INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Transkrypt

1 INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH Politechnika Śląska w Gliwicach INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH BADANIE TWORZYW SZTUCZNYCH OZNACZENIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH PRZY STATYCZNYM ROZCIĄGANIU Instrukcja przeznaczona jest dla studentów następujących kierunków: 1. Energetyka - sem. 3 MKiE 2. Mechanika i Budowa Maszyn - sem. 4 MKiE 3. Inżynieria Bezpieczeństwa - sem. 2 NoM

2 Cel wykonania ćwiczenia. Celem badania jest określenie cech wytrzymałościowych przy statycznym rozciąganiu tworzyw sztucznych przeznaczonych do prasowania, wtrysku i wytłaczania: a) granica plastyczności (bądź napręŝenie przy umownej granicy plastyczności), b) maksymalne napręŝenie rozciągające, c) napręŝenie zrywające, d) wydłuŝenie względne przy granicy plastyczności, e) wydłuŝenie względne przy maksymalnym napręŝeniu, f) wydłuŝenie względne przy zerwaniu. Dane otrzymane przy oznaczaniu wytrzymałościowych własności mechanicznych przy statycznym rozciąganiu stosuje się do oceny jakości tworzyw sztucznych. Otrzymane dane moŝna wykorzystywać do projektowania wyrobów, jeŝeli warunki eksploatacji wyrobu są zbliŝone do warunków oznaczania ustalonych podczas badania próbek. Wyniki badań są porównywalne w przypadku zachowania jednakowych warunków oznaczania (rodzaj i sposób przygotowania próbek, prędkość odkształcenia, temperatura i wilgotność otoczenia). Kształtki do badań. Jeśli tylko jest to moŝliwe, kształtki do badań powinny być w formie wiosełek, jak przedstawiono na rys. 1. Wszystkie powierzchnie kształtek przeznaczone do badań powinny być wolne od widocznych pęknięć, rys i innych niedoskonałości. b 2 b 1 h L L Rys. 1. Uniwersalna próbka do badań Pojęcia podstawowe. długość pomiarowa długość cylindrycznej lub pryzmatycznej części próbki, na której w kaŝdej chwili badania prowadzi się pomiar wydłuŝenia. W szczególności rozróŝnia się: - początkową długość pomiarową L długość pomiarowa próbki przed przyłoŝeniem siły, - długość pomiarową po zerwaniu L u długość pomiarowa po zerwaniu próbki, - długość roboczą 1 L c długość równoległej części próbki o pomniejszonym przekroju poprzecznym, wydłuŝenie λ ( L) przyrost początkowej długości pomiarowej (L ) po zakończeniu próby, wydłuŝenie względne ε wydłuŝenie wyraŝone w procentach początkowej długości pomiarowej (L ), wydłuŝenie procentowe po rozerwaniu A trwałe wydłuŝenie długości pomiarowej po rozerwaniu (L u L ), wyraŝone w procentach początkowej długości pomiarowej (L ), największa siła F m największa siła występująca na próbce podczas badania, po przekroczeniu granicy plastyczności, 1 W odniesieniu do próbek nie obrobionych mechanicznie pojęcie długości roboczej zastępuje się pojęciem odstępu między uchwytami maszyny wytrzymałościowej, - 2 -

