Laboratorium Metod Badania Materiałów Statyczna próba rozciągania

Transkrypt

1 Robert Gabor Laboratorim Metod Badania Materiałów Statyczna próba rozciągania Więcej na: dział laboratoria 1

2 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Statyczna próba rozciągania ocenia właściwości mechaniczne metali i stopów. Jej zaletą jest możliwość wyznaczenia wartości charakteryzjących właściwości wytrzymałościowe jak i plastyczne materiał. Metoda polega na poddani odpowiednio przygotowanej próbki działani siły rozciągającej aż do zerwania. Właściwości wytrzymałościowe charakteryzją opór materiał próbki na odkształcanie lb pękanie. Wielkości wytrzymałościowe wyznacza się z położenia określonych pnktów na wykresie rozciągania σ R eh R m R el R H R (sp) R ε Wykres rozciągania materiałów z wyraźną granicą plastyczności Dla stali 45 Granica proporcjonalności Granica sprężystości Granica plastyczności (górna FH RH [MPa] S F,5 R,5 [MPa] S i dolna) Wytrzymałość na rozciąganie. FeH ReH [MPa] R R el m F Naprężenie zrywające. R S S F F S el S m [MPa] [MPa] [MPa] Właściwości plastyczne określane w próbie rozciągania. Wydłżenie względne (procentowe) A stosnek trwałego wydłżenia bezwzględnego dłgości pomiarowej próbki po rozerwani L do początkowej dłgości pomiarowej próbki L wyrażony w procentach: L5 L5 A5 1% L5

3 A L L 1% L1 Przy symbol wydłżenia względnego A zaznacza się krotność próbki. Oznaczenia A5, A1 informją że pomiar został dokonany na próbkach proporcjonalnych pięcio-,dziesięciokrotnych. Względne wydłżenie równomierne Ar określa względne wydłżenie odpowiadające równomiernem odkształceni, które zachodzi do moment pojawienia się szyjki. Wydłżenie to można przedstawić jako: gdzie: Lr L A r L d d 1% d r r 1% Lr dłgość próbki w momencie pojawienia się szyjki, d początkowa średnica próbki, dr średnica zmierzona na dłższej części rozerwanej próbki, w połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem dłgości pomiarowej. Względne przewężenie Z jest to stosnek różnicy pola początkowego przekroj poprzecznego i pola przekroj poprzecznego w miejsc rozerwania próbki do pola początkowego przekroj, wyrażony w procentach: gdzie: S S Z S d 1% 1 d 1% S najmniejsze pole powierzchni przekroj poprzecznego próbki po rozerwani, d, d odpowiednio średnica początkowa i średnica próbki w miejsc zerwania. Wykonanie ćwiczenia. - określenie granicy plastyczności Re, - określenie wytrzymałości na rozciąganie Rm, - określenie naprężenia zrywającego R, - określenie wydłżenia względnego A5 i A1, - określenie wydłżenia równomiernego Ar, - określenie przewężenia Z. Przeprowadzenia badania: Pomiar średnicy próbki na dłgości pomiarowej : d1 5,98mm d 5,99mm d3 5,89mm średnia z 3 pomiarów 5,99mm dłgość pomiarowa L, którą zaznaczono na dłgości roboczej próbki, za pomocą odpowiedniej skalarni, 5 krotna dłgość pomiarowa 3mm : 1-krotna dłgość pomiarowa 6mm średnica dr na dłższej części rozerwanej próbki, w połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem dłgości pomiarowej, Stal 45: dr 5,9 mm średnica d w miejsc zerwania próbki, Stal 45: d 4,1 mm dłgości L 5 i L 1 dla pięcio- i dziesięciokrotnej dłgości pomiarowej po zerwani. 5 krotna dłgość pomiarowa L 5 39,1 mm 1 krotna dłgość pomiarowa L 1 73, mm Otrzymjemy wykres rozciągania stali węglowej 45 : 3

