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

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 naprężenie przy umownej granicy plastyczności), b) maksymalne naprężenie rozciągające, c) naprężenie zrywające, d) wydłużenie względne przy granicy plastyczności, e) wydłużenie względne przy maksymalnym naprężeniu, f) wydłużenie względne przy zerwaniu. Dane otrzymane przy oznaczaniu wytrzymałościowych własności mechanicznych przy statycznym rozciąganiu stosuje się do oceny jakości tworzyw sztucznych. Otrzymane dane można wykorzystywać do projektowania wyrobów, jeżeli warunki eksploatacji wyrobu są zbliżone 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 możliwe, 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. Rys. 1. Uniwersalna próbka do badań Pojęcia podstawowe. długość pomiarowa długość cylindrycznej lub pryzmatycznej części próbki, na której w każdej chwili badania prowadzi się pomiar wydłużenia. W szczególności rozróżnia się: - początkową długość pomiarową L długość pomiarowa próbki przed przyłożeniem 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, - długość całkowita L t długość próbki, wydłużenie ( L) przyrost początkowej długości pomiarowej (L ) po zakończeniu próby, wydłużenie względne wydłużenie wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej (L ), wydłużenie procentowe po rozerwaniu A trwałe wydłużenie długości pomiarowej po rozerwaniu (L u -L ), wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej (L ), 1 W odniesieniu do próbek nie obrobionych mechanicznie pojęcie długości roboczej zastępuje się pojęciem odstępu między uchwytami maszyny wytrzymałościowej, - 2 -

3 największa siła F m największa siła występująca na próbce podczas badania, po przekroczeniu granicy plastyczności, granica plastyczności R e w wielu przypadkach po osiągnięciu stanu płynięcia wartość siły rozciągającej ulega małym wahaniom pomiędzy górną i dolną wartością. Umożliwia to wprowadzenie górnej i dolnej granicy plastyczności. Jako wielkość charakteryzującą własności materiału należy przyjąć dolną wartość siły, umowna granica plastyczności R.2 naprężenie, dla którego odkształcenie trwałe wynosi pl =.2%. Definiujemy ją dla celów praktycznych, ponieważ nie wszystkie materiały wykazują w próbie rozciągania wyraźną granicę plastyczności R e, wytrzymałość na rozciąganie R m naprężenie odpowiadające największej sile (F m ), naprężenie rozrywające R u naprężenie odpowiadające zerwaniu próbki. Próbę rozciągania przeprowadza się na próbkach o stałym przekroju poprzecznym, która zostaje obciążona w kierunku osiowym siłą rozciągającą. Siła ta powoduje powstanie naprężeń normalnych w przekroju próbki. Naprężenie to definiujemy jako stosunek przyłożonej siły do pola przekroju, w którym ta siła działa. Przyłożenie siły powoduje jednocześnie powstawanie wydłużenia. Jeżeli wielkość tą odniesiemy do długości początkowej uzyskamy wydłużenie względne. F A FL EA 1% L gdzie: F - rozciągająca siła osiowa, A - pole przekroju poprzecznego próbki przed badaniem - wydłużenie całkowite, L - długość początkowa, E moduł sprężystości podłużnej materiału (Young a), - wydłużenie względne (procentowe). Maszyna wytrzymałościowa do prób rozciągania. Do badań należy stosować urządzenie zapewniające utrzymanie stałej prędkości posuwu uchwytu zgodnie. Maszyna wytrzymałościowa powinna być wyposażona 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 przyłożenia obciążenia 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 obciążenia rozciągającego działającego na próbkę. b) Urządzenie do pomiaru obciążenia rozciągającego działającego na próbkę, o dokładności wskazań większej niż 1 % mierzonej wielkości, nie wykazujące opóźnienia wskutek bezwładności przy określonej prędkości posuwu. c) Ekstensometr umożliwiający pomiar wydłużenia odcinka pomiarowego próbki z dokładnością co najmniej 1 %. Pożądana jest automatyczna rejestracja przyrostu wydłużenia w funkcji obciążenia próbki

4 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 upoważniona. 2. Próbę rozciągania przeprowadzamy na otrzymanych próbkach (zgodnie z zaleceniami normy PN-EN ISO Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu). 3. Próba polega na rozciąganiu próbki aż do rozerwania i wyznaczeniu własności mechanicznych tworzywa, z którego próbka została wykonana. 4. Oznaczenie własności wytrzymałościowych należy wykonać w temperaturze 23 2 C i wilgotności względnej 5 5 %, jeżeli w normach przedmiotowych dotyczących badanego tworzywa nie ma innych wskazań. Przebieg ćwiczenia. 1. pomiar cech geometrycznych próbki: a) całkowita długość próbki L t, b) grubość h, szerokość b 1 i b 2 (próbkę mierzymy w trzech różnych miejscach z otrzymanych danych oblicza się średnią arytmetyczną. Dla danych h i b 1 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 = f( ) na podstawie zarejestrowanych parametrów pomiarowych F[N] i [ m], 8. wyznaczenie charakterystycznych wielkości (patrz cel ćwiczenia), 9. otrzymane wyniki zamieszczamy w tablicach pomiarów i wyników (na podstawie tablic 1 i 2). Tablica 1. Pomiary 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 1 Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn - 4 -

5 Tablica 2. Wyniki F [kn] [mm] [MPa] [mm/mm] n R e = MPA m = MPa u = MPa (Re) = % (Rm) = % (Ru) = % Sprawozdanie powinno zawierać: 1. krótki opis metody statycznej próby rozciągania tworzyw sztucznych, 2. rodzaj i typ maszyny wytrzymałościowej oraz opis działania, 3. cechy geometryczne próbki do badań (rysunek z wymiarami), 4. tablica pomiarów i otrzymanych wyników (tablica 1), 5. wykres rozciągania z zaznaczonymi charakterystycznymi wielkościami, 6. obliczenia charakterystycznych wielkości, 7. wnioski