Statyczna próba rozciągania

Statyczna próba rozciągania jest podstawowym i najczęściej wykonywanym badaniem wytrzymałości materiałów. Badanie polega na rozciąganiu materiału – znormalizowanej próbki, w przeciwnych kierunkach, aż do jej zerwania. Określanymi właściwościami w trakcie próby są między innymi: wytrzymałość na rozciąganie oraz wyraźna lub umowna granica plastyczności.

Zdjęcie wykonane podczas przeprowadzania statycznej próby rozciągania stali z wykorzystaniem ekstensometru kontaktowego
Rysunek 1. Zdjęcie wykonane podczas przeprowadzania statycznej próby rozciągania stali z wykorzystaniem ekstensometru kontaktowego
Zdjęcie wykonane podczas przeprowadzania statycznej próby rozciągania stali – pręta zbrojeniowego z wykorzystaniem ekstensometru bezkontaktowego (laserowego)
Rysunek 2. Zdjęcie wykonane podczas przeprowadzania statycznej próby rozciągania stali – pręta zbrojeniowego z wykorzystaniem ekstensometru bezkontaktowego (laserowego)
Próbka okrągła po przeprowadzonej próbie rozciągania stali
Rysunek 3. Próbka okrągła po przeprowadzonej próbie rozciągania stali

Próbki do statycznej próby rozciągania mogą być przygotowane z wyrobów hutniczych, ze złączy spawanych, zgrzewanych lub lutowanych oraz z tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych. Próbę rozciągania można przeprowadzać wzdłużnie lub poprzecznie do kierunku walcowania lub osi wyrobu. W normach przewidziane jest również wykonywanie badań w kierunku prostopadłym do powierzchni (tzw. próba rozciągania „Z”).

Próbki okrągłe przygotowane do przeprowadzenia statycznej próby rozciągania metali
Rysunek 4. Próbki okrągłe przygotowane do przeprowadzenia statycznej próby rozciągania metali

Statyczną próbę rozciągania przeprowadza się najczęściej na próbkach płaskich i okrągłych, nierzadko badaniom poddaje się wycinki rur, jak również wyroby gotowe, np. pręty zbrojeniowe lub całe rury – w przypadku niewielkich średnic. Przygotowane próbki przybierają formę wioseł lub walców (próbki okrągłe) z przewężeniami, a w niektórych przypadkach dopuszcza się badanie próbek bez specjalnie wykonanej zmiany przekroju, pomiędzy częścią chwytową i pomiarową.

Frezowanie próbki płaskiej do rozciągania stali
Rysunek 5. Frezowanie próbki płaskiej do rozciągania stali
Toczenie próbki okrągłej do rozciągania stali
Rysunek 6. Toczenie próbki okrągłej do rozciągania stali

Statyczną próbę rozciągania metali przeprowadza się w temperaturze pokojowej, pomiędzy 10 oC a 35 oC, najczęściej (23±5) oC zgodnie z PN-EN ISO 6892-1, w temperaturze podwyższonej zgodnie z PN-EN ISO 6892-2 lub obniżonej zgodnie z PN-EN ISO 6892-3.

Próbka umieszczona w komorze grzewczej przed przeprowadzeniem próby rozciągana stali w temperaturze podwyższonej
Rysunek 7. Próbka umieszczona w komorze grzewczej przed przeprowadzeniem próby rozciągana stali w temperaturze podwyższonej

Statyczną próbę rozciągania złączy spawanych metali i ich stopów, np. wykonanych ze stali, przeprowadza się najczęściej na próbkach poprzecznych do osi spoiny zgodnie z PN-EN ISO 4136. W trakcie próby rozciągania złączy spawanych określa się tylko wytrzymałość na rozciąganie. Próbki wzdłużne przygotowuje się ze stopiwa zgodnie z PN-EN ISO 5178. Dla próbek wzdłużnych ze stopiwa poza określeniem wytrzymałości na rozciąganie, możliwe jest też określenie granicy plastyczności, wydłużenia po rozciąganiu lub przewężenia przekroju. Dodatkowo, standardy przewidują również badanie próbek ze złączy krzyżowych i zakładkowych zgodnie z PN-EN ISO 9018, dla których, tak jak w przypadku próbek poprzecznych określa się tylko wytrzymałość na rozciąganie. Próbę rozciągania złączy spawanych przeprowadza się w trakcie kwalifikowania technologii spawania, prób przedprodukcyjnych, prób produkcyjnych i na potrzeby opinii technicznych lub ekspertyz.