3 granica plastyczności R e w wielu przypadkach po osiągnięciu stanu płynięcia wartość siły rozciągającej ulega małym wahaniom pomiędzy górną i dolną wartością. UmoŜliwia to wprowadzenie górnej i dolnej granicy plastyczności. Jako wielkość charakteryzującą własności materiału naleŝy przyjąć dolną wartość siły, umowna granica plastyczności R.2 napręŝenie, dla którego odkształcenie trwałe wynosi ε pl =.2%. Definiujemy ją dla celów praktycznych, poniewaŝ nie wszystkie materiały wykazują w próbie rozciągania wyraźną granicę plastyczności R e, wytrzymałość na rozciąganie R m napręŝenie odpowiadające największej sile (F m ), napręŝenie rozrywające R u napręŝenie odpowiadające zerwaniu próbki. Próbę rozciągania przeprowadza się na próbkach o stałym przekroju poprzecznym, która zostaje obciąŝona w kierunku osiowym siłą rozciągającą. Siła ta powoduje powstanie napręŝeń normalnych σ w przekroju próbki. NapręŜenie to definiujemy jako stosunek przyłoŝonej siły do pola przekroju, w którym ta siła działa. PrzyłoŜenie siły powoduje jednocześnie powstawanie wydłuŝenia λ. JeŜeli wielkość tą odniesiemy do długości początkowej uzyskamy wydłuŝenie jednostkowe ε. σ = F A FL EA λ = ε 1% = L λ gdzie: F - rozciągająca siła osiowa, A - pole przekroju poprzecznego próbki przed badaniem λ - wydłuŝenie całkowite, L - długość początkowa, E moduł spręŝystości podłuŝnej materiału (Young a), ε - wydłuŝenie względne (jednostkowe). Maszyna wytrzymałościowa do prób rozciągania. Do badań naleŝy stosować urządzenie zapewniające utrzymanie stałej prędkości posuwu uchwytu zgodnie. Maszyna wytrzymałościowa powinna być wyposaŝona w następujące urządzenia: a) Uchwyty do próbek, z których jeden jest połączony z częścią nieruchomą (stacjonarną) maszyny, a drugi z częścią ruchomą (napędzaną) maszyny. W celu zapewnienia osiowego przyłoŝenia obciąŝenia do próbek, uchwyty powinny być samoustawne oraz powinny zabezpieczyć próbki przed wyślizgiwaniem się w czasie badania, dlatego powinny być tak skonstruowane, by nacisk ich na próbkę wzrastał wraz ze wzrostem obciąŝenia rozciągającego działającego na próbkę. b) Urządzenie do pomiaru obciąŝenia rozciągającego działającego na próbkę, o dokładności wskazań większej niŝ 1 % mierzonej wielkości, nie wykazujące opóźnienia wskutek bezwładności przy określonej prędkości posuwu. c) Ekstensometr umoŝliwiający pomiar wydłuŝenia odcinka pomiarowego próbki z dokładnością co najmniej 1 %. PoŜądana jest automatyczna rejestracja przyrostu wydłuŝenia w funkcji obciąŝenia próbki. Wykonanie testu. 1. Przygotowanie oraz wykonanie testu przeprowadza się zgodnie ze wskazówkami zawartymi w instrukcji obsługi zrywarki. Próbę przeprowadza pracownik ZPKiEM 1 lub osoba przez niego upowaŝniona. 1 Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn - 3 -

4 2. Próbę rozciągania przeprowadzamy na otrzymanych próbkach (zgodnie z zaleceniami normy PN-EN ISO 527-2: Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu). 3. Próba polega na rozciąganiu próbki aŝ do rozerwania i wyznaczeniu własności mechanicznych tworzywa, z którego próbka została wykonana. 4. Oznaczenie własności wytrzymałościowych naleŝy wykonać w temperaturze 23±2 C i wilgotności względnej 5±5 %, jeŝeli w normach przedmiotowych dotyczących badanego tworzywa nie ma innych wskazań. Przebieg ćwiczenia. 1. pomiar cech geometrycznych próbki: a) całkowita długość próbki L, b) grubość h, szerokość b 1 i b 2 (próbkę mierzymy w trzech róŝnych miejscach z otrzymanych danych oblicza się średnią arytmetyczną, a na tej podstawie oblicza się powierzchnię początkowego przekroju poprzecznego A ), c) długość pomiarowa L, 2. zaznaczenie na próbce długości pomiarowej (dla próbek pryzmatycznych długość równoległa jest równa odległości pomiędzy uchwytami maszyny), 3. opracowanie metody badania i wprowadzenie cech geometrycznych próbki do komputera, 4. zamocowanie próbki w maszynie wytrzymałościowej w taki sposób, aby oś próbki zgodna była z kierunkiem rozciągania, 5. przeprowadzenie próby, 6. pomiar próbki po zerwaniu L u, 7. narysowanie wykresu rozciągania w układzie σ = f(ε) na podstawie zarejestrowanych parametrów pomiarowych, 8. wyznaczenie charakterystycznych wielkości (patrz cel ćwiczenia), 9. Otrzymane wyniki zamieszczamy w tablicy pomiarowej (na podstawie tablicy 1). Tablica 1. Pomiary i wyniki L = mm h 1 = mm b 11 = mm b 21 = mm h 2 = mm b 12 = mm b 22 = mm h 3 = mm b 13 = mm b 23 = mm h śr = mm b 1śr = mm b 2śr = mm L = mm L u = mm A = mm 2 A u = mm 2 F [kn] λ [mm] σ [MPa] ε [mm/mm] n R e = MPA σ m = MPa σ u = MPa ε (Re) = % ε (Rm) = % ε (Ru) = % - 4 -

5 Sprawozdanie powinno zawierać: - krótki opis metody statycznej próby rozciągania tworzyw sztucznych, - rodzaj i typ maszyny wytrzymałościowej oraz opis działania, - cechy geometryczne próbki do badań (rysunek z wymiarami), - tablice pomiarów i otrzymanych wyników (tablica 1), - wykres rozciągania z zaznaczonymi charakterystycznymi wielkościami, - obliczenia charakterystycznych wielkości, - wnioski