4 Stal siła[n] wydłżenie[mm] Zestawienie pomiarów: Stal 45 d [mm] 5,99 S[mm ] 8,16 L 5 [mm] 3 L 1 [mm] 6 FeH [kn] 11,7 FeL [kn] 11,5 Fm [kn] 18,8 F [kn] 15,4 L 5 [mm] 39,1 L 1 [mm] 73, dr [mm] 5,9 d [mm] 4,1 ReH [MPa] 415 ReL [MPa] 48 Rm [MPa] 667 R [MPa] 1167 A5 [%] 3,3 A1 [%] Ar [%] 38,49 S [mm ] 13,19 Z [%] 53,1 4

5 Wyznaczanie mownej granicy plastyczności R,. Określenie granicy proporcjonalności RH i granicy sprężystości R,5 oraz modł sprężystości podłżnej E. Ekstensometr jest to przyrząd do pomiar małych odkształceń, charakterystycznymi cechami ekstensometrów są: przełożenie i oraz stała wzorcowa ekstensometr K Ekstensometr przed pomiarami należy wykalibrować. Ekstensometr charakteryzją dwie wielkości: Przełożenie i jest to iloraz zmiany L dłgości pomiarowej ekstensometr L (bazy ekstensometr) oraz różnicy wskazań ekstensometr b: L i b Stała ekstensometr K równa się ilorazowi przełożenia i oraz dłgości pomiarowej ekstensometr: L 1 i K. b L L Stałą K i przełożenie i stosje się do wyznaczania wielkości wydłżeń bezwzględnych L i jednostkowych. Mnożąc różnicę wskazań ekstensometr b przez przełożenie, zyskje się wydłżenie bezwzględne L, natomiast po przemnożeni jej przez stałą K otrzymje się wartość wydłżenia względnego ε. Granica plastyczności zostały wyodrębnione dwa rodzaje granic plastyczności w zależności od ich widoczności - wyraźna, gdy widać wyraźne przejście wykres między obszarem sprężystym a plastycznym (kant) - mowna, gdy nie widać na wykresie F( L) wyraźnej granicy, jest to naprężenie, które wywołje próbce wydłżenie trwałe równe,% dłgości pomiarowej R, F S, O [ MPa] Modł Yong a inaczej modł sprężystości podłżnej, czyli naprężenie powodjące wydłżenie probki o dłgość pomiarową (jeśli zachowane by było prawo Hooke a) F LO E [ MPa] S L Przeprowadzenie badania pomiar średnicy próbki (średnia z trzech pomiarów za pomocą śrby mikrometrycznej) d 5,98mm dłgość pomiarowa L, którą zaznaczono rysą na dłgości roboczej próbki, za pomocą odpowiedniej skalarki. 5-krotna dłgość pomiarowa wynosi 3mm, a 1-krotna 6mm średnica dr na dłższej części rozerwanej próbki, w połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem dłgości pomiarowej: dla stali 1H18N9 dr 4,98mm średnica d w miejsc zerwania próbki: dla stali 1H18N9 d 3,mm dłgości L 5 i L 1 dla pięcio- i dziesięciokrotnej dłgości pomiarowej po zerwani: L 5 49mm L 1 81,1mm 5

6 Otrzymjemy wykres dla rozciągania stali 1H18N9: Stal 1H18N9 15 siła[n] wydłżenie[mm] Zestawienie pomiarów i obliczenia : Stal H1N18N9 d [mm] 6 S[mm ] 8,6 L 5 [mm] 3 L 1 [mm] 6 FH [kn] 4,1 F,5 [kn] 6,8 F, [kn] 7,7 Fm [kn] 17,4 F [kn] 11,8 L 5 [mm] 49 L 1 [mm] 81,1 dr [mm] 4,98 d [mm] 3 S [mm ] 7,6 RH [MPa] 145 R,5 [MPa] 4 R, [MPa] 7 Rm [MPa] 615 R [MPa] 1671 A5 [%] 63,3 A1 [%] 35, Ar [%] 45,1 Z [%] 75 6

