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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 2/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 3/11
%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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 4/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 5/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 6/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 7/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 8/11
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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 9/11
= 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
5/12/2018 Statyczna proba rozciagania - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/statyczna-proba-rozciagania-55a4d2f90a18e 10/11
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
Top Related