Incercari statice la tractiune

Incercari statice la tractiune

Aprecierea utilitatii unui material metalic in domeniul tehnic, se face in baza cunoasterii proprietatilor sale. Alaturi de cele chimice si fizice, este necesara si cunoasterea proprietatilor mecanice si tehnologice, care ofera indicatii asupra comportamentului acestuia in exploatare precum si asupra posibilitatilor de prelucrare. In cadrul disciplinei studiul materialelor s-a aratat ca aceste proprietati depind de structura interna a materialului, iar in lucrarile ce se efectueaza la disciplina de tehnologia materialelor se arata modul de a determina aceste propeitati si de a le corela, din nou, cu structura lor interna.

Principalul scop al acestor determinari este observarea dependentei proprietatilor mecanice si tehnologice de structura interna a materialului, structura care a fost analizata cu microscopul metalografic.

Pentru fiecare metal sau aliaj metalic (feros sau neferos) proprietatile sale mecanice, determinate prin incercari de natura celor efectuate in aceste lucrari, sunt prescrise in standardul de material (STAS) si acestea sunt :

Rezistenta la rupere a materialului notata cu R_m, exprimata in N/mm² sau daN/mm²;

Limita conventionala de curgere notata cu R_po,2, exprimata in N/mm² sau daN/mm²;

Alungirea la rupere notata cu A₅ si exprimata in %;

Rezistenta la incovoiere prin soc (denumita si rezilienta), notat cu termenul K_cu300/2 sau K_V si exprimat in J/cm² sau J.

Prelevarea probelor pe care se fac incercarile si modul de efectuare al incercarilor pentru stabilirea proprietatilor mecanice sunt prevazute in STAS.

In figura 2.1. se redau forma si dimensiunile unei epruvete cu sectiunea circulara, inainte si dupa incercare.

Semnificatia principalelor cote reprezentate in aceste figuri este urmatoarea :

d₀ - diametrul initial al epruvetei rotunde in portiunea calibrata;

L_t - lungimea totala a epruvetei;

L_c - lungimea calibrata (lungimea portiunii de sectiune constanta in limitele tolerantelor prescrise) a epruvetei;

L₀ - lungimea initiala intre reperele marcate stabilita astfel incat L₀/d₀= 5 pentru epruvetele proprotionale normale, respectiv L₀/d₀ = 10 pentru epruvete proportionale lungi.

Capetele de prindere ale epruvetelor rotunde pot fi cilindrice, cilindrice filetate sau conice.

Incercarea la tractiune serveste la determinarea curbei forta- deformare (la alta scara efort unitar- alungire specifica).

Curba ridicata in figura 2.1 permite un studiu al materialului metalic in domeniile elastic, plastic si la rupere.

Incercarea la solicitarea de tractiune statica a epruvetelor se face pe masini speciale, de precizie ridicata.

Aceste masini de tratiune sunt prevazute cu un inregistrator care traseaza dependenta dintre forta axiala si lungimea epruvetelor.

Fig.2.1. Incercarea la tractiune

Din aceasta figura se observa ca atata timp cat sarcinile sunt relativ mici, lungimea epruvetei este proportionala cu forta aplicata (portiunea OA de pe diagrama - respectiv legea lui Hooke: = ε .E ).

Astfel putem defini limita de proportionalitate conventionala ca fiind tensiunea la care dependenta liniara intre sarcini si deformatii atinge o valoare bine definita precizata prin caietul de sarcini.

Aceasta se noteaza cu Rp si se calculeaza din relatia :

Rp = [daN/mm² ]

S₀ - aria sectiunii transversale initiale a epruvetei;

S₀= [mm²]

Tensiunile inferioare limitei de proprotionalitate nu provoaca decat niste deformatii elastice care dispar daca sarcina tinde la zero.

Limita de elasticitate (Rp) este tensiunea la care deformatia permanenta atinge o anumita valoare din lungimea initiala a epruvetei (de exemplu: 0,01%; 0,03% sau 0,05% , punctul B de pe diagrama din figura2.1.c).

In zona deformatiilor elastice este valabila legea lui Hooke : = ε .E Coeficientul de proprotionalitate E [daN/mm²] se numeste modul de elasticitate longitudinal care se masoara prin panta portiunii liniare OA (E = tgα) si caracterizeaza rigiditatea, respectiv rezistenta la deformare elastica in cursul tractiunii (E= 2,1 .10⁶ daN/mm² pentru otel).

Modulul de elasticitate longitudinal (E = tgα) depinde intr-o masura mica de structura microscopica a aliajului si de tehnologia de prelucrare, in mare masura fiind data de tipul retelei cristaline.

In sarcini mai mari decat cele corespunzatoare punctului B (figura 2.1.c) se produc deformatii plastice semnificative si portiunea liniara a diagramei se transforma intr-o curba.

Zona deformatiilor plastice pronuntate poate avea aspecte diferite in functie de natura materialului.

La otelurile cu un continut redus de carbon (hipoeutectoide) se constata aparitia unui palier de curgere adica o deformare a materialului fara o crestere a sarcinii.

Majoritatea materialelor metalice nu au palier de curgere evidentiat net si curba lor de tractiune arata ca-n figura 2.1.b.

