Statyczna próba ściskania.pdf

Ę wiczenie 2

Opracował: dr in Ň . Stefan Sawiak

Statyczna próba rozci Ģ gania metali, która została opisana w instrukcji do ę wiczenia 1,

jest jedn Ģ z podstawowych prób stosowanych dla okre Ļ lenia własno Ļ ci mechanicznych metali

plastycznych, takich jak stal mi ħ kka, aluminium, mied Ņ i inne. Dla materiałów kruchych np.

Ň eliwo, beton, które znacznie lepiej pracuj Ģ na Ļ ciskanie ni Ň rozci Ģ ganie, podstawow Ģ prób Ģ

jest próba Ļ ciskania, za Ļ próba rozci Ģ gania jest prób Ģ dodatkow Ģ . Prób ħ Ļ ciskania wykonuje

si ħ według wycofanej Polskiej Normy: PN–57/H–04320.

Rozró Ň nia si ħ dwa rodzaje próby statycznej na Ļ ciskanie: prób ħ zwykł Ģ i prób ħ Ļ cisł Ģ .

eee

Celem ogólnym jest zapoznanie si ħ ze sposobem przeprowadzenia próby Ļ ciskania, spo-

sobem prowadzenia pomiarów, nabycie umiej ħ tno Ļ ci wyznaczania wielko Ļ ci charakterystycz-

nych dla badanego materiału.

eeee

Celami szczególnymi s Ģ :

1. wyznaczenie granicy plastyczno Ļ ci R e ,

2. wyznaczenie dla Ň eliwa szarego wytrzymało Ļ ci na Ļ ciskanie R c ,

3. wykonanie dla próbki Ň eliwnej wykresu: s(D L ).

= [MPa = N/mm 2 ],

(1)

gdzie: F e − siła w momencie, kiedy próbka ulega skróceniu bez wzrostu obci ĢŇ enia, S 0 − po-

cz Ģ tkowe pole przekroju poprzecznego próbki.

Granic ħ plastyczno Ļ ci wyznacza si ħ tylko dla tych materiałów plastycznych, które je po-

siadaj Ģ , za Ļ granic ħ wytrzymało Ļ ci na Ļ ciskanie dla materiałów kruchych tzn. takich, które w

czasie próby Ļ ciskania ulegaj Ģ zniszczeniu.

Prób ħ Ļ ciskania mo Ň na wykonywa ę te Ň jako prób ħ Ļ cisł Ģ . Wówczas jej celem jest wyzna-

czenie:

1. modułu spr ħŇ ysto Ļ ci podłu Ň nej przy Ļ ciskaniu,

2. umownej granicy spr ħŇ ysto Ļ ci R c 0,01 ,

3. umownej granicy plastyczno Ļ ci R c 0,2 .

Umown Ģ granic ħ plastyczno Ļ ci wyznacza si ħ dla materiałów, które nie wykazuj Ģ wyra Ņ nej

granicy plastyczno Ļ ci.

Materiały plastyczne przy Ļ ciskaniu posiadaj Ģ równie Ň granic ħ plastyczno Ļ ci, podobnie

jak podczas statycznej próby na rozci Ģ ganie. Obliczenie tej granicy przy Ļ ciskaniu polega na

wyznaczeniu siły, przy której próbka ulega skróceniu bez wzrostu obci ĢŇ enia. Zjawisko to

daje si ħ zauwa Ň y ę na tarczy siłomierza (wska Ņ nik siły zatrzymuje si ħ na moment) lub na wy-

kresie Ļ ciskania wykonywanego przez urz Ģ dzenie samorejestruj Ģ ce (nast ħ puje zagi ħ cie wy-

kresu Ļ ciskania). Dla materiałów plastycznych prób ħ na Ļ ciskanie przeprowadza si ħ do mo-

mentu „płyni ħ cia”, gdy Ň dalsze Ļ ciskanie nie ma praktycznego zastosowania.

= [MPa],

(2)

gdzie: F c – najwi ħ ksza siła wyst ħ puj Ģ ca w próbce, po przekroczeniu granicy plastyczno Ļ ci.

Materiały kruche podczas Ļ ciskania nie wykazuj Ģ granicy plastyczno Ļ ci, lecz ulegaj Ģ

zniszczeniu.