7 Odczytanie wartości siły FH, F,5, F,. Do pomiar wydłżenia żyto ekstensometr o przełożeni 1/1 i dłgości pomiarowej L ekst5 mm. Ekstensometr został mocowany na badanej próbce przed rozpoczęciem rozciągania próbki. Dla zmiany dłgości pomiarowej L,5mm różnica jego wskazań b5 mm. Aby wyznaczyć siłę F,5 obliczam: b,5,5 Lekd 5 mm, Aby wyznaczyć siłę F, obliczam: b,, Leks 1 mm Siła [N] ,1,,3,4,5 wydłżenie ekstensometr [mm] Wyznaczanie modł Yonga. Aby wyznaczyć wartość modł Yonga korzystam z wykres, na którym do pomiar wydłżenia żyto ekstensometr. Z zyskanych wartości siły F i zmiany dłgości L można zyskać naprężenie σ i wydłżenie względne ε σ Wartość modł Yonga wyraża się wzorem: E MPa. ε Z wykres odczytjemy kilka wartości sił i odpowiadające im wartości wskazań ekstensometr, a następnie sporządzamy wykres przy czym. Naprężenie σ otrzymjemy dzieląc siłę F przez przekrój poprzeczny próbki, wydłżenie względne ε otrzymamy dzieląc wydłżenie L przez bazę ekstensometr (L ekst5 mm). 7

8 σ [MPa] 1, 1, 8, 6, 4, 777,4,,,1,,3,4,5 ε [-] (zawężony zakres) Tak zestawione wyniki w tabeli program Excel poddajemy analizie regresji liniowej otrzymawszy zależność otrzymjąc wynik: E~777MPa 8GPa (co jest wynikiem zadowalającym, E dla stali jest w granicach 5..1GPa) Zestawienie wyników dla ob stali: zestawienie 15 siła N 1 5 stal 45 stal 1H18N wydłżenie mm 8

9 Stal 45 Stal 1H18N9 d [mm] 5,99 d [mm] 6 S[mm ] 8,16 S[mm ] 8,6 L 5 [mm] 3 L 5 [mm] 3 L 1 [mm] 6 L 1 [mm] 6 FeH [kn] 11,7 FH [kn] 4,1 FeL [kn] 11,5 F,5 [kn] 6,8 F, [kn] 7,7 Fm [kn] 18,8 Fm [kn] 17,4 F [kn] 15,4 F [kn] 11,8 L 5 [mm] 39,1 L 5 [mm] 49 L 1 [mm] 73, L 1 [mm] 81,1 dr [mm] 5,9 dr [mm] 4,98 d [mm] 4,1 d [mm] 3 ReH [MPa] 415 RH [MPa] 145 ReL [MPa] 48 R,5 [MPa] 4 R, [MPa] 7 Rm [MPa] 667 Rm [MPa] 615 S [mm ] 13,19 S [mm ] 7,6 R [MPa] 1167 R [MPa] 1671 A5 [%] 3,3 A5 [%] 63,3 A1 [%] A1 [%] 35, Ar [%] 38,49 Ar [%] 45,1 Z [%] 53,1 Z [%] 75 E[GPa] 8 WNIOSKI: Analiza tabel i porównanie wykresów wskazje, że stal węglowa 45 jest krcha i twarda. Jej wydłżenie jest mniejsze od stali stopowej 1H18N9, czyli posiada ona gorsze własności plastyczne. Ma większą wytrzymałość na rozciąganie Rm i wyraźną granicę plastyczności, czyli ma lepsze właściwości wytrzymałościowe. Dla porównania stopowa stal astenityczna niklowo-chromowa, która praktycznie nie zawiera węgla, posiada wysokie właściwości plastyczne i wytrzymałościowe. A wykres rozciągania statycznego opisje wpływ tych drogich metali na jakość końcową tej wysokojakościowej stali. Więcej na: dział laboratoria -6 6 by Tremolo Robert Gabor pomyśl zanim skopijesz 9