Paweł Piotrowski	Grupa 103; L07	Laboratorium z Materiałoznawstwa
Badanie własności mechanicznych metali
Rok Akademicki 2008/2009	Data:	Ocena: Popis:

Badanie własności mechanicznych metali

Materiał konstrukcyjny – materiał złożony z dwóch materiałów tych kryteriów, które są wykorzystywane do budowy maszyn i urządzeń.

Kompozyt - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach.

Monomery - to proste cząsteczki tego samego związku chemicznego, z których w wyniku polimeryzacji powstaje polimer.

Polimery - stanowią one grupą tworzyw organicznych, które składają się ze związków węgla i wodoru, a także innych detali niemetalicznych. Polimery składają się również z dodatków barwników albo z poszczególnych pierwiastków.

Materiały sprężyste - Dla materiałów sprężystych, w dużym zakresie naprężeń, pozostają one sprężyste (długi odcinek pierwszy). Zakres sprężystości może ograniczać się tylko do zakresu stosowalności prawa Hooke'a, co widać na rys. 1 dla stali. W materiałach sprężystych można precyzyjnie określić ich wytrzymałość, czyli maksymalne naprężenie, po którym musi nastąpić zerwanie - jest to naprężenie odpowiadające najwyższemu punktowi krzywej. Punkt zerwania też jest precyzyjnie określony. Materiałami sprężystymi są m. in. metale i niektóre tworzywa sztuczne.

rys.1

Materiały plastyczne - plastycznych zakres sprężystości jest bardzo mały, w przeciwieństwie do zakresu plastyczności. Trudno jest w tych materiałach określić wytrzymałość i punkt zerwania. Do materiałów plastycznych zalicza się m.in. glinę, plastelinę, oraz praktycznie wszystkie grunty.

Materiały kruche - Materiały takie mają dość mały zakres sprężystości. Brak jest zakresu plastyczności. Do materiałów należy szkło, ceramika.

Materiały twarde - to takie przynajmniej 25% zawartości węgla.

Materiały miękkie - to takie w których zawartość węgla wynosi od 0,2% do 25%

Materiał	L0	L1	S0	S1	A	2	σ	F
	mm	mm	%	%	KN	KN
Stal nisko węglowa	30	35	4,4	3,22	20	26,82	F/S

Granica plastyczności- jest to naprężenie, po osiągnięciu której materiał nie powróci do stanu poprzedniego.

$$R_{e} = \ \frac{F_{e}}{S_{o}}$$

Granica sprężystości – nazywamy maksymalne naprężenie, poniżej którego materiał odkształca się wyłącznie sprężyście i nie wykazuje odkształcenia plastycznego

$$R_{m} = \ \frac{F_{m}}{S_{o}}$$

Moduł Yunga Jest to wielkość określająca sprężystość materiału. Jednostką modułu Younga jest paskal.

$$E = \ \frac{\sigma}{\varepsilon}$$

Wydłużenie względne – jest to stosunek trwałego wydłużenia bezwzględnego próbki po rozerwaniu do długości pomiarowej próbki, wyrażony w procentach:

$$A = \ \frac{L_{u} - \ L_{o}}{L_{o}}*100\%$$

Przewężenie względne – jest to zmniejszenie polwa powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania w odniesieniu do pola powierzchni jej przekroju pierwotnego:

$$Z = \ \frac{S_{o} - \ S_{u}}{S_{o}}*100\%$$

Pomiar udarności

Udarność jest to odporność metali na pękanie przy obciążeniach dynamicznych. Próba udarności polegała na złamaniu próbki. O określonych wymiarach i kształcie, jednym uderzeniem młota wahadłowego. Próbę wykonuje się na młocie wahadłowym Charpy’ego.

Na Å›rodku próbki naciÄ™ty jest karb który uÅ‚atwia zÅ‚amanie próbki. PróbÄ™ przeprowadza siÄ™ w nastÄ™pujÄ…cy sposób. MÅ‚ot o ciężarze G podnosi siÄ™ na wysokość h₁ i opuszcza siÄ™ na próbkÄ™ leżącÄ… na dwóch podporach. MÅ‚ot uderza w próbkÄ™, Å‚amiÄ™ jÄ… i w znosi siÄ™ na wysokość h₂ po drugiej stronie. ZÅ‚amanie próbki nastÄ™puje w miejscu karbu (S-najmniejszy przekrój) i udarność U oblicza siÄ™ z wzoru:

Rys. 2 $U = \ \frac{E}{S}$ w jednostkach $\lbrack\ \frac{J}{m^{2}}\ \rbrack$

1. obciążenie młota (wymienne 30 lub 15 kg)

2. ramiÄ™

3. skala

4. hamulec

5. dźwignia zwalniająca wahadło

Rys.3

Wnioski:

Dokładność otrzymanych wyników z udarności zależy od warunków ( w szczególności od temperatury) a także od zgodności próbki z normami. Istotnym elementem badania udarności materiałów jest obserwacja przełomów. Z wyglądu przełomów można wyciągnąć wiele wniosków dotyczących jakości materiału, a zwłaszcza o wielkości ziarna i charakterze pękania. Przełom kruchy- trans krystaliczny, płaskie powierzchnie z szeregiem uskoków; przełom ciągliwy- bardzo rozwinięty, międzykrystaliczny. Udarność materiału zależy od wielu czynników, w czystych metalach udarność jest wyższa niż w ich stopach. Udarność rośnie w miarę zmniejszania wielkości ziarna, gdyż granice ziaren utrudniają rozprzestrzenianie się pęknięcia.

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z statyczną próbą rozciągania metali.

Zapoznanie się z metodami pomiaru twardości oraz udarności

Zapoznanie się z rodzajem stosowanych próbek oraz wyznaczenie wytrzymałości na rozciąganie.

Przebieg ćwiczenia:

1. Próba rozciągania jest to podstawowa próba badania własności mechanicznych.

Przeprowadza się ją na maszynie wytrzymałościowej wyposażonej w dynamometr oraz rejestrator. Doświadczenie przeprowadziliśmy na próbce płaskiej, po dokładnych zmierzeniu suwmiarką, umieściliśmy w maszynie.

Obliczenia i wyniki badań:

F=2390N

Lo=30mm

Lu=35mm

S₀=4,4mm²

Su=3,22mm²

S₀= 0,4mm*11mm= 4,4mm² Su=9,2mm*0,35mm= 3,22mm²