Statyczna proba rozciagania

5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 1/11

Robert Gabor

Laboratorium Metod Badania MateriałówStatyczna próba rozciągania

Więcej na: www.tremolo.prv.pl , www.tremolo.elektroda.net dział laboratoria

1

http://www.tremolo.prv.pl/


http://www.tremolo.elektroda.net/





CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Statyczna próba rozciągania ocenia właściwości mechaniczne metali istopów. Jej zaletą jest możliwość wyznaczenia wartości charakteryzującychwłaściwości wytrzymałościowe jak i plastyczne materiału. Metoda polegana poddaniu odpowiednio przygotowanej próbki działaniu siłyrozciągającej aż do zerwania.

Właściwości wytrzymałościowe charakteryzują opór materiałupróbki na odkształcanie lub pękanie. Wielkości wytrzymałościowewyznacza się z położenia określonych punktów na wykresie rozciągania

R H

R ( s p )

R e L

R e H

R m

Ru

σ

εWykres rozciągania materiałów z wyraźną granicą plastyczności

Dla stali 45

Granica proporcjonalności0S

F R

H

H = [MPa]

Granica sprężystości0

05,0

05,0S

F R = [MPa]

Granica plastyczności (górna 0

S

F R

eH

eH = [MPa]

i dolna) 0S

F R

eL

eL= [MPa]

Wytrzymałość na rozciąganie. 0S

F R

m

m= [MPa]

Naprężenie zrywające.u

u

u

S

F R = [MPa]

Właściwości plastyczne określane w próbie rozciągania.

Wydłużenie względne (procentowe) A stosunek trwałegowydłużenia bezwzględnego długości pomiarowej próbki po rozerwaniu L u

do początkowej długości pomiarowej próbki L0 wyrażony w procentach:

2



%100

05

055

5⋅

−=

L

L L A

u

%100

010

01010

10⋅

−=

L

L L A

u .

Przy symbolu wydłużenia względnego A zaznacza się krotność próbki.Oznaczenia A5, A10 informują że pomiar został dokonany na próbkach

proporcjonalnych pięcio- ,dziesięciokrotnych.Względne wydłużenie równomierne Ar określa względne

wydłużenie odpowiadające równomiernemu odkształceniu, które zachodzido momentu pojawienia się szyjki. Wydłużenie to można przedstawić jako:

%100%1002

22

0

0

0 ⋅−

=⋅

−=

r

r r

r

d

d d

L

L L A

gdzie:Lr – długość próbki w momencie pojawienia się szyjki,d0 – początkowa średnica próbki,dr – średnica zmierzona na dłuższej części rozerwanej próbki, w

połowie odległości między miejscem rozerwania i końcem długościpomiarowej.

Względne przewężenie Z jest to stosunek różnicy polapoczątkowego przekroju poprzecznego i pola przekroju poprzecznego wmiejscu rozerwania próbki do pola początkowego przekroju, wyrażony wprocentach:

%1001%100

2

00

0 ⋅

−=⋅

−=

d

d

S

S S Z

uu

gdzie:Su – najmniejsze pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki po

rozerwaniu,d0, du – odpowiednio średnica początkowa i średnica próbki w miejscu

zerwania.

Wykonanie ćwiczenia.

- określenie granicy plastyczności Re,- określenie wytrzymałości na rozciąganie Rm,- określenie naprężenia zrywającego Ru,- określenie wydłużenia względnego A5 i A10,- określenie wydłużenia równomiernego Ar,- określenie przewężenia Z.

Przeprowadzenia badania:

Pomiar średnicy próbki na długości pomiarowej : d1 = 5,98mm d2 =

5,99mm d3 = 5,89mm średnia z 3 pomiarów 5,99mm

3



długość pomiarowa L0, którą zaznaczono na długości roboczej próbki, zapomocą odpowiedniej skalarni, 5 krotna długość pomiarowa 30mm : 10-krotna długość pomiarowa 60mmśrednica dr na dłuższej części rozerwanej próbki, w połowie odległościmiędzy miejscem rozerwania i końcem długości pomiarowej, Stal 45: dr =

5,09 mmśrednica du w miejscu zerwania próbki, Stal 45: du = 4,1 mmdługości Lu 5 i Lu 10 dla pięcio- i dziesięciokrotnej długości pomiarowej pozerwaniu. 5 krotna długość pomiarowa Lu 5 = 39,1 mm 10 krotna długośćpomiarowa Lu 10 = 73,2 mm

Otrzymujemy wykres rozciągania stali węglowej 45 :

