Próba rozciągania

 Charakterystyka i zadania próby rozciągania.

Statyczna próba rozciągania jest podstawową próbą badań własności mechanicznych metali. Sposób wyznaczania wszystkich własności wytrzymałościowych i plastycznych za pomocą rozciągania ujęty jest normą PN-80/H 04310. Próba taka realizuje najprostszy stan naprężeń, jaki powstaje przy prostym rozciąganiu.
Badanie wytrzymałościowe w trakcie tej próby polega na osiowym rozciąganiu próbki odpowiednio ukształtowanej na maszynie wytrzymałościowej zwanej zrywarką. Podłączony siłomierz wskazuje siłę panującą w każdej chwili w próbce, inne zaś urządzenie (np. czujnik, tensometr) umożliwia odczytanie całkowitego wydłużenia próbki. W czasie trwania próby rejestrujemy siły panujące w próbce i odpowiadające im wydłużenia całkowite próbki. Wartości te, przeniesione na układ współrzędnych, w których na osi pionowej odkładamy siłę F, a na osi poziomej wydłużenie Dl, dają tzw. wykres rozciągania. W większości maszyn wykres ten jest rysowany samoczynnie przez odpowiednie urządzenie samopiszące.
 

Próbki do badań

 
Próbki wykonywane są metodą prasowania lub odlewania i są one wyrobami bądź półwyrobami. Przekroje próbek mogą być okrągłe, kwadratowe, prostokątne bądź pierścieniowe.

Próbką proporcjonalną nazywamy taką próbkę, której początkowa długość pomiarowa jest związana z początkową powierzchnią jej przekroju zależnością:

 


Rys. Próbka do badania

 

Jeżeli przekrój poprzeczny próbki nie jest stały na całej jej długości, lecz zmienia się to przejścia powinny mieć łagodny charakter, aby nie występowało zjawisko karbu czyli spiętrzenia naprężeń.
Główki próbek czyli elementy mocujące próbkę w zrywarce mogą mieć dowolny kształt zależny od uchwytu maszyny. Początkowa długość próbki powinna być na niej oznakowana znakami liniowymi lub delikatnymi rysami.
Próbkę mocuję się w ten sposób aby siła rozciągająca zrywarki była równoległa do osi próbki.
 
 Rys. Próbka po badaniu

Wykres rozciągania.

 

  Rys. Wykres rozciągania

 

Pierwsza część wykresu od 0 do punktu H jest odcinkiem linii prostej. W tym zakresie obciążeń wydłużenie jest proporcjonalne do obciążenia. Proporcjonalność ta kończy się w punkcie H, który odpowiada sile Fh. Punkt ten jest granicą proporcjonalności.
Następny odcinek wykresu H-E ma przebieg krzywoliniowy. W tym zakresie wydłużenie wzrasta szybciej niż obciążenie.
Przy sile Fe (punkt E) próbka „płynie”. Jej wydłużenie powiększa się bez widocznego wzrostu siły rozciągającej. Punkt E na wykresie obrazuje granicę plastyczności.
Na odcinku EM materiał staje się odporniejszy na odkształcenie, dalsze wydłużenie próbki następuje już więc przy wzrastającym obciążeniu. Punktowi M odpowiada największa siła przenoszona przez próbkę w czasie całej próby rozciągania. Jednocześnie punkt ten obrazuje wytrzymałość na rozciąganie badanej próbki.

Po przekroczeniu punktu M zmienia się charakter odkształcenia, gdyż dotychczas odkształcała się cała próbka, natomiast teraz tworzy się przewężenie czyli „szyjka”. Wydłużenie zachodzi teraz przy coraz mniejszej sile (bo mniejsze jest pole przekroju próbki), aż wreszcie w punkcie U przy sile Fu następuje zerwanie.

  Rys. Wykres rozciągania otrzymany na maszynie wytrzymałościowej

 

Charakterystyczne parametry badanego materiału uwidocznione na wykresie rozciągania.

  • granica proporcjonalności Rh – jest to naprężenie, po przekroczeniu którego materiał nie wykazuje proporcjonalności między przyrostem obciążenia i przyrostem wydłużenia.
 
 
  • granica plastyczności Re - to naprężenie, po osiągnięciu którego występuje wyraźny wzrost wydłużenia rozciąganej próbki bez wzrostu lub nawet przy spadku obciążenia.
  • wytrzymałość na rozciąganie Rm – jest to stosunek największej siły Fm przenoszonej przez próbkę do początkowego pola So przekroju próbki. Dla stali zwykłej jakości wynosi ok. 400 Mpa.
  • naprężenie rozrywające Ru – jest to stosunek siły Fu, przy której następuje zerwanie próbki, do pola Su przekroju próbki w miejscu zerwania.
 
 
  •  umowna granica sprężystości R0,05 – jest to naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,05% początkowej długości pomiarowej l.
  • umowna granica plastyczności R0,2 – to naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe równe 0,2% początkowej długości pomiarowej l.
  • wydłużenie jednostkowe – zależy od kształtu próbki, a szczególnie od stosunku jej długości do przekroju poprzecznego. Dla stali niskowęglowych wydłużenie wynosi ok. 25%.
 
 
 
  • przewężenie względne – im większa jego wartość tym bardziej odkształcony jest materiał. Dla stali o małej zawartości węgla przewężenie wynosi ok. 65%.
 
 

 Rys. Próbka po zerwaniu