Statyczna próba rozciągania - Polski Serwis Naukowy

Statyczna próba rozciągania – podstawowa metoda badań wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych.

Badanie polega na osiowym rozciąganiu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością w temperaturze pokojowej (10-35°C), obniżonej lub podwyższonej. Próbką jest odpowiednio przygotowany pręt o przekroju okrągłym, prostokątnym, kwadratowym lub sześciokątnym o znormalizowanych wymiarach. Próbę przeprowadza się wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność siły rozciągającej od przyrostu długości próbki. Gotowy wykres, będący wynikiem takiego pomiaru, jest przedstawiony jako nominalne naprężenie $\sigma_n$ w funkcji nominalnego odkształcenia $\varepsilon_n$ . Nominalne naprężenie $\sigma_n$ jest to stosunek przyłożonej siły rozciągającej $F$ do pola przekroju początkowego $S_0$ . Wydłużenie nominalne $\varepsilon_n$ to stosunek bezwzględnego wydłużenia $\Delta l$ ( $\Delta l = l_0 - l_x$ ) do długości początkowej $l_0$ .

Twardość – cecha ciał stałych świadcząca o odporności na działanie sił punktowych (skupionych). Efektami oddziaływania sił skupionych mogą być odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie. Twardość materiału mierzy się za pomocą sklerometru i mikrotwardościomierza. Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych. Dla każdego z typu tych materiałów utworzono odpowiednie metody klasyfikacji i pomiarów twardości.

Moduł Younga (E) – inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystości podłużnej (w układzie jednostek SI) – wielkość określająca sprężystość materiału. Wyraża ona, charakterystyczną dla danego materiału, zależność względnego odkształcenia liniowego ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim występuje w zakresie odkształceń sprężystych.

Przykładowy wykres naprężenie-odkształcenie pokazuje rysunek po lewej. Początkowo wzrost przykładanej siły powoduje liniowy wzrost odkształcenia, aż do osiągnięcia granicy proporcjonalności $R_H$ . W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a. Następnie po osiągnięciu wyraźnej granicy sprężystości $R_{sp}$ materiał przechodzi w stan plastyczny, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Jeżeli niemożliwe było określenie wyraźnej granicy sprężystości to wyznacza się umowną granicę sprężystości $R_{0,05%}$ . Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie $R_m$ . Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu zrywającym $R_u$ (Uwaga! Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje stosunek uzyskiwanych sił do przekroju początkowego. Czyni się tak, by zaobserwować wartość $R_m$ , będącą lokalnym maksimum krzywej). Ten ogólny przypadek znacznie różni się dla różnych materiałów. Przykładowo materiały kruche nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej ulegają zerwaniu. Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego. Wyznacza się wtedy umowną granicę plastyczności $R_{0,2%}$ . W przypadku wystąpienia widocznego płynięcia badanego materiału wyznacza się górną $R_{eH}$ i dolną $R_{eL}$ granicę plastyczności.

Pręt – wyrób hutniczy, którego wymiary poprzeczne są znacznie mniejsze niż długość. Stosunek wymiaru poprzecznego do długości mieści się w zakresie od 0.001 do 0.35. Pręty w większości posiadają dużą sztywność, w celu ich deformacji należy użyć znacznych sił i specjalistycznych urządzeń. Pręty wykonywane są poprzez walcowanie lub przeciąganie.

Krzywa naprężenia ilustruje, jaka jest współzależność naprężenia i wydłużenia materiału. Krzywa ta może mieć różny kształt w zależności od substancji, jej kształtu i warunków, w jakich poddawana jest naprężeniu, na przykład od temperatury. Można na tej krzywej wyróżnić pewne charakterystyczne strefy:

Na podstawie wyników pomiarów ze statycznej próby rozciągania można wyznaczyć dodatkowo wydłużenie procentowe po zerwaniu $A$ , przewężenie procentowe $Z$ , moduł sprężystości wzdłużnej $E$ oraz liczbę Poissona $\nu$ .