Wielko Ļ ci wyst ħ puj Ģ ce w (1 ÷ 2) s Ģ napr ħŇ eniami (umownymi), odpowiadaj Ģ cymi cha-

rakterystycznej warto Ļ ci siły, odniesionej do pocz Ģ tkowego przekroju poprzecznego próbki.

eee

Do statycznej próby Ļ ciskania u Ň ywa si ħ próbek w kształcie walca (rys. 1).

f d 0

L 0 =h=nd 0

Rys. 1. Kształt i wymiary próbek

ĺ rednica zewn ħ trzna próbki d 0 zale Ň y od wymiarów i kształtu materiału, z którego pobra-

no odcinki prób oraz od maksymalnej siły Ļ ciskaj Ģ cej maszyny wytrzymało Ļ ciowej. Polska

Norma PN–57/H–04320 zaleca stosowanie próbek o Ļ rednicy d 0 10, 20 lub 30 mm. Wysoko Ļę

próbek h do próby statycznej zwykłej na Ļ ciskanie powinna wynosi ę h = 1,5 d 0 .

Próbk ħ zwykle wykonuje si ħ z wyrobu lub półwyrobu przez obróbk ħ mechaniczn Ģ

(ewentualnie prasowanie lub odlanie). Wycinanie próbek nale Ň y prowadzi ę sposobem mecha-

nicznym, nale Ň y unika ę wycinania próbek palnikiem acetylenowym, a w przypadku takiej

konieczno Ļ ci nale Ň y przewidzie ę odpowiednie naddatki na obróbk ħ mechaniczn Ģ , eliminuj Ģ c Ģ

strefy przegrzane. Ko ı cowa obróbka próbek powinna by ę wykonana za pomoc Ģ skrawania i

szlifowania. Próbki do bada ı powinny mie ę płaszczyzny czołowe równoległe i prostopadłe do

osi próbki.

eee

Maszyna wytrzymało Ļ ciowa powinna by ę sprawdzana według EN 10002 – 2 i spełnia ę

wymagania co najmniej klasy 1.

Konstrukcja maszyny powinna zapewnia ę spełnienie nast ħ puj Ģ cych warunków:

− zapewnia ę osiowe obci ĢŇ enie próbki (poprzez konstrukcj ħ uchwytów),

− zapewnia ę wzrost obci ĢŇ enia w sposób ci Ģ gły, jednostajny, bez uderze ı i skoków, z mo Ň -

liwo Ļ ci Ģ płynnej regulacji szybko Ļ ci przyrostu odkształcenia,

− bł Ģ d wskaza ı siłomierza nie powinien przekracza ę ± 1% (klasa 1),

− zapewni ę utrzymanie stałego obci ĢŇ enia przez okres co najmniej 30 sek.

Powy Ň szym warunkom odpowiadaj Ģ maszyny o nap ħ dzie mechanicznym i hydraulicznym.

Na rys. 2 przedstawiono schemat prawidłowego ustawienia próbki w maszynie wytrzymało-

Ļ ciowej.

płyty

dociskowe

f d 0

h=L 0

Rys. 2. Schemat prawidłowego ustawienia próbki w maszynie wytrzymało Ļ ciowej

W przypadku Ļ ciskania metalu plastycznego (Al, Zn, Cu, mi ħ kka stal), w pocz Ģ tkowym

okresie Ļ ciskania, skrócenia próbki s Ģ proporcjonalne do napr ħŇ e ı i podobnie jak przy rozci Ģ -

ganiu wyst ħ puje granica spr ħŇ ysto Ļ ci i granica proporcjonalno Ļ ci. Na wykresie krzywej Ļ ci-

skania (rys. 3) wyst ħ puje najpierw prostoliniowy odcinek OA , wyra Ň aj Ģ cy liniow Ģ zale Ň no Ļę

pomi ħ dzy sił Ģ a odkształceniem. Punkt A odpowiada sile, przy której pojawia si ħ granica pro-

porcjonalno Ļ ci materiału, która w praktyce uto Ň samiana jest z granic Ģ spr ħŇ ysto Ļ ci.

