STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Transkrypt

1 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych. Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Próba ta polega na osiowym rozciąganiu próbek o ściśle określonym kształcie (zależnym od rodzaju badanego materiału) w specjalnych uchwytach dostosowanych do próbek. Próbki do badań Przygotowanie próbek do oraz sposób prowadzenia próby opisane są szczegółowo w normie : PN-EN ISO : Metale -- Próba rozciągania -- Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej Próbki do rozciągania pobiera się zwykle równolegle lub prostopadle do kierunku walcowania, a następnie obrabia się je mechanicznie, zachowując co najmniej 6 klasę chropowatości powierzchni pomiarowej. Rozróżnia się następujące rodzaje próbek dla stali i przerobionych plastycznie stopów metali nieżelaznych: Cylindryczne z główkami do uchwytów pierścieniowych; Cylindryczne do uchwytów w szczęki; Cylindryczne z główkami gwintowanymi; Płaskie, częściowo obrobione mechanicznie; Płaskie bez główek; Nie obrobione mechanicznie ( z prętów, kształtowników o małym przekroju, odlewów, itp.); Pierścieniowe ( w przypadku badania materiałów kotłowych i urządzeń ciepłowniczych); Z żeliwa. W czasie próby rejestruje się zależność przyrostu długości próbki od wielkości siły rozciągającej oraz rejestruje się granicę sprężystości, przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę. Naprężenia w próbce oblicza się dzieląc siłę rozciągającą przez pole przekroju poprzecznego próbki (uwzględniając przewężenie lub nie uwzględniając go). Typowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek 1. Początkowo wzrost naprężenia powoduje liniowy wzrost odkształcenia. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Po osiągnięciu naprężenia Re, zwanego granicą sprężystości materiał przechodzi w stan plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Przekroczenie granicy

2 sprężystości, zauważalne w okresie chwilowego braku przyrostu naprężenia, powoduje przejście materiału w stan plastyczny. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu rozrywającym Ru. Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje wykres naprężenia obliczanego przy uwzględnieniu pola wyjściowego próbki. Czyni się tak, by zaobserwować wartość Rm, będącą lokalnym maksimum krzywej. Ten ogólny przypadek znacznie różni się dla różnych materiałów. Np. materiały sprężyste, jak stale wysokowęglowe, żeliwa, stale sprężynowe, nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej ulegają zerwaniu. Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego. Na podstawie wyników pomiarów statyczną próbą rozciągania można określić podstawowe wielkości wytrzymałościowe materiału, jakimi są: Re, Rm, moduł Younga i współczynnik Poissona. Rys. 1 Wykres statycznego rozciągania

3 Rys. 2 Przykład próbki wykorzystywanej w statycznej próbie rozciągania metali. Rys. 3 Przykład próbki po rozciąganiu Przykładowe zestawienie wyników dla próby rozciągania stali S355J2 Lp. Wymiary próbki Własności mechaniczne Oznaczenie próbki OCENA g[mm] b [mm] S[mm2] Fm[kN] Rm[MPa] 1 S355J2, R S 2 S355J2, R S S gdy Rm osiąga wartość powyżej 520 [MPa] i zerwanie następuje w materiale rodzimym, NS gdy Rm nie osiąga wartości 520 [MPa] i zerwanie następuje w SWC lub spoinie.

4 Granice plastyczności R eh, R El Granica plastyczności, czyli naprężenie, po osiągnięciu którego następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku obciążenia : Fe siła obciążająca, odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności [kn] So pole przekroju poprzecznego próbki [mm 2 ] Na krzywej z wyraźną granicą plastyczności wyznaczamy wyraźną granicą plastyczności - górna granica plast. - dolna granica plast. Granica plastyczności jest uzależniona od typu krzywej rozciągania. Gdy na krzywej rozciągania nie ujawnia się wyraźna granica plastyczności, wyznacza się umowną granicę plastyczności. Umowna granica plastyczności R 0,2 jest to naprężenie, wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,2% długości pomiarowej:,, Wytrzymałość na rozciąganie R m Jest to stosunek maksymalnej siły F m do pola przekroju pierwotnego próbki S 0 daje wartość umownego, granicznego naprężenia rozciągającego, które nazywa się wytrzymałością na rozciąganie R m : Fm największa siła uzyskana w czasie próby, zarejestrowana przez czujnik siły maszyny wytrzymałościowej [kn] So pole przekroju poprzecznego próbki [mm 2 ]

5 -Wydłużenie względne Wydłużenie względne (procentowe) A jest to stosunek trwałego wydłużenia bezwzględne-go długości L u do początkowej długości pomiarowej próbki pomiarowej próbki po rozerwaniu L 0 wyrażony w procentach: L u długość pomiarowa po rozerwaniu [mm] L o początkowa długość pomiarowa próbki [mm] -Względne wydłużenie równomierne Względne wydłużenie równomierne Ar określa względne wydłużenie próbki odpowiadające równomiernemu odkształceniu, które zachodzi do momentu pojawienia się szyjki. -Przewężenie Względne przewężenie Z jest to stosunek różnicy pola początkowego, przekroju poprzecznego i pola przekroju poprzecznego w miejscu rozerwania próbki, do pola początkowego przekroju wyrażony w procentach: S o pole przekroju początkowego próbki [mm 2 ] S u pole przekroju próbki w miejscu zerwania [mm 2 ] Literatura [1] Pod redakcją Prof. dr hab. inż. Jana Pilarczyka Poradnik Inżyniera - Spawalnictwo tom II, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005r. [2] Pod redakcją Prof. dr hab. inż. Jana Pilarczyka Poradnik Inżyniera - Spawalnictwo tom I, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003r.