Sprawdź także:  Obróbka mechaniczna próbek

W naszych akredytowanych Laboratoriach Wytrzymałościowych mamy możliwość przeprowadzenia statycznej próby rozciągania metali w temperaturze pokojowej, jak i w temperaturze podwyższonej. Dysponujemy kilkoma maszynami wytrzymałościowymi, w tym maszyną o zakresie pomiarowym do 2000 kN. W skład dodatkowego wyposażenia badawczego do maszyn wytrzymałościowych wchodzą: ekstensometry kontaktowe, ekstensometr bezkontaktowy (laserowy) oraz komora grzewcza.

W zależności od badanego obiektu i przyjętego standardu, w trakcie statycznej próby rozciągania można określać takie właściwości mechaniczne jak:

  • przewężenie procentowe przekroju Z [%]:
wzór na przewężenie procentowe przekroju Z

S0 wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm2]

Su – wartość minimalnego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki po rozerwaniu [mm2]

  • wydłużenie procentowe po rozerwaniu A [%]:
•	wydłużenie procentowe po rozerwaniu A

Lo wartość długości pomiarowej próbki [mm]

Lu – wartość długości pomiarowej próbki po rozerwaniu [mm]

  • wydłużenie procentowe przy maksymalnej sile Agt [%]
  • wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]:
wzór na wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]:

Fm wartość największej (maksymalnej) siły [N]

S0 wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm2]

  • granica plastyczności Re (górna granica plastyczności ReH lub dolna granica plastyczności ReL) [MPa]:
wzór - granica plastyczności

Fe wartość siły odpowiadającej górnej lub dolnej granicy plastyczności [N]

S0 wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm2]

  • umowna granica plastyczności Rp (np. Rp0,2 lub Rp1,0) [MPa]:
wzór umowna granica plastyczności Rp

Fp wartość siły odpowiadającej umownej granicy plastyczności [N]

S0 wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm2]

W trakcie statycznej próby rozciągania metali i ich stopów można uzyskać wykresy z wyraźną granicą plastyczności (np. stale konstrukcyjne) lub bez wyraźnej granicy plastyczności (np. stale nierdzewne austenityczne, stale nierdzewne ferrytyczno-austenityczne – „duplex” oraz stopy aluminium).

Dzięki nowoczesnemu wyposażeniu i oprogramowaniu badawczemu, przebieg statycznej próby rozciągania, możemy rejestrować w postaci cyfrowej wraz z wykreślaniem wykresów.

Poniżej zamieszczone są dwa, przykładowe wykresy z przeprowadzonej statycznej próby rozciągania metali. Wykres 1 obrazuje krzywą rozciągania R=f(Δl) dla stali S355J2+N, na której można zaobserwować wyraźną granicą plastyczności, natomiast na wykresie 2, krzywa rozciągania R=f(Ɛ) dla stopu aluminium – bez wyraźnej granicy plastyczności. W przypadku braku możliwości określenia Re, określa się Rp – umowną granicę plastyczności.

Sprawdź także:  Próba udarności
Wykres 1. Wykres naprężenie w funkcji przemieszczenia, otrzymany po wykonanej statycznej próbie rozciągania stali z wyraźną górną i dolną granicą plastyczności ReH i ReL, można odczytać wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz naprężenie zrywające Ru
Wykres 1. Wykres naprężenie w funkcji przemieszczenia, otrzymany po wykonanej statycznej próbie rozciągania stali z wyraźną górną i dolną granicą plastyczności ReH i ReL, można odczytać wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz naprężenie zrywające Ru
Wykres 2. Wykres naprężenia w funkcji przemieszczenia, otrzymany po wykonanej statycznej próbie rozciągania stopu aluminium bez wyraźnej granicy plastyczności - z wyznaczonymi umownymi granicami plastyczności Rp0,2 i Rp1,0, można odczytać wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz naprężenie zrywające Ru
Wykres 2. Wykres naprężenia w funkcji przemieszczenia, otrzymany po wykonanej statycznej próbie rozciągania stopu aluminium bez wyraźnej granicy plastyczności – z wyznaczonymi umownymi granicami plastyczności Rp0,2 i Rp1,0, można odczytać wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz naprężenie zrywające Ru

Wykonujemy statyczną próbę rozciągania zgodnie z:

  • PN-EN ISO 6892-1 Metale – Próba rozciągania – Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej
  • PN-EN ISO 6892-2 Metale – Próba rozciągania – Część 2: Metoda badania w podwyższonej temperaturze
  • PN-EN 10164 Wyroby stalowe o podwyższonych własnościach plastycznych w kierunku prostopadłym do powierzchni wyrobu – Warunki techniczne dostawy
  • PN-EN ISO 5178 Badania niszczące spoin materiałów metalowych – Próba rozciągania wzdłużnego metalu spoiny w połączeniach spawanych
  • PN-EN ISO 4136 Badania niszczące złączy spawanych metali – Próba rozciągania próbek poprzecznych
  • PN-EN ISO 9018 Badania niszczące spoin w metalach – Badanie na rozciąganie złączy krzyżowych i zakładkowych