F [N]

Ș l [mm]

Rys. 3. Wykres Ļ ciskania w przypadku metali plastycznych

Po przekroczeniu tej granicy na wykresie pojawia si ħ niewielki odcinek, gdzie wzrost de-

formacji jest szybszy. W pewnym momencie zauwa Ň y ę mo Ň na zatrzymanie si ħ wskazówki

siłomierza, a nawet siły obci ĢŇ aj Ģ cej przy szybszym wzro Ļ cie odkształcenia. Zjawisko to

mo Ň na obserwowa ę na wykresie Ļ ciskania (punkt B ). Napr ħŇ enia odpowiadaj Ģ ce punktowi B

wykresu nazywamy granic Ģ plastyczno Ļ ci.

Zwi ħ kszenie siły obci ĢŇ aj Ģ cej po przekroczeniu granicy plastyczno Ļ ci powoduje coraz

wyra Ņ niejsze p ħ cznienie próbki, objawiaj Ģ ce si ħ stałym wzrostem przekroju poprzecznego.

Krzywa wykresu Ļ ciskania szybko zaczyna wzrasta ę i asymptotycznie d ĢŇ y do prostej popro-

wadzonej równolegle do osi obci ĢŇ e ı , w punkcie odpowiadaj Ģ cym skróceniu równemu pier-

wotnej wysoko Ļ ci próbki.

Pomimo spłaszczenia próbki prawie „na plasterek” nie wida ę na niej oznak zniszczenia

(rys. 4).

Rys. 4. Etapy deformacji Ļ ciskania próbki w przypadku metali plastycznych ( F 1 < F 2 < F 3 )

Tylko dla niektórych metali (mniej plastycznych) na powierzchni bocznej pojawiaj Ģ si ħ

drobne rysy. Przyczyn Ģ tych p ħ kni ħę s Ģ cz ħ sto napr ħŇ enia rozci Ģ gaj Ģ ce, a nie Ļ ciskaj Ģ ce, które

powstaj Ģ wskutek przyjmowania przez próbk ħ kształtu beczkowatego. P ħ kni ħ cia te nie mog Ģ

by ę podstaw Ģ do wyznaczenia wytrzymało Ļ ci na Ļ ciskanie R c . Wytrzymało Ļ ci na Ļ ciskanie dla

metali plastycznych nie wyznacza si ħ , poniewa Ň próbki dla tych metali nie ulegaj Ģ zniszcze-

niu. Prób ħ Ļ ciskania metali plastycznych najcz ħĻ ciej przerywa si ħ z powodu wyczerpania za-

kresu maszyny wytrzymało Ļ ciowej.

W przypadku Ļ ciskania metalu kruchego ( Ň eliwo, hartowana stal) lub betonu czy szkła, w

pocz Ģ tkowym okresie Ļ ciskania (rys. 5) wyst ħ puje najpierw prawie prostoliniowy odcinek,

który jest lekko odchylony od osi sił. Nast ħ pnie wykres coraz bardziej zakrzywia si ħ , urywa-

j Ģ c si ħ nagle w pewnym punkcie z powodu zniszczenia próbki. Kształt próbki bezpo Ļ rednio

przed zniszczeniem jest lekko beczkowaty. ĺ wiadczy to o istnieniu niewielkich odkształce ı

plastycznych. Jednak materiały kruche nie wykazuj Ģ granicy plastyczno Ļ ci.

F [N]

O Ș l [mm]

F c

Rys. 5. Wykres Ļ ciskania w przypadku metali kruchych

Niszczenie Ļ ciskanego materiału kruchego rozpoczyna si ħ u podstaw próbek. W przypad-

ku kruszenia si ħ cz ħĻ ci bocznych odsłaniaj Ģ si ħ nienaruszone cz ħĻ ci próbki w postaci sto Ň -

ków.

Wi ħ kszo Ļę metali i ich stopów doznaje podczas Ļ ciskania p ħ kni ħ cia po Ļ lizgowego ( Ļ ci ħ -

cie) (rys. 6a). P ħ kni ħ cie po Ļ lizgowe poprzedzone jest odkształceniami trwałymi wywołanymi

napr ħŇ eniami stycznymi wyst ħ puj Ģ cymi w przekrojach nachylonych pod k Ģ tem 45° do kie-

runków napr ħŇ e ı głównych i zachodzi pod k Ģ tem zbli Ň onym do k Ģ ta nachylenia tych przekro-

jów. Metalami wykazuj Ģ cymi p ħ kni ħ cia po Ļ lizgowe s Ģ np. mosi Ģ dz i Ň eliwo wy Ň szej jako Ļ ci.

