyznaczenie jego charakterystyk, własności wytrzymałościowych i plastycznych oraz sporządzenie wykresu rozciągania. Ćwiczenie polega na wykonaniu według normy PN-EN 10002-1:1998 próby zwyklej rozciagania na dostarczonych próbkach.
Wyposażenie stanowiska badawczego
1. Maszyna wytrzymalościowa
2. Instrukcja obsługi maszyny wytrzymałościowej
3. Instrukcja ćwiczenie nr 01
4. Zestaw próbek
5. Przyrządy pomiarowe (mikrometr, suwmiarka)

Przebieg ćwiczenia

1. Przed rozpoczęciem ćwiczenia nalezy sprawdzić wyposażenie stanowiska zarówno w środki pomiarowe jak i próbki, które mają być badane.
2. Dokonać pomiarów próbek w celu określenia zgodności ich wykonania z normą (PN-EN 10002-1:1998).
3. Wyskalować próbkę, tzn. naciąć na części pomiarowekj kreski w odleglościach co 5 mm. Zmierzyć średnicę do oraz długość bazy pomiarowej Lo.
4. Obliczyć orientacyjną siłę niszczącą próbkę w celu prawidlowego ustawienia zakresu siłomierza. Przyjąć Rm = 0,05 MPa.
5. Umocować próbkę w uchwytach maszyny.
6. Zwiększać stopniowo obciążenie próbki i doprowadzić ją do zerwania, rejestrując kolejno wartości siły Fe, Fmax oraz Fu.
7. Wyjąć zerwaną próbkę z uchwytów maszyny i opisać jej złom.
8. Złożyć obie części próbki w miejscu złomu i dokonać pomiaru Lu, du, dr.
9. Obliczyć Re, ReL, ReH, Rm, Ru, Z, A5
10. Opisać charakterystyczne punkty wykresu.
11. Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli.

Dla próbek bez uchwytów (pręty) punkty 3 i 8 można pominąć.

Do góry


 

Opracowanie wyników

   

   Wartości wszystkich mierzonych wielkości oraz wyniki obliczeń mależy zamieścić w sprawozdaniu ćwiczenia. Wyniki należy podawać z dokładnością do 5MPa dla naprężeń oraz z dokładnością do 0,5% dla obliczeń wydłużeń.
Na podstawie wyników przeprowadzić ocenę badanego materiału, z którego wykonano próbkę, pod względem:

  • charakteru złomu,
  • przydatności jako materiału konstrukcyjnego,
  • zjawisk towarzyszących zerwaniu.

Obliczenie modułu sprężystości podłużnej E (moduł Younga)

   Wartość modułu sprężystości podłużnej należy wyznaczyć w oparciu o dane z liniowego odcinka wykres odkształcenie-naprężenie koszystając ze wzoru.

E = Δσ/Δε, [N/m2]

w którym przyjęto oznaczenie:

Δσ - przyrost naprężenia [MPa] na prostoliniowym odcinku wykresu ε - σ
Δε - przyrost odkształcenia [MPa] na prostoliniowym odcinku wykresu ε - σ.

Wyznaczanie własności wytrzymałościowych materiałów

  • wytrzymałość na rozciąganie Rm = Fmax/So
  • granica plastyczności Re = Fe/Su
  • naprężenia rozrywające Ru = Fu/Su

Wyznaczanie własności plastycznych materiału próbki

  • wydłużenie względne próbki proporcjonalnej Ap = (Lu - L0)*100/L0 [%]
  • przewężenie względne Z = (S0 - Su)*100/Su [%]

Przekroje S obliczamy, korzystając z podstawowych wzorów na pole powierzchni koła, kwadratu i prostokąta.

Do góry


   

 

 (C) 2011 - 2018 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved