Anna Buss

Magdalena Cymkowska

Cezary Dorosz

Gr. 2 podgrupa B5

Ćwiczenie 1: Próba statyczna rozciągania stali.

1. Cel i przebieg doświadczenia:

Celem doświadczenia było wyznaczenie własności wytrzymałościowych i plastycznych dwóch próbek stali. Badanie wykonywane było w maszynie wytrzymałościowej, pozwalającej na powolny przyrost obciążeń, aż do wartości powodującej zerwanie danego materiału. Pozwoliło to na wyznaczenie: granicy proporcjonalności , granicy plastyczności , wytrzymałości na rozciąganie , wydłużenia względnego i przewężenia . Parametry te są głównymi parametrami określającymi jakoś i przydatność stali, jako materiału konstrukcyjnego.

W doświadczeniu użyto dwóch próbek stali. Próbka nr 1 była wykonana ze stali miękkiej, niewęglanowej, a próbka nr 2 ze stali twardej, węglanowej. Badanie polegało na umieszczeniu próbki stali, o wcześniej zmierzonych wymiarach początkowych, w szczękach aparatu do badania wytrzymałości. Dla próbki nr 1 początkowe wymiaru mierzone w bazie wynosiły i , dla próbki nr 2 mierzone, jako całość (główka i baza) i . Następnie maszyna zwiększała siłę rozciągającą próbkę, aż do momentu jej zerwania. Zależność pomiędzy siłą F a wydłużeniem próbki zarejestrowało urządzenie samopiszące maszyny wytrzymałościowej w postaci wykresu (poniżej). Po zerwaniu materiału każdą z próbek ponownie zmierzono. Uzyskane wyniki:

Próbka nr 1- i . Wydłużenie dla tej próbki wyniosło . Można zauważyć, że na wykresie wydłużenie wynosi ok. 19mm. Jest to spowodowane próbą powrotu próbki do poprzedniego kształtu i przez to zmniejszeniem długości.

Próbka nr 2 - i . Wydłużenie próbki wyniosło . Przewężenie dla tej próbki wystąpiło w dolnej części, pęknięcie nastąpiło poza bazą, dlatego zmierzono całą próbkę.

Linia zielona – próbka 1 stal miękka

Linia niebieska – próbka 2 stal twarda

1. Do wyznaczenia potrzebnych wartości potrzebowaliśmy następujących wzorów:

1) Granica proporcjonalności – graniczna wartość naprężenia, dla której przyrost odkształceń jest proporcjonalny do przyrostu naprężeń. Do jej osiągnięcia wykres jest linią prostą. Wyznaczamy ją ze wzoru:

2) Granica plastyczności - wartość, od której wydłużenie próbki odbywa się bez przyrostu siły. Można wyznaczyć górną i dolną granicę plastyczności.

a) Górna:

b) Dolna:

3) Wytrzymałość na rozciąganie – określa ja maksymalna wartość siły rozciągającej , dla której wykres rozciągania osiąga ekstremum.

4) Granica zerwania - określona przez naprężenie rozrywające w momencie zerwania próbki, gdy dla zmniejszającej się siły, naprężenia rzeczywiste nadal rosną powodując przewężenie w szyjce próbki.

5) Wydłużenie względne – przyrost długości pomiarowej próbki mierzonej po zerwaniu w odniesieniu do pierwotnej długości, wyrażona w procentach.

6) Przewężenie względne Z – zmniejszenie powierzchni próbki przekroju poprzecznego próbki w stosunku do jej pierwotnego przekroju, wyrażone w procentach.

1. Obliczenia:

a) próbka 1

,

b) próbka 2

,

1. Wnioski

Z wykresu dla obu próbek można odczytać, że próbka nr 1 w porównaniu z próbką nr 2 zaczyna się odkształcać dla znacznie mniejszej siły. Po przekroczeniu przez nią granicy plastyczności następuje długi okres wzmocnienia próbki, aż do jej granicy wytrzymałości na rozciąganie. Następnie siła zaczyna spadać, a odkształcenie dalej wzrasta, aż do zerwania próbki. Próbka nr 2 wytrzymuje obciążanie dużo większą siłą, jednak nie ma tu wyraźnej granicy plastyczności, a próbka ulega nagłemu zerwaniu. Pozwala to wywnioskować, że chociaż stal twarda wytrzymuje znacznie większą siłę od stali miękkiej, to przy przekroczeniu siły granicznej ulega nagłemu zniszczeniu. W przypadku stali miękkiej istnieje długi czas, w którym można zauważyć zniszczenie materiału jeszcze zanim dojdzie do jego rozerwania. Jest to przydatne w przypadku konstrukcji, budynku gdyż można w porę zareagować, zabezpieczyć konstrukcję i przystąpić do napraw.

Różnica pomiędzy L na wykresie i L wyznaczonym z pomiarów, dla stali miękkiej, wynika z tego, że podczas rozciągania część odkształceń była sprężysta podczas rozciągania, a po zerwaniu były to tylko odkształcenia plastyczne, które „skróciły” próbkę. Z obliczeń można również zauważyć, że po zerwaniu próbka nr 1 zwiększyła o 41% swoją długość, kiedy próbka nr 2 wzrosła jedynie o 5%. Odwrotna sytuacja następuje przy przewężeniu, stal twarda zmniejszyła swój przekrój o 30%, natomiast stal jedynie o 9,7%. Wskazuje to na dużo mniejszą zawartość węgla w próbce nr 1 w porównaniu do próbki nr 2.

Próbkę stali miękkiej można zaliczyć do stali zwykłej o zwiększonej wytrzymałości. Jej granica wytrzymałości jest znacznie większa od charakterystycznej granicy wytrzymałości stali zwykłej, jednakże zdecydowanie niższa niż stali o wysokiej wytrzymałości. Próbka stali twardej wykazuje bardzo wysoką wytrzymałość, zdecydowanie większą niż wartość charakterystyczna stali o wysokiej wytrzymałości. Oba materiały mogą być stosowane jako materiał konstrukcyjny.