LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW
Ćwiczenie nr 2
PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA METALI
Rzeszów 2004-2012
LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW
Ćwiczenie nr 2
PRÓBA STATYCZNA ŚCISKANIA METALI
Rzeszów 2004-2012
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
10’2012
1. CEL ĆWICZENIA
Zbadanie własności wytrzymałościowych na ściskanie materiałów kruchych i plastycznych,
oraz wyznaczenie:
•
wyraźnej granicy plastyczności,
•
wytrzymałości na ściskanie,
•
skrócenia względnego,
•
wykresu ściskania.
2. WSTĘP
Celem próby ściskania różnych metali lub ich stopów jest określenie wartości naprężeń
powodujących ich zniszczenie i ustalenie wykresu lub pracy odkształcenia.
Przez zniszczenie rozumiemy albo złom, albo osiągnięcie odkształceń trwałych
niedopuszczalnie wielkich z punktu widzenia konstruktora.
Próba ściskania jest jakby odwróceniem próby rozciągania; wykres ściskania niektórych
metali jest symetryczny do wykresu rozciągania w zakresie ujemnych naprężeń i odkształceń
– jego prostoliniowa część jest niemal równa, co do wielkości tejże części przy rozciąganiu.
Łączy się to z istnieniem jednoosiowego stanu naprężenia w próbce ściskanej jak
i rozciąganej, jeżeli pominie się wpływ zamocowania próbki. Stąd też wszystkie wielkości
wyznacza się podobnie jak przy próbie rozciągania z tym, że stan odkształcenia próbki
w obszarze sprężystym i plastycznym reprezentuje tu względne skrócenie jednostkowe:
0
1
0
0
L
L
L
L
L
a
c
−
=
∆
=
L
0
- pierwotna długość pomiarowa próbki, która może pokrywać się z pierwotną
wysokością próbki h
0
,
L
1
- chwilowa długość pomiarowa próbki
∆
L - bezwzględne skrócenie próbki, jak również względne rozszerzenie przekroju.
0
0
1
A
A
A
q
−
=
przy czym:
A
0
- powierzchnia pierwotnego przekroju poprzecznego próbki
A
1
- powierzchnia chwilowego przekroju poprzecznego próbki.
Statyczna próba ściskania metali jest objęta normą PN-57/H-04320. Według tej normy próba
ściskania nazywa się próbą zwykłą, jeżeli jej celem jest wyznaczenie wytrzymałości
na ściskanie, wyraźnej granicy plastyczności, skrócenia względnego oraz sporządzenie
wykresu ściskania. Celem próby ścisłej jest określenie współczynnika sprężystości wzdłużnej
przy ściskaniu Ec, umownej granicy sprężystości i umownej granicy plastyczności
.
- 2 -
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
10’2012
3. WŁASNOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE I PLASTYCZNE
MATERIAŁU
Wyraźną granicą plastyczności przy ściskaniu „
σ
plc
” nazywa się naprężenie, przy którym
występuje skrócenie próbki bez zwiększenia, a nawet przy zmniejszaniu się siły obciążającej
:
σ
plc
=
F
plc
S
0
[
N
m
2
]
F
plc
- siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu,
S
0
- pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.
Ponieważ próbki z materiału plastycznego nie ulegają zniszczeniu, najczęściej po
przekroczeniu granicy plastyczności próbę przerywa się. Natomiast próbki z materiałów
kruchych (żeliwo) nie mają wyraźnej granicy plastyczności i podczas próby ulegają
zniszczeniu. W tym przypadku notuje się wartość maksymalnej siły „ F
c
”, która
powoduje zniszczenie próbki.
Naprężenie „
σ
c
” otrzymane jako stosunek największej siły obciążającej „F
c
”, powodującej
zniszczenie próbki, do pola powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego nazywa się
wytrzymałością na ściskanie.
σ
c
=
F
c
S
0
[
N
m
2
]
Stan odkształcenia próbki zarówno w obszarze sprężystym jak i plastycznym
charakteryzuje skrócenie względne.
%
100
0
1
0
0
⋅
−
=
=
L
L
L
L
L
a
c
L
0
- pierwotna długość pomiarowa próbki
L
1
- długość próbki po odkształceniu
L - skrócenie względne.
Umowna granica sprężystości przy ściskaniu „
σ
c0,01
” jako naprężenie, po osiągnięciu,
którego długość pomiarowa próbki doznaje trwałego skrócenia równego 0,01%
początkowej długości pomiarowej.
σ
C
0,01
=
F
C
0,01
S
0
[
N
m
2
]
- 3 -
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
10’2012
F
C
0,01
- siła obciążająca powodująca skrócenie trwałe próbki równe 0,01 % początkowej
długości pomiarowej
S
0
- pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki
Dla metali nie wykazujących wyraźnej granicy plastyczności wyznacza się umowną
granicę plastyczności.
σ
C
0,2
=
F
C
0,2
S
0
[
N
m
2
]
Wartość umownej granicy plastyczności przy ściskaniu „
σ
c0,2
” równa ilorazowi siły
„F
c0,2
”, która odpowiada trwałemu skróceniu próbki o 0,2 % początkowej długości
pomiarowej i pola powierzchni początkowego przekroju poprzecznego próbki.
4. RODZAJE PRÓBEK.
Do statycznej próby ściskania metali używa się próbek w kształcie walca. Wysokość
próbek „h” do próby statycznej zwykłej powinna wynosić h = 1,5 d
0
. Stawiane są
również pewne wymagania dotyczące wykonania próbek. Jednym z ważniejszych
wymagań jest równoległość płaszczyzn czołowych oraz ich prostopadłość do osi próbki.
Poza tym wszystkie powierzchnie próbek – szczególnie podstawy - powinny być
dokładnie obrobione.
Rysunek 1: Statyczna próba
ściskania metali
- 4 -
F
F
1
00
d
0
1 50
h
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
10’2012
5. WYKRESY
ŚCISKANIA
Rysunek 2: Wykres dla stali
plastycznych.
Rysunek 3: Wykres dla stali
kruchych (żeliwo)
- 5 -
ε
x
σ
c
0
σ
x
0
ε
x
σ
plc
σ
x
ε
x
σ
c
0
σ
x
0
ε
x
σ
plc
σ
x
PRz, Katedra Mechaniki Konstrukcji
10’2012
6. PRZEPROWADZENIE
PRÓBY
:
6.1. Przed przystąpieniem do wykonania próby dokonać pomiaru średnicy próbek,
6.2. Pomiary wykonać dla dwóch rodzajów próbek:
➢
stal miękka,
➢
żeliwo,
6.3. Odczyścić powierzchnie czołowe próbek oraz płyt dociskowych,
6.4. Wykonać próbę,
6.5. Sporządzić tabelę z wynikami pomiarów,
6.6. Sporządzić wykresy ściskania dla obu rodzajów próbek,
6.7. Opisać charakterystykę złomów,
6.8. Sformułować wnioski.
Oznaczenia
Próbka
Własności
Wymiary
Wytrzymałościowe
Plastyczne
d
0
L
0
S
0
F
plc
σ
plc
F
c
σ
c
L
u
a
c
mm mm mm
2
N
N
/
m
2
N
N
/
m
2
mm
%
Tab.1.1
- 6 -