Stal 45

0

5000

10000

15000

20000

0 5 10 15 20

wydłużenie[mm]

s i ł a [ N ]

Zestawienie pomiarów:

Stal 45

d0 [mm] 5,99

S0[mm2]28,1

6

L0 5 [mm] 30

L0 10 [mm] 60

FeH [kN] 11,7

FeL [kN] 11,5

Fm [kN] 18,8Fu [kN] 15,4

Lu 5 [mm] 39,1

Lu 10 [mm] 73,2

dr [mm] 5,09

du [mm] 4,1

ReH [MPa] 415

ReL [MPa] 408

Rm [MPa] 667Ru [MPa] 116

4



7

A5 [%] 30,3

A10 [%] 22

Ar [%]38,4

9Su [mm2]

13,19

Z [%] 53,1

Wyznaczanie umownej granicy plastyczności R0,2. Określenie granicy

proporcjonalności RH i granicy sprężystości R0,05 oraz modułu sprężystości podłużnej

E.

Ekstensometr – jest to przyrząd do pomiaru małych odkształceń ,charakterystycznymi cechami ekstensometrów są: przełożenie „i” orazstała wzorcowa ekstensometru „K”Ekstensometr przed pomiarami należy wykalibrować. Ekstensometrcharakteryzują dwie wielkości:Przełożenie i jest to iloraz zmiany ΔL długości pomiarowej ekstensometruL0 (bazy ekstensometru) oraz różnicy wskazań ekstensometru Δb:

b

Li

∆

∆=

Stała ekstensometru K równa się ilorazowi przełożenia i oraz długościpomiarowej ekstensometru:

00

1

L

i

Lb

L K =⋅

∆

∆= .

Stałą K i przełożenie „i” stosuje się do wyznaczania wielkościwydłużeń bezwzględnych ΔL i jednostkowych. Mnożąc różnicę wskazańekstensometru Δb przez przełożenie, uzyskuje się wydłużenie bezwzględneΔL, natomiast po przemnożeniu jej przez stałą K otrzymuje się wartośćwydłużenia względnego ε.

Granica plastyczności – zostały wyodrębnione dwa rodzaje granicplastyczności w zależności od ich widoczności- wyraźna, gdy widać wyraźne przejście wykresu między obszaremsprężystym a plastycznym (kant)- umowna , gdy nie widać na wykresie F(∆L) wyraźnej granicy, jest tonaprężenie , które wywołuje próbce wydłużenie trwałe równe 0,2%długości pomiarowej

[ ]MPa

S

F R

O

2,0

2,0

=

5



Moduł Young’a” – inaczej moduł sprężystości podłużnej, czyli naprężeniepowodujące wydłużenie probki o długość pomiarową (jeśli zachowane bybyło prawo Hooke’a)

[ ]MPa

LS

L F E

O

∆⋅

⋅=

Przeprowadzenie badania

pomiar średnicy próbki (średnia z trzech pomiarów za pomocą śrubymikrometrycznej) d0 = 5,98mmdługość pomiarowa L0, którą zaznaczono rysą na długości roboczejpróbki, za pomocą odpowiedniej skalarki. 5-krotna długość pomiarowawynosi 30mm, a 10-krotna 60mm

średnica dr na dłuższej części rozerwanej próbki, w połowie odległościmiędzy miejscem rozerwania i końcem długości pomiarowej: dla stali1H18N9 dr = 4,98mmśrednica du w miejscu zerwania próbki: dla stali 1H18N9 du = 3,00mmdługości Lu 5 i Lu 10 dla pięcio- i dziesięciokrotnej długości pomiarowej pozerwaniu: Lu 5 = 49mm Lu 10 = 81,1mm

Otrzymujemy wykres dla rozciągania stali 1H18N9:

Stal 1H18N9

0

5000

10000

15000

20000

0 5 10 15 20 25 30 35 40

wydłużenie[mm]

s i ł a [ N ]

Zestawienie pomiarów i obliczenia :

StalH1N18N

9d0 [mm] 6

S0[mm2] 28,26

6



L0 5 [mm] 30L0 10 [mm] 60FH [kN] 4,1F0,05 [kN] 6,8F0,2 [kN] 7,7

Fm [kN] 17,4Fu [kN] 11,8Lu 5 [mm] 49Lu 10 [mm] 81,1dr [mm] 4,98du [mm] 3Su [mm2] 7,06RH [MPa] 145R0,05

[MPa]240

R0,2 [MPa] 272Rm [MPa] 615

Ru [MPa] 1671

A5 [%] 63,3

A10 [%] 35,2

Ar [%] 45,1

Z [%] 75

Odczytanie wartości siły FH, F0,05, F0,2.

