Naziv vježbe: ISPITIVANJE ZATEZANJEM

Ključne riječi:

Mehanička ispitivanja, ispitivanje zatezanjem, zatezna čvrstoća, granica razvlačenja, tehnička granica razvlačenja, kontrakcija presjeka, procentualno izduženje, modul elastičnosti.

Cilj vježbe: Upoznavanje sa osnovnim pojmovima vezano za mehanička (statička) ispitivanja zatezanjem materijala. Praktično-laboratorijsko ispitivanje na zatezanje za konkretan materijal.

Teoretska podloga vježbe

Da bi se pravilno izvršilo dimenzionisanje dijelova izrađenih od datih materijala, neophodno je poznavanje mehaničkih svojstava-osobina, kako pri dejstvu spoljnih sila ne bi došlo neželjenih deformacija, a u nekim slučajevima i do lomova dijelova. Prema tome, mehanička svojstva-osobine materijala objašnjavaju povezanost između spoljnih sila i njima izazvanih deformacija.

Faktori koji se moraju uzeti u obzir pri mehaničkim ispitivanjima materijala, a koji direktno i određuju mehaničke osobine materijala pri različitim uslovima eksploatacije su:

- Vrsta naprezanja (zatezanje,pritisak,savijanje,uvijenje,kombinacija datih opterećenja)

- Način dejstva sile (statičko ili dinamičko)

- Temperatura ispitivanja (niske,sobne,povišene).

Obzirom na date faktore mehanička opterećenja možemo podijeliti:

Prema vrsti:

- Zatezanje

- Pritisak

- Savijanje

- Uvijanje

- Smicanje

- Izvijanje

Prema načinu dejstva sile:

- Statička

- Dinamička

- Udarna

- Vibraciona

Prema dužini trajanja:

- Kratkotrajna

- Dugotrajna.

Pri statičkom ispitivanju materijala zatezanjem epruvete se opterećuju silama čiji se pravci poklapaju sa njihovim osama (aksijalne sile) pri čemu se promjena njihovog intenziteta odvija određenom brzinom sve do prekida epruvete. Ispitivanjem zatezanjem se određuju:

• Svojstva otpornosti-čvrstoće (naponi)

- Granica razvlačenja, R (MPa)

- Modul elastičnosti, E (MPa)

- Zatezna čvrstoća, Rm (MPa)

• Svojstva deformacije-plastičnosti

- Procentualno izduženje, A (%)

- Procentualno suženje poprečnog presjeka, Z (%).

Epruvete za ispitivanje materijala zatezanjem ozrađuju se rezanjem iz uzorka pri čemu njihov oblik i mjere zavise od oblika i dimenzija proizvoda čija se mehanička svojstva ispituju. Mogu biti kružnog,

kvadratnog, pravougaonog, prstenastog ili nekog drugog poprečnog presjeka.

Slika 1. Oblik i mjere epruvete za ispitivanje zatezanjem

S obzirom na dimenzije epruvete mogu biti:

-proporcionalne - Odnos početne mjerne dužine Lo i početne površine poprečnog presjeka So dat je izrazom Lo=k√So gdje je k koeficijent proporcionalnosti 5,65 ili 11,3.

-neproporcionalne (definisano određenim standardima).

Mašine za ispitivanje zatezanjem mogu biti sa mehaničkim pogonom i hidrauličkim pogonom

Postupak ispitivanja

Priprema epruvete obuhvata:

- Provjeru prečnika d0 i početne mjerne dužine L0 epruvete,

- Početnu mjernu dužinu L0 podijeliti na niz jednakih dijelova.

Učvršćivanje epruvete u čeljusti mašine (mora se voditi računa da ne dođe do proklizavanja i gubitka prenošenja aksijalne sile).

Ispitivanje na zatezanje i registrovanje dijagrama napon-izduženje

Brzina promjene opterećenja u elastičnom području ne smije biti veća od brzine date u tabeli:

Modul elastičnosti materijala (Mpa) Brzina opterećivanja (MPa/s) Najmanja najveća

<150000 1 10>150000 3 30

Tabela 1. Brzina promjene opterećenja

Sila sa kojom se opterećuje epruveta mjeri se sa tačnošću ±1% u odnosu na utvrđeno opterećenje.

Svojstva otpornosti

-Zatezna čvrstoća-Rm

To je maksimalni napon koji može da podnese jedan materijal prije nego što dođe do loma. Rm=

-Granica razvlačenja-Rv

To je napon pri kome dolazi do naglog prelaza iz elastičnog u plastično područje,kod materijala koji

pokazuju tu pojavu: Rv=

Gornja granica razvlačenja-Rvg – predstavlja najveći napon prije prvog opadanja sile uz istovremeni porast izduženja.