In acest caz se defineste limita de curgere (R_{p 0,2} )ca fiind tensiunea la care deformatia permanenta atinge 0,2% din lungimea initiala a epruvetei.

R_{p 0,2} =  [daN/mm²]

Tensiunea corespunzatoare sarcinii maxime inregistrate in cursul incercarii, care precede ruperea epruvetei se numeste rezistenta la rupere.

R_m =  [daN/mm²]

Incercarile de tractiune permit si determinarea caracteristicilor de ductilitate ale unui material si anume alungirea la rupere si gatuirea la rupere.

Alungirea la rupere este raportul dintre cresterea lungimii epruvetei dupa rupere L₁ si lungimea initiala L₀ :

A_n = . 100= .100   [%]

unde n- factor dimensional care se calculeaza cu relatia :

n =  pentru epruvete normale n= 5, iar pentru epruvete lungi n=10.

Gatuirea la rupere este raportul dintre diminuarea sectiunii epruvetei dupa rupere si sectiunea initiala:

Z = . 100 = .100 [%]

In cadrul acestei lucrari se vor face incercari pe epruvete standardizate utilizand masini de tractiune cu inregistrator al dependentei dintre forta axiala si lungimea epruvetei.

Avand in vedere operatiile ce se executa de la primirea materialului metalic din care urmeaza sa se confectioneze o epruveta si pana la incercarea propriu-zisa, se vor folosi :

un strung normal pentru strunjirea de degrosare si de finisare a epruvetei din material metalic primit pentru incercare la tractiune;

un subler, micrometru pentru masurarea dimensiunilor epruvetelor astfel incat sa corespunda STAS 200-82;

dispozitiv de reperare necesar pentru fixarea reperelor pe epruvete inainte de incercare;

masina specializata de incercat la tractiune formata din trei mari parti: partea de prindere a epruvetei (bacuri de prindere) si de actionare; partea de inregistrare; partea de citire a fortelor de actionare (forte axiale) formata dintr-un cadran de pe care se poate citi forta de rupere, iar pentru otelurile cu un continut redus forta caracteristica palierului de curgere.

Modul de lucru

Epruvetele folosite pentru incercarea la tractiune se detaseaza din semifabricate sau piese finite care in exploatare sunt solicitate predominant la intindere (bare de tractiune, cirlig de tractiune, cirlig de tractiune la locomotive si vagoane s.a.m.d ). Studentii vor primi astfel de epruvete pe care le vor marca (le vor stabili repere) cu ajutorul dispozitivului de reperare dupa care vor masura distanta dintre repere inainte de rupere (L₀).

In continuare se vor prinde epruvete in bacurile masinii de incercat si se va solicita; studentii vor urmari comportarea materialului metalic in domeniul elastic, plastic si la rupere.

Cu ajutorul valorilor fortelor citite de pe cadranul masinii specializate se vor calcula urmatoarele caracteristici :

rezistenta la rupere a materialului epruvetei :

R_m = [daN/mm²]

limita conventionala de curgere :

R_{p 0,2} = = [daN/mm²]   

alungirea la rupere:

A_n=  .100 (%)

In mod frecvent pentru oteluri A_n = A₅

gatuirea la rupere (denumita si strictiune):

Z= . 100 (%)

Aceste doua proprietati mecanice definesc o caracteristica specifica materialelor metalice si anume ductilitatea, care este si o proprietate tehnologica a materialului metalic.

Valorile pentru A₅ si Z se vor calcula numai dupa masurarea cu ajutorul instrumentelor de masura (subler, micrometru) a lungimii intre repere a epruvetei rupte, precum si a diametrului epruvetei in zona rupta (diametrul minim).

In situatia ca masina de incercare la tractiune dispune de inregistrator grafic forta-deplasare, se va ridica aceasta diagrama care permite o mai buna apreciere a proprietatilor mecanice ale materialului cercetat.

Rezultatele calculelor efectuate cu relatiile anterioare se vor grupa intr-un tabel de forma celui indicat mai jos.

Tabelul 2.1

Diagrama forta - deformatie, ridicata de masina, sau trasata dupa valorile din tabelul 2.1 permite stabilirea caracterului plastic sau frabil al materialului cercetat.

Plasticitatea este proprietatea unor metale sau aliaje de a prezenta deformatii plastice mari inaintea ruperii.

Aceste materiale vor prezenta un interval cuprins intre alungirea la rupere (corespunzand punctului E- figura 2.1.c) si limita conventionala de curgere (corespunzatoare punctului C din figura.)

Fragilitatea este proprietatea unor metale sau aliaje de a nu permite deformatii plastice pana la rupere.

Aceste materiale vor prezenta un interval al domeniului plastic extrem de redus sau chiar nul- Fig. 3 II si III.

Utilizand rezultatele obtinute, prin compararea diagramei forta- deformatie (rezistenta la rupere -deformatie) cu tipul de diagrame, materialul cercetat va fi caracterizat  ca fiind plastic sau rigid.

Plasticitatea sau rigiditatea unui material metalic caracterizeaza capacitatea acestuia de a fi utilizat in tehnica. Proprietatile mecanice care influenteaza plasticitatea sunt rezistenta la rupere R_m si alungirea la rupere A₅. Cu cat aceste proprietati mecanice au valori mai ridicate, cu atat plasticitatea materialului metalic este mai buna si invers.