Do pomiaru wydłużenia użyto ekstensometru o przełożeniu 1/1000 idługości pomiarowej L0 ekst=50 mm.

Ekstensometr został umocowany na badanej próbce przedrozpoczęciem rozciągania próbki. Dla zmiany długości pomiarowejΔL=0,5mm różnica jego wskazań Δb=500 mm.

Aby wyznaczyć siłę F0,05 obliczam:250005,0

005,0 =⋅=∆ekd

Lb mm,

Aby wyznaczyć siłę F0,2 obliczam:100002,0 02,0 =⋅=∆

eks Lb mm

7



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

wydłużenie ekstensometru [mm]

S i ł a [ N

Wyznaczanie modułu Younga.Aby wyznaczyć wartość modułu Younga korzystam z wykresu, na

którym do pomiaru wydłużenia użyto ekstensometru.Z uzyskanych wartości siły F i zmiany długości ΔL można uzyskać

naprężenie σ i wydłużenie względne ε

Wartość modułu Younga wyraża się wzorem:ε

σ

∆

∆= E MPa.

Z wykresu odczytujemy kilka wartości sił i odpowiadające im wartościwskazań ekstensometru, a następnie sporządzamy wykres przy czym.Naprężenie σ otrzymujemy dzieląc siłę F przez przekrój poprzeczny próbki,wydłużenie względne ε otrzymamy dzieląc wydłużenie ΔL przez bazęekstensometru (L0 ekst=50 mm).

σ ∆

[MPa]

8



= 2 0 7 7 2

7 , 4

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005

ε ∆

[-] (zawężony zakres)

Tak zestawione wyniki w tabeli programu Excel poddajemy analizieregresji liniowej otrzymawszy zależność otrzymując wynik:

E=~207727MPa = 208GPa (co jest wynikiem zadowalającym, E dla stali jest w granicach 205..210GPa)

Zestawienie wyników dla obu stali:

zestawienie

0

5000

10000

15000

20000

0 10 20 30 40

wydłużenie mm

s i ł a

N stal 45

stal 1H18N9

9



Stal 45 Stal 1H18N9

d0 [mm] 5,99 d0 [mm] 6

S0[mm2] 28,16 S0[mm2] 28,26

L0 5 [mm] 30 L0 5 [mm] 30

L0 10 [mm] 60 L0 10 [mm] 60

FeH [kN] 11,7 FH [kN] 4,1

FeL [kN] 11,5 F0,05 [kN] 6,8

F0,2 [kN] 7,7

Fm [kN] 18,8 Fm [kN] 17,4

Fu [kN] 15,4 Fu [kN] 11,8

Lu 5 [mm] 39,1 Lu 5 [mm] 49

Lu 10 [mm] 73,2 Lu 10 [mm] 81,1

dr [mm] 5,09 dr [mm] 4,98

du [mm] 4,1 du [mm] 3

ReH [MPa] 415 RH [MPa] 145

ReL [MPa] 408 R0,05 [MPa] 240

R0,2 [MPa] 272

Rm [MPa] 667 Rm [MPa] 615

Su [mm2] 13,19 Su [mm2] 7,06

Ru [MPa] 1167 Ru [MPa] 1671

A5 [%] 30,3 A5 [%] 63,3

A10 [%] 22 A10 [%] 35,2

Ar [%] 38,49 Ar [%] 45,1

Z [%] 53,1 Z [%] 75

E[GPa]208

WNIOSKI:Analiza tabel i porównanie wykresów wskazuje, że stal węglowa 45 jestkrucha i twarda. Jej wydłużenie jest mniejsze od stali stopowej 1H18N9,czyli posiada ona gorsze własności plastyczne. Ma większąwytrzymałość na rozciąganie Rm i wyraźną granicę plastyczności, czyli malepsze właściwości wytrzymałościowe. Dla porównania stopowa stalaustenityczna niklowo-chromowa, która praktycznie nie zawiera węgla,posiada wysokie właściwości plastyczne i wytrzymałościowe. A wykresrozciągania statycznego opisuje wpływ tych drogich metali na jakośćkońcową tej wysokojakościowej stali.

Więcej na: www.tremolo.prv.pl , www.tremolo.elektroda.net dział laboratoria

10






Statyczna proba rozciagania

Documents

Transcript of Statyczna proba rozciagania