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.

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”).

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.

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.

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.

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 [%]:

S_{0 –} wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm²]

S_{u –} wartość minimalnego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki po rozerwaniu [mm²]

• wydłużenie procentowe po rozerwaniu A [%]:

L_{o –} wartość długości pomiarowej próbki [mm]

L_{u –} wartość długości pomiarowej próbki po rozerwaniu [mm]

• wydłużenie procentowe przy maksymalnej sile Agt [%]

• wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]:
•  

F_{m –} wartość największej (maksymalnej) siły [N]

S_{0 –} wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm²]

• granica plastyczności R_e (górna granica plastyczności R_eH lub dolna granica plastyczności R_eL) [MPa]:

F_{e –} wartość siły odpowiadającej górnej lub dolnej granicy plastyczności [N]

S_{0 –} wartość początkowego pola powierzchni przekroju poprzecznego próbki [mm²]

• umowna granica plastyczności Rp (np. R_p0,2 lub R_p1,0) [MPa]:

F_{p –} wartość siły odpowiadającej umownej granicy plastyczności [N]

S_{0 –} 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.

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