Donja granica razvlačenja-Rvd – predstavlja najmanji napon u području tečenja,pri čemu se zanemaruje početni prelazni efekat.

Tehnička granica razvlačenja-R0,2 – napon pri kojem trajno-plastično izduženje iznosi 0,2% prvobitne

mjerne dužine R0,2= .

Kod materijala kod kojih je vidno istaknuta gornja i donja granica razvlačenja nije neophodno izračunavanje tehničke granice razvlačenja. S druge strane kod materijala kod kojih nije vidno istaknuta

gornja i donja granica razvlačenja neophodno je izračunati tehničku granicu razvlačenja kao veličinu granice razvlačenja.

Granica elastičnosti-R – to je granični napon nekog materijala do kojeg ne nastaju trajne deformacije.

Granica proporcionalnosti-Rp – najveći napon pri kome još postoji proporcionalnost između napona i jediničnog izduženja

Modul elastičnosti-E – predstavlja odnos napona prema jediničnom izduženju u području elastičnosti:

E= odnosno E =

Svojstva deformacije

Izduženje- A(%)

Trenutno izduženje, svedeno na prvobitnu mjernu dužinu, predstavlja jedinično izduženje ε i može biti

elastično i plastično ε = . Trajno izduženje definiše se kao procentualno izduženje poslije

prekida: A= · 100%.

Mjerenje procentualnog izduženja

Pri mjerenju krajnje dužine vodi se računa o mjestu prekida epruvete,koje može biti:

U oblasti srednje trećine mjerne dužine mjerenje se vrši tako što se krajevi čvrsto sastave i izmjeri se rastojanje između mjernih oznaka. Pri tome je potrebno obezbijediti da osa epruvete leži na pravoj liniji.

U jednoj od krajnjih trećina; poslije ispitivanja uoči se krajnja mjerna oznaka na kraćem dijelu prekinute epruvete i označi sa X. Na dužem dijelu prekinute epruvete odredimo tačku Y tako da mjesto prekida bude u okolini sredine rastojanja XY. Izmjerimo rastojanje između tačaka X iY i izbrojimo broj dijelova n na tom rastojanju.

Ako je (N-n) paran broj dijelova onda se definisanom broju dijelova n dužine p, pridoda (N-n)/2 dijelovaodređenih tačkama Y i Z. Nakon izmjerene dužine q korigovano procentualno izduženje

se određuje pomoću izraza: A= · 100%.

Ako je (N-n9 neparan broj na dužem dijelu epruvete se označe tačke Z i Z' koje su od tačke Y

udaljene za broj dijelova: dijelova za tačku Z i dijelova za tačku Z'.

Nakon izmjerenog rastojanja q i q' procentualno izduženje nakon prekida se računa pomoću izraza:

A = · 100%

Veličina deformacije epruvete ne može se uzeti kao mjerodavna za određivanje karakteristika otpornosti i deformacije.

Suženje poprečnog presjeka – Z (%)

Trenutno suženje: ψ = · 100%

Na mjestu prekida: Z = · 100%.

PRIMJER

Konstruisati dijagram napon-procentualno izduženje čelika ako su nakon kidanja epruvete ustanovljene sljedeće karakteristične vrijednosti sile i izduženja:

F k =117 (kN)

F m=158 (kN)

F vg=99 (kN)

F vd=95 (kN)

F p=70,2 (kN)

Δl k=33,3 (mm)

Δl m=27,2 (mm)

Δ l vd=6 (mm)

Δl vg=5,22 (mm)

Δl p=4 (mm)

d0=20 (mm)

l0=100 (mm)

Vrijednosti čvrstoće računamo po sljedećim formulama:

A0=(d0·d0·π)/4= (20·20·3,14)/4=314mm²

Rk=Fk/A0=117000/314=372,6 MPa

Rm=Fm/A0=158000/314=508,2 MPa

Rvg=Fvg/A0=99000/314=315,3 MPa

Rvd=Fvd/A0=95000/314=302,5 MPa

Rp=Fp/A0=70200/314=223,5 Mpa.

Karakteristične vrijednosti plastičnosti računamo po formulama:

εk=( Δlk/l0) ·100%=(33,3/100) ·100%=33,3%

εm= (Δlm/l0) ·100%=(27,2/100) ·100%=27,2%

εvg= (Δlvg/l0) ·100%=(5,22/100) ·100%=5,2%

εvd= (Δlvd/l0) ·100%=(6/100) ·100%=6%

εp= (Δlp/l0) ·100%=(4/100) ·100%=4%.

Radi lakšeg pregleda vrijednosti ćemo prikazati u tabeli:

tačka Procentualno izduženje napon p εp 4 223,5 vg εvg 5,2 315,3 vd εvd 6 302,5 m εm 27,2 508,2 k εk 33,3 372,6