WMiIM Zespół Grupa II rok 3 6	Temat ćwiczenia: Badanie właściwości mechanicznych materiałów	Ocena:
Data: 16.12.2002 r. poniedziałek 10:45	Nazwisko i imię: Świderska Jolanta	Uwagi:

Wstęp teoretyczny:

Udarność - zdolność materiałów do odkształcenia plastycznego. Miarą udarności jest stosunek pracy, jaką trzeba użyć, aby złamać próbkę do pola powierzchni przekroju w miejscu karbu. Próbki są znormalizowane, posiadają karb w kształcie litery U lub V na głębokości 1/5 wysokości próbki. Udarność wyraża się wzorem:

Odkształceniem nazywa się zmianę kształtu ciała stałego. Dzielimy je na:

• odkształcenie plastyczne - odkształcenie pozostające po usunięciu obciążenia do długości początkowej,

• odkształcenie sprężyste - odkształcenie zanikające po usunięciu obciążenia.

Granica sprężystości - największe naprężenie nominalne, do osiągnięcia którego

następuje jedynie odkształcenie sprężyste; najwyższy punkt na krzywej rozciągania (R_spr), od którego po usunięciu obciążenia materiał wraca do pierwotnych wymiarów.

Granica wytrzymałości (R_m) - stosunek maksymalnej siły w próbie rozciągania (F_m) do przekroju poprzecznego próbki przed próbą (S₀). Wyrażamy ją wzorem:

.

Próby rozciągania dla stali miękkiej:

- próbki okrągłe:

- dla innych:
, gdzie l₀ - długość początkowa,

d₀ - początkowa średnica próbki,

g - szerokość,

b - długość,

d_z - umowna średnica przeliczeniowa.

Krzywa rozciągania dla stali miękkiej

R_pr - granica proporcjonalności,

R_spr - granica sprężystości,

R_e - górna granica sprężystości,

R_m - granica wytrzymałości,

R_z - wytrzymałość na zerwanie.

Umowna granica plastyczności - jest to stosunek siły powodującej odkształcenie trwałe równe 0,2 % dla przekroju wyjściowego próbki. Stosuje się ją dla stali twardej.

Obliczenia:

Ćwiczenie 1:

d0 [mm]	S0 [mm^2]	l0 [mm]	Fe [kG]	Re	Fm	Rm	(Re/Rm) ∙100% [100%]	lu [mm]	Ap [%]	du [mm]	Z [%]
8	50,27	40	13000	258,7	17600	350,2	73,8	54,6	36,5	4,1	81

d₀ - średnica próbki

l₀ - długość próbki przed zerwaniem

d_u - średnica po zerwaniu

l_u - długość po zerwaniu

Pole przekroju przed zerwaniem obliczono ze wzoru:

Granicę plastyczności obliczono ze wzoru:

Granicę wytrzymałości obliczono ze wzoru:

Współczynnik Ap wynosi 32,5%. Oznacza to, że badana stal ma dobre właściwości plastyczne, czyli ma małą zawartość węgla co oznacza, że powinna być odporna na pękanie.

Pomiary twardości metodami statycznymi:

Metoda Brinela - polega na wciskaniu wgłębnika tzn. kulką stalową, w badany materiał. Twardość Brinela jest to stosunek siły do pola czaszy odgniecionej przez kulkę. Wyraża się wzorem:

P - siła

D - średnica kulki

d - średnica odcisku

Zależność :

Metoda Rockwela - metoda uniwersalna do pomiaru twardości metali zarówno twardych (ostrosłup diamentowy) jak i miękkich (kulka stalowa).

Jeśli nie znamy twardości materiału, rozpoczynamy pomiar stożkiem, którego kąt wierzchołkowy wynosi 120º. Nadane obciążenie wynosi 150 kg przy trzech obrotach dużą wskazówką. Odczyt dokonujemy na skali C.

Jeżeli twardość wynosi poniżej 20 na skali C, wówczas zamienia się stożek na kulkę stalową o średnicy
cala. Stosuje się obciążenie 100 kg, odczyt następuje na skali B. W przypadku korzystania ze stożka i kulki wyniki przeliczamy na skalę Brinela.

Metoda Vickersa - metoda do pomiaru materiałów twardych. Pomiar twardości określa się jako stosunek siły do powierzchni bocznej wciskanego ostrosłupa o podstawie kwadratu. Kąt wierzchołkowy ostrosłupa wynosi 136º.

H - twardość

P - siła

a - przekątna podstawy (kwadratu)

Metody dynamiczne do pomiaru twardości:

Metoda za pomocą młotka Charpy'ego polega na dynamicznym zginaniu próbki z karbem. W tej metodzie energia konieczna do złamania próbki jest określona z różnicy położenie początkowego i końcowego wahadła. Próbki są znormalizowane i posiadają karb w kształcie litery U lub V.

Metoda Shore'a polega na pomiarze wysokości odbicia odskoku bijaka, ciężarze 2,626 g, spadającego z wysokości 275 mm. Odczytu dokonuje się na podziałce.

Metoda za pomocą młotka Poldiego polega na porównaniu twardości materiału wzorcowego do materiału badanego. Wyraża się wzorem:

gdzie:

HB₁ - twardość materiału wzorcowego,

HB₂ - twardość materiału badanego,

D - średnica kulki,

d₁ - średnica odcisku w materiale wzorcowym,

d₂ - średnica kuli w materiale badanym.

Próba udarności.

Do przeprowadzenia próby użyto młota Charpy'ego. Złamana została próbka typu V. Próbka wykonana była ze stali o przekroju s = 0,8cm², a ich wymiary są znormalizowane. Udarność materiału wiąże się z jego odpornością.

Pomiar twardości metodą Brinella.

Próbę tę przeprowadzono dwukrotnie. Do pierwszej próby użyto próbki wykonanej z duralu. Wgłębnik w postaci kulki był o średnicy 10mm. Kulkę naciskano z siłą 1000kG, co spowodowało powstanie wgniecenia, którego średnica czaszy wynosiła 2,89mm. Twardość odczytano z tablic wynosiła 149,2(HB=149,2). W drugim pomiarze użyto próbki wykonanej ze stali miękkiej. Wgłębnik w postaci kulki miał średnicę 5mm, którą naciskano siłą 750kG, co spowodowało powstanie wgniecenia, którego średnica czaszy wynosiła 2,62mm. HB materiału odczytano z tablic - wynosiła 129.

Pomiar twardości metodą Rockwella.

Do ćwiczenia użyto próbki wykonanej ze stali miękkiej. Wgłębnikiem była kulka wciskana w materiał z pewną siłą; wskazówka na tarczy wskazywała 78 jednostek. Na podstawie tej siły z tablic odczytano twardość, która wynosiła 144(HRB 144).

Pomiar twardości metodą Vickersa.

Materiał, na którym przeprowadzono doświadczenie, wykonany był ze stali miękkiej. Obciążenie wynosiło 30kG/mm², przekątna odcisku wynosiła 2,46. Twardość odczytana z tablic wynosiła 919(HV=919).

WNIOSKI:

Do celów porównawczych zastosowano różne metody badawcze twardości materiałów. Jednocześnie mając daną wartość według jednej z metod badawczych można je przeliczyć za pomocą odpowiednich wzorów (danych tablicowych) na wartości twardości według innej skali, czyli na jednostki twardości pozostałych metod, np. HV na HRB, HRC czy też HB.

---