Niektóre metale i ich stopy ulegaj Ģ podczas próby Ļ ciskania p ħ kni ħ ciu rozdzielczemu.

P ħ kni ħ cie to zachodzi w przekrojach prostopadłych do kierunków głównych wydłu Ň enia. Po-

niewa Ň najwi ħ ksze wydłu Ň enia próbki zachodz Ģ w kierunku normalnym do tworz Ģ cych prób-

ki, przeto złom rozdzielczy przebiega wzdłu Ň tworz Ģ cych.

W rzadkich przypadkach pojawia si ħ w wyniku Ļ ciskania złom kruchy, jak np. dla stali

hartowanych.

Najcz ħĻ ciej obserwowane kierunki rys i p ħ kni ħę pokazano na rys. 6.

Rys. 6. Najcz ħĻ ciej obserwowane kierunki rys i p ħ kni ħę

Cech Ģ charakterystyczn Ģ materiałów kruchych jest to, Ň e s Ģ bardziej odporne na Ļ ciskanie

ni Ň na rozci Ģ ganie. T ħ cech ħ ilustruj Ģ nast ħ puj Ģ ce dane:

• dla Ň eliwa R c = (3 ÷ 4) R m ,

• dla betonu R c = (3 ÷ 10) R m ,

• dla szkła R c » 10 R m .

Wyniki prób na Ļ ciskanie s Ģ porównywalne na próbkach geometrycznie podobnych.

eee

Czynno Ļ ci, które nale Ň y wykona ę przed prób Ģ Ļ ciskania to:

1. Sporzadzi ę tabel ħ pomiarow Ģ 1

2. Pomierzy ę próbki i zapisa ę wyniki w tabeli pomiarowej.

Pomiaru Ļ rednicy próbki nale Ň y dokona ę przy pomocy Ļ ruby mikrometrycznej z dokład-

no Ļ ci Ģ do 0,02 mm.

Dla próbek krótkich pomiar Ļ rednicy wykonuje si ħ w jednym miejscu w dwóch wzajem-

nie prostopadłych kierunkach, a do oblicze ı przyjmuje si ħ warto Ļę Ļ redni Ģ z obu pomia-

rów.

Dla próbek długich pomiar Ļ rednicy wykonuje si ħ w trzech miejscach na długo Ļ ci pomia-

rowej. Ró Ň nica pomi ħ dzy najwi ħ ksz Ģ i najmniejsz Ģ Ļ rednic Ģ na długo Ļ ci pomiarowej nie

mo Ň e by i ħ ksza ni Ň 0,05 mm. Pole powierzchni przekroju poprzecznego oblicza si ħ dla

Ļ rednicy najmniejszej z dokładno Ļ ci Ģ do ± 0,3%.w dwóch wzajemnie prostopadłych kie-

runkach, a do oblicze ı przyjmuje si ħ warto Ļę Ļ redni Ģ z obu pomiarów.

3. Dokładnie oczy Ļ ci ę i odtłu Ļ ci ę powierzchnie czołowe i powierzchnie płyt dociskowych.

Na wyniki próby du Ň y wpływ maj Ģ siły tarcia wyst ħ puj Ģ ce na powierzchniach czołowych

próbek. Próbka w czasie Ļ ciskanie przyjmuje kształt beczkowaty. Dzieje si ħ to na skutek

sił tarcia, które powoduj Ģ hamowanie odkształcenia poprzecznego próbki przy jej pod-

stawach. Oczyszczanie i odtłuszczanie powierzchni czołowych i powierzchni płyt doci-

skowych zmniejsza siły tarcia.

Przy małych siłach tarcia mo Ň e wyst Ģ pi ę zarówno znaczne zmniejszenie wytrzymało Ļ ci

na Ļ ciskanie, jak i inny rodzaj zniszczenia (p ħ kni ħ cie podłu Ň ne).

4. Osłoni ę próbk ħ , aby unikn Ģę okaleczenia od ewentualnych odprysków. Dotyczy to mate-

riałów kruchych i stali hartowanej.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: