1. Cel badania

Celem próby ściskania różnych metali lub ich stopów jest określenie wartości naprężeń

powodujących ich zniszczenie i ustaleni wykresu lub pracy odkształcenia.

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.

 

Na podstawie statycznej próby rozciągania wyznaczamy następujące wielkości

wytrzymałościowe i plastyczne materiału:

-granicę plastyczności

-wytrzymałości na ściskanie

-skrócenia względne

-wykres ściskania

1. Rodzaje stosowanych próbek

W tym doświadczeniu przeważnie stosuje się próbki walcowe. Średnica próbki d0 musi być niewiele mniejsza od jej wysokości h, aby nie nastąpiła utrata stateczności w postaci wyboczenia podczas jej ściskania. Zaleca się stosowanie średnic próbek 10, 20 lub 30 mm. Wysokość próbki h zwykle powinna wynosić:

h = x do, (2.1)

gdzie:

x – krotność próbek przy ściskaniu:

x = 1,5 dla próbek krótkich, przeznaczonych do próby zwykłej,

x = 3,0 dla próbek długich, przeznaczonych do wyznaczania umownej granicy plastyczności przy ściskaniu Rc0,2, czyli naprężenia, którego osiągnięcie powoduje trwałe skrócenie próbki o 0,2% pierwotnej długości pomiarowej,

x = 10 dla próbek długich przeznaczonych do

wyznaczenia modułu sprężystości podłużnej przy ściskaniu Ec.

Próbki powinny być obrabiane mechanicznie. Powierzchnie czołowe próbki powinny być równoległe względem siebie i prostopadłe do osi próbki. Zaleca się szlifowanie powierzchni czołowych próbki.

1. Urządzenie do wykonywania badania

Próbę przeprowadza się na uniwersalnych maszynach wytrzymałościowych, bądź z użyciem zwykłych pras hydraulicznych wyposażonych w siłomierz i rejestrator, który rejestruje zmiany skrócenia próbki w zależności od siły ściskającej. Prawidłowe ustawienie próbki między płytami naciskowymi maszyny pokazane jest na rysunku 3.2.

Rys. 3.1. Próbka walcowa przewidziana do przeprowadzania statycznej próby ściskania

Rys. 3.2. Schemat prawidłowego ustawienia próbki między płytami maszyny wytrzymałościowej

1 – przegub kulisty, 2 – ściskana próbka , do, ho – średnica i wysokość próbki, rk – promień przegubu kulistego

Rys. 3.3 Maszyna wytrzymałościowa MTS 858 Mini Bionix

4. Przebieg ćwiczenia.

a) zmierzyć średnice próbki d₀ i wysokość h₀ pomiary średnicy przeprowadzić w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, a za średnicę w danym miejscu próbki przyjąć średnią z obu pomiarów,

b) oczyścić i odtłuścić powierzchnie czołowe próbki i płyt dociskowych, gdyż na wyniki  pomiarów mają duży wpływ siły tarcia powstające na styku próbki z powierzchnią płyty maszyny wytrzymałościowej,

c) ustawić położenie próbki tak, aby oś próbki pokrywała się z osią maszyny i środkiem kulistego przegubu płyty naciskowej,

d) uruchomić zrywarkę i dobrać prędkość ściskania tak, aby nie przekroczyć 10

e) zarejestrować (o ile istnieje)siłę ec F odpowiadającą wyraźnemu zatrzymaniu się lub cofnięciu wskazówki siłomierza,

f) zanotować siłę przy zniszczeniu (o ile nastąpiło),

g) zmierzyć wysokość i średnice próbki po odkształceniu.

 

5. Odkształcenia i złomy próbek ściskanych

Jednoosiowy stan naprężenia jaki chciałoby się uzyskać podczas prostej próby ściskania, w praktyce jest dość daleki od rzeczywistości. Zasadniczą przeszkodą w jego realizacji jest tarcie podstaw próbki o płyty naciskowe. Na skutek tego w obszarach przyległych pojawia się złożony stan trójosiowego ściskania, który uniemożliwia równomierne odkształcenie się próbki. Obszar zaburzeń objęty jest powierzchniami stożkowymi o podstawach zbieżnych z podstawami próbki - stąd też odkształcenia pojawiają

się przede wszystkim na zewnątrz tych stożków. Jest to szczególnie widoczne w przypadku próbek z materiałów kruchych, przy których po wykruszeniu się części bocznych pozostają widoczne dwa stożki połączone stępionymi wierzchołkami (rys. 5.1). Ich działanie można przyrównać do działania klinów, rozpychających boczne części próbki. W odróżnieniu od próby rozciągania, prawie wszystkie metale i ich stopy w czasie próby ściskania ulegają odkształceniom plastycznym. Stąd prawie wszystkie złomy próbek ściskanych to złomy poślizgowe (rys. 5.2 a i b) a tylko bardzo rzadko złomy rozdzielcze kruche .

Rys. 5.1. Mechanizm niszczenia próbki ściskanej z materiału kruchego: a) obszar zaburzeń, b) widok próbki po wykruszeniu się części bocznych

Rys. 5.2. Typowe złomy próbek ściskanych

Złomy kruche wykazują metale jak: zahartowana stal, węgliki spiekane i niektóre twarde stopy oraz materiały ceramiczne na przykład: beton, marmur, bazalt itp.

Na zakończenie należy podkreślić, że z uwagi na niejednorodność stanu naprężenia i odkształcenia w próbkach ściskanych znaczenie próby ściskania jest znacznie mniejsze niż statycznej próby rozciągania. 

6. Wyniki badania

Wynikiem próby statycznego rozciągania jest wyznaczenie:

-skrócenie jednostkowe (4.1):

a_c=$\frac{\Delta L}{L0}$ =$\frac{\Delta L - L1}{L0}$ (4.1)

L0 - pierwotna długość pomiarowa próbki, która może pokrywać się z pierwotną wysokością próbki h0,

L1 - chwilowa długość pomiarowa próbki

ΔL - bezwzględne skrócenie próbki, jak również względne rozszerzenie przekroju.

-umowna granica sprężystości przy ściskaniu Re (4.2)

Re =$\frac{\text{PC}}{A0}$ [$\frac{N}{m2}$] (4.2)

PC - siła obciążająca powodująca skrócenie próbki,

A0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

-wyraźną granicą plastyczności przy ściskaniu Re (4.3)

Re =$\frac{\text{PC}}{A0}$ [$\frac{N}{m2}$] (4.3)

PC - siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu,

A0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.

-umowną granicę plastyczności (4.4)

Re =$\frac{\text{PC}}{A0}$ [$\frac{N}{m2}$] (4.4)

PC - siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu,

A0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki

-wytrzymałością na ściskanie (4.5)

Re= σ _max=$\frac{\text{PC}}{A0}$ [$\frac{N}{m2}$] (4.5)

PC - siła odpowiadająca wyraźnej granicy plastyczności przy ściskaniu,

A0 - pole powierzchni pierwotnego przekroju poprzecznego próbki

7. Literatura:

1 Dyląg Z., Jakubowicz A., Orłoś Z.: Wytrzymałość materiałów. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, 2007;

2 Jastrzebski P., Mutermilch J., Orłos W.: Wytrzymałość materiałów. Warszawa 1985;

3 Instrukcja do laboratorium z Wytrzymałości Materiałów: Próba statyczna ściskania

materiałów sprężysto – plastycznych i kruchych. Politechnika Białostocka;

4 Strawarski E., Jakubowski J., Bystrowski Janusz.: Wytrzymałość materiałów. Ćwiczenia

laboratoryjne. Wydawnictwa AGH, Kraków 1999.