POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA

POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA
I INŻYNIERII ŚRODOWISKA
LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW
Ćwiczenie nr 1
PRÓBA STATYCZNA ROZCIĄGANIA METALI
Rzeszów 2004
-1-
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
1. WSTĘP
Próba rozciągania dzięki swym zaletom stała się podstawową, wytrzymałościową
próbą statyczną znajdując tym samym najbardziej szerokie zastosowanie w dziedzinie badań
materiałów.
Do zalet próby rozciągania należy uzyskanie prawie jednorodnego stanu naprężenia
w rozciąganej próbce do pewnego, określonego etapu rozciągania, możliwość wyznaczania
szeregu wartości charakteryzujących mechaniczne własności materiału, możliwość obserwacji
procesu rozciągania od początku obciążania próbki aż do jej zniszczenia, jakościowa
i ilościowa jego ocena oraz prostota przeprowadzenia próby.
Jednoosiowy stan naprężenia otrzymuje się przez zastosowanie odpowiedniej próbki
zamocowanej
w
maszynie
wytrzymałościowej.
Wyniki
uzyskane
na
próbkach
znormalizowanych są w pełni praktycznie porównywalne.
Próbie rozciągania poddaje się również gotowe elementy konstrukcyjne,
w przypadku, gdy zastosowane obciążenia rozciągające są wynikiem zasadniczego obciążenia
roboczego i mogą decydować o ich zniszczeniu. Takimi elementami są liny stalowe,
łańcuchy, druty, taśmy itp. Rozciąga się również elementy konstrukcyjne spawane, zgrzewane
i nitowane.
Jest rzeczą całkowicie zrozumiałą, iż wielkości charakterystyczne określone na
podstawie rozciągania próbek nie mogą odzwierciedlać ogólnego zachowania się gotowych
konstrukcji pod obciążeniem. Dlatego nie należy przeceniać próby rozciągania. Natomiast
w kontroli produkcji i dla ogólnej oceny jakości materiału, jego jednorodność – próba
rozciągania stanowi niezawodny i prosty środek badawczy.
2. CEL ĆWICZENIA
Wyznaczenie na podstawie statycznej próby rozciągania wielkości wytrzymałościowych
i plastycznych materiału:
wytrzymałości na rozciąganie,
a) granicy plastyczności,
b) wydłużenia względnego,
c) przewężenia względnego,
a dodatkowo:
1) granicy proporcjonalności,
2) naprężeń zrywających.
-2-
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
Wytrzymałości na rozciąganie jest to naprężenie „m” odpowiadające największej
sile, uzyskanej w czasie próby rozciągania.
m 
Fm
S0
N 
 m2 
Fm - największa siła uzyskana w czasie próby, odczytana na siłomierzu maszyny
wytrzymałościowej,
S0 - pole powierzchni przekroju pierwotnego próbki.
Wyraźna granica plastyczności jest to naprężenie „e”, po osiągnięciu którego
następuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku
obciążenia.
e 
Fe
S0
N
 m2 
Fe - siła obciążająca odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności.
Wydłużenie względne „Ap” jest to stosunek trwałego wydłużenia bezwzględnego próbki
po zerwaniu do długości pomiarowej próbki, wyrażony w procentach:
Ap 
L Lu  L0

 100%
L0
L0
Lu [mm] - długość pomiarowa po zerwaniu,
L0 [mm] – pierwotna długość pomiarowa.
-3-
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
Przewężenie względne „Z” jest to zmniejszenie pola powierzchni przekroju
poprzecznego próbki w miejscu rozerwania odniesione do pola powierzchni jej przekroju
pierwotnego:
Z
S0  Su
 100%
S0
Su [mm2] - pole powierzchni przekroju próbki po zerwaniu.
Dla próbek o przekroju kołowym wzór ten można doprowadzić do postaci:
  d 2 
Z  1   u    100%
  d 0  
gdzie „do” oraz „du” oznaczają odpowiednio pierwotną średnicę próbki oraz średnicę
próbki w miejscu zerwania.
Granica proporcjonalności H (granica stosowalności prawa Hooke'a ) jest to taka
graniczna wartość naprężenia, do osiągnięcia której przyrostom wydłużenia jednostkowego
odpowiadają proporcjonalne przyrosty naprężeń, czyli

/
= const. oznacza to, że wykres
rozciągania jest do momentu osiągnięcia granicy proporcjonalności linią prostą.
Naprężenia zrywające „z”, - jest to stosunek siły przy zerwaniu próbki,
do przekroju próbki po zerwaniu :
z 
Fz
Su
 kg 
 m2 
-4-
N 
 m2 
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
3. Rodzaje stosowanych próbek.
Dla stali podstawowych rozróżniamy próbki :
 próbki okrągłe o przekroju kołowym z główkami gwintowanymi wkręcanymi
w uchwyty maszyny wytrzymałościowej,
 próbki okrągłe z główkami do chwytania w szczęki,
 próbki okrągłe do chwytania w uchwyty pierścieniowe,
 próbki płaskie.
Długość pomiarowa próbki okrągłej wynosi :
L05 = 5 d0
dla próbki pięciokrotnej,
L010 = 10 d0
dla próbki dziesięciokrotnej,
dla próbek płaskich
L05 = 5,65 S
L010 = 11,3 S
d0
„S” - pole przekroju poprzecznego rozpatrywanej próbki.
D
A

d0

m

L0
Lt
A-A
A
b0
D




A

a0
L0
Lt
m



A
 
-5-

PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
4. WYKRES ROZCIĄGANIA.
W trakcie próby rozciągania rejestrujemy w układzie siła „F”, wydłużenie „L”
wykres rozciągania.
Rys. 1.1 Wykres rozciągania dla stali niskowęglowej.
Rys. 1.2 Wykres rozciągania dla stali wysokowęglowej.
5. WYKONANIE ĆWICZENIA.
5.1 Próbę wykonać na maszynie wytrzymałościowej ZD 100
dla dwóch rodzajów próbek:
-próbka ze stali niskowęglowej (plastycznej)
-próbka ze stali wysokowęglowej (twardej).
5.2 Przed przystąpieniem do próby pomierzyć dla obu próbek „d 0 ”, „L 0 ”, a po
wykonaniu próby „d u ” i „L u ”.
5.3 Wykonać wykres rozciągania (na podstawie tab.1.2)
5.4 Obliczyć „  m ” , „  e ” , „A p ” , „Z”, „  H ”, „  Z ”.
5.5 Wyniki pomiarów oraz obliczeń "zestawić" w tabeli 1.1 i 1.2
Lp
F
N
L
mm
Tab.1.1
Nr
próbki
Próbka
Wyniki badań
Wymiary
Własności wytrzymałościowe
Własności plastyczne
d0
L0
S0
Fm m Fe
z
e FH H Fz
z Lu Ap du
mm mm mm2 N N/m2 N N/m2 N N/m2 N N/m2 mm % mm %
Tab.1.2
-6-
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
03’2004
= FS0

m

e

z
H
tg=E

=  ll
Ap %
Rys.1.1
= SF 0

e

m
z

H
tg=E

Ap %
Rys.1.2
-7-
